ZooKeeper原理及配置

ooKeeper实验版本：3.4.6

ZooKeeper下载地址：http://www.apache.org/dyn/closer.cgi/zookeeper/

zookeeper是一个高可用性，高性能的协调服务。

 

解决哪些问题

在分布式应用中，经常会出现部分失败的情况，即当节点间传递消息的时候由于网络或者接收者进程死掉等原因，发送者无法知道接收者是否收到消息。

由于部分失败是分布式系统固有的特征因此zookeeper并不能避免部分失败，但是它可以帮你在部分失败的时候进行正确处理，保证最终正确。

zookeeper具有以下特征

1：zookeeper提供丰富的构件（building block）来实现很多协调数据结构和协议

2：访问原子性，客户端要么读到所有数据，要么读取失败，不会出现只读取部分的情况

3：zookeeper运行在一组机器上，具有高可用性，帮助系统避免单点故障，同时删掉故障服务器

4：顺序一致性：任意客户端的更新请求会被按照发送顺序提交

5：单一系统映像：当一台服务器故障，导致它的客户端需要连接其它服务器的时候，所有更新晚于故障服务器的服务器都不会接收请求，一直到更新赶上故障服务器

6：及时性：任何客户端能看到的滞后都是有限的，不会超过几十秒，且提供sync操作强制客户端所连的服务器与领导者同步

7：会话：每个客户端连接时会尝试连接到配置列表中的一台服务器，一旦失败会自动连接另一台服务器依次类推，知道成功连接一台服务器，从而创建一个会话，客户端可以位每个会话设置超时时间，一旦会话过期，则所有短暂znode会丢失，因为zookeeper会自动发送心跳包，所以很少发生

8：约会机制（rendezvous），在交互的过程中，被协调的各方不许要事先彼此了解，甚至不必同时存在

9：ACL：zookeeper提供了digest（通过用户名密码），host（通过主机名），ip（通过ip地址）3种身份验证模式，依赖与 zookeeper的身份验证机制每个ACL都是一个身份对应一组权限，如果我们要给demo.com的客户端域一个读权限在java语言中可以这样创建：new ACL(Perms.READ, new Id("host", "demo.com"));Ids.OPEN_ACL_UNSAFE是将所有ADMIN之外的权限授予每个人；另zookeeper还可以集成第三方的身份验证系统。

10：提供关于通用协调模式的开源共享资源库

11：高性能的（官方数据）对以写为主的工作负载来说使用5台不错的机器基准吞吐量达到10000+

 

原理

zookeeper使用zab协议，类似Paxos算法但在操作方面却是不同的，该协议包括2个不断重复的阶段。

领导者选举：集群所有机器一起选出一台领导者，其它机器成为跟随者，一旦半数以上的跟随者将状态同步，表示这个阶段完成（官方数据这个阶段持续200毫秒）。

原子广播：所有机器将写操作转发给领导者，领导者再将更新广播给跟随者，只有半数以上的跟随者同步修改之后领导者才会提交更新，客户端才能收到更新成功的信息。

它的核心是一个精简的文件系统，形成一个树状的数据结构，统一使用节点（znode）的概念，节点可以有子节点，也可以用来保存数据，并且有一个关联的ACL，因为zookeeper被设计来实现协调服务，通常使用小数据文件所以znode能存储的数据限制在1M以内

zookeeper采用斜杠分割的Unicode字符串来做引用类似文件系统路径，但必须是标准的，不支持./这种特殊字符，使用/zookeeper子树来保存管理信息。

客户端与服务器通信采用tcp长连接，客户端和服务器通过心跳来保持seesion的连接。当session失效时临时节点会被删除。

通过监控节点以及节点的变化来实现功能，例如集群管理，配置的集中管理，分布式锁等。

zookeeper通过复制实现高可用性，只要集群中半数以上的机器可用，就能提供服务，所以一个集群通常要奇数台机器。

zookeeper的生命周期有以下3个状态：CONNECTION,CONNECTED,CLOSED。

新产生的zookeeper实例是CONNECTION状态，通过建立连接进入CONNECTED状态，当zookeeper实例断开和重连的时候，zookeeper实例在CONNECTED和COONECTION之间转换，调用close方法或者会话超时会进入到CLOSE状态且不能恢复。

znode特性

znode有2种，短暂node和持久node，在创建时确定，并且不能修改，短暂node在客户端session结束的时候会被移除，且不可以创建任何类型的子节点。如果在创建znode的时候设置了顺序标识，那么此znode会通过父节点维护的一个单调递增的计数器来添加一个顺序号，这个顺序号可以被用来进行全局排序。watch机制可以让客户端得到znode的变化，观察只能触发一次，为了能多次收到通知，客户端需要重新注册所需的观察。

安装配置：

 

一、单机模式

单机安装非常简单，只要获取到 Zookeeper 的压缩包并解压到某个目录如：C:\zookeeper-3.4.6\下，Zookeeper 的启动脚本在 bin 目录下，Windows 下的启动脚本是 zkServer.cmd。

在你执行启动脚本之前，还有几个基本的配置项需要配置一下，Zookeeper 的配置文件在 conf 目录下，这个目录下有 zoo_sample.cfg 和 log4j.properties，你需要做的就是将 zoo_sample.cfg 改名为 zoo.cfg，因为 Zookeeper 在启动时会找这个文件作为默认配置文件。下面详细介绍一下，这个配置文件中各个配置项的意义。

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1. # The number of milliseconds of each tick
2. tickTime=2000
3. # The number of ticks that the initial
4. # synchronization phase can take
5. initLimit=10
6. # The number of ticks that can pass between
7. # sending a request and getting an acknowledgement
8. syncLimit=5
9. # the directory where the snapshot is stored.
10. # do not use /tmp for storage, /tmp here is just
11. # example sakes.
12. dataDir=D:\\ZooKeeper\\server3\\data
13. dataLogDir=D:\\ZooKeeper\\server3\\dataLog
14. # the port at which the clients will connect
15. clientPort=2181
16. # the maximum number of client connections.
17. # increase this if you need to handle more clients
18. #maxClientCnxns=60
19. #
20. # Be sure to read the maintenance section of the
21. # administrator guide before turning on autopurge.
22. #
23. # http://zookeeper.apache.org/doc/current/zookeeperAdmin.html#sc_maintenance
24. #
25. # The number of snapshots to retain in dataDir
26. #autopurge.snapRetainCount=3
27. # Purge task interval in hours
28. # Set to "0" to disable auto purge feature
29. #autopurge.purgeInterval=1

tickTime：这个时间是作为Zookeeper 服务器之间或客户端与服务器之间维持心跳的时间间隔，也就是每个 tickTime 时间就会发送一个心跳。

dataDir：顾名思义就是Zookeeper 保存数据的目录，默认情况下，Zookeeper 将写数据的日志文件也保存在这个目录里。

dataLogDir：顾名思义就是Zookeeper 保存日志文件的目录

clientPort：这个端口就是客户端连接Zookeeper 服务器的端口，Zookeeper 会监听这个端口，接受客户端的访问请求。

当这些配置项配置好后，你现在就可以启动 Zookeeper 了，启动后要检查 Zookeeper 是否已经在服务，可以通过 netstat – ano 命令查看是否有你配置的 clientPort 端口号在监听服务。

二、集群模式

Zookeeper 不仅可以单机提供服务，同时也支持多机组成集群来提供服务。实际上 Zookeeper 还支持另外一种伪集群的方式，也就是可以在一台物理机上运行多个 Zookeeper 实例，下面将介绍集群模式的安装和配置。

Zookeeper 的集群模式的安装和配置也不是很复杂，所要做的就是增加几个配置项。集群模式除了上面的三个配置项还要增加下面几个配置项：

[html] view
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1. initLimit=5
2. syncLimit=2
3. server.1=127.0.0.1:2888:3888
4. server.2=127.0.0.1:2889:3889
5. server.3=127.0.0.1:2890:3890

initLimit：这个配置项是用来配置Zookeeper 接受客户端（这里所说的客户端不是用户连接 Zookeeper 服务器的客户端，而是 Zookeeper 服务器集群中连接到 Leader 的 Follower 服务器）初始化连接时最长能忍受多少个心跳时间间隔数。当已经超过 10 个心跳的时间（也就是 tickTime）长度后 Zookeeper 服务器还没有收到客户端的返回信息，那么表明这个客户端连接失败。总的时间长度就是 5*2000=10 秒。

syncLimit：这个配置项标识Leader 与 Follower 之间发送消息，请求和应答时间长度，最长不能超过多少个 tickTime 的时间长度，总的时间长度就是 2*2000=4 秒。

server.A=B：C：D：其中 A 是一个数字，表示这个是第几号服务器；B 是这个服务器的 ip 地址；C 表示的是这个服务器与集群中的 Leader 服务器交换信息的端口；D 表示的是万一集群中的 Leader 服务器挂了，需要一个端口来重新进行选举，选出一个新的 Leader，而这个端口就是用来执行选举时服务器相互通信的端口。如果是伪集群的配置方式，由于 B 都是一样，所以不同的 Zookeeper 实例通信端口号不能一样，所以要给它们分配不同的端口号。

除了修改 zoo.cfg 配置文件，集群模式下还要配置一个文件 myid，这个文件在 dataDir 目录下，这个文件里面就有一个数据就是 A 的值，Zookeeper 启动时会读取这个文件，拿到里面的数据与 zoo.cfg 里面的配置信息比较从而判断到底是那个 server。

参考文献：

http://blog.csdn.net/larrylgq/article/details/7205082

http://www.cnblogs.com/shanyou/p/3221990.html