Zookeeper的功能以及工作原理

('Zookeeper的功能以及工作原理Zookeeper的功能以及工作原理1.ZooKeeper是什么？ZooKeeper是一个分布式的，开放源码的分布式应用程序协调服务，是Google的Chubby一个开源的实现，它是集群的管理者，监视着集群中各个节点的状态根据节点提交的反馈进行下一步合理操作。最终，将简单易用的接口和性能高效、功能稳定的系统提供给用户2.ZooKeeper提供了什么？1)文件系统2)通知机制3.Zookeeper文件系统每个子目录项如NameService都被称作为znode，和文件系统一样，我们能够自由的增加、删除znode，在一个znode下增加、删除子znode，唯一的不同在于znode是可以存储数据的。有四种类型的znode：1、PERSISTENT-持久化目录节点客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在2、PERSISTENT_SEQUENTIAL-持久化顺序编号目录节点客户端与zookeeper断开连接后，该节点依旧存在，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号3、EPHEMERAL-临时目录节点客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除4、EPHEMERAL_SEQUENTIAL-临时顺序编号目录节点客户端与zookeeper断开连接后，该节点被删除，只是Zookeeper给该节点名称进行顺序编号4.Zookeeper通知机制客户端注册监听它关心的目录节点，当目录节点发生变化（数据改变、被删除、子目录节点增加删除）时，zookeeper会通知客户端。5.Zookeeper做了什么？1.命名服务2.配置管理3.集群管理4.分布式锁5.队列管理6.Zookeeper命名服务在zookeeper的文件系统里创建一个目录，即有唯一的path。在我们使用tborg无法确定上游程序的部署机器时即可与下游程序约定好path，通过path即能互相探索发现。1、容错：一个节点出错，不致于让整个系统停止工作，别的节点可以接管它的工作；2、提高系统的扩展能力：把负载分布到多个节点上，或者增加节点来提高系统的负载能力；3、提高性能：让客户端本地访问就近的节点，提高用户访问速度。从客户端读写访问的透明度来看，数据复制集群系统分下面两种：1、写主(WriteMaster)：对数据的修改提交给指定的节点。读无此限制，可以读取任何一个节点。这种情况下客户端需要对读与写进行区别，俗称读写分离；2、写任意(WriteAny)：对数据的修改可提交给任意的节点，跟读一样。这种情况下，客户端对集群节点的角色与变化透明。对zookeeper来说，它采用的方式是写任意。通过增加机器，它的读吞吐能力和响应能力扩展性非常好，而写，随着机器的增多吞吐能力肯定下降（这也是它建立observer的原因），而响应能力则取决于具体实现方式，是延迟复制保持最终一致性，还是立即复制快速响应。12.Zookeeper角色描述13.Zookeeper与客户端14.Zookeeper设计目的1.最终一致性：client不论连接到哪个Server，展示给它都是同一个视图，这是zookeeper最重要的性能。2.可靠性：具有简单、健壮、良好的性能，如果消息被到一台服务器接受，那么它将被所有的服务器接受。3.实时性：Zookeeper保证客户端将在一个时间间隔范围内获得服务器的更新信息，或者服务器失效的信息。但由于网络延时等原因，Zookeeper不能保证两个客户端能同时得到刚更新的数据，如果需要最新数据，应该在读数据之前调用sync()接口。4.等待无关（wait-free）：慢的或者失效的client不得干预快速的client的请求，使得每个client都能有效的等待。5.原子性：更新只能成功或者失败，没有中间状态。6.顺序性：包括全局有序和偏序两种：全局有序是指如果在一台服务器上消息a在消息b前发布，则在所有Server上消息a都将在消息b前被发布；偏序是指如果一个消息b在消息a后被同一个发送者发布，a必将排在b前面。15.Zookeeper工作原理Zookeeper的核心是原子广播，这个机制保证了各个Server之间的同步。实现这个机制的协议叫做Zab协议。Zab协议有两种模式，它们分别是恢复模式（选主）和广播模式（同步）。当服务启动或者在领导者崩溃后，Zab就进入了恢复模式，当领导者被选举出来，且大多数Server完成了和leader的状态同步以后，恢复模式就结束了。状态同步保证了leader和Server具有相同的系统状态。为了保证事务的顺序一致性，zookeeper采用了递增的事务id号（zxid）来标识事务。所有的提议（proposal）都在被提出的时候加上了zxid。实现中zxid是一个64位的数字，它高32位是epoch用来标识leader关系是否改变，每次一个leader被选出来，它都会有一个新的epoch，标识当前属于那个leader的统治时期。低32位用于递增计数。16.Zookeeper下Server工作状态每个Server在工作过程中有三种状态：LOOKING：当前Server不知道leader是谁，正在搜寻LEADING：当前Server即为选举出来的leaderFOLLOWING：leader已经选举出来，当前Server与之同步17.Zookeeper选主流程(basicpaxos)当leader崩溃或者leader失去大多数的follower，这时候zk进入恢复模式，恢复模式需要重新选举出一个新的leader，让所有的Server都恢复到一个正确的状态。Zk的选举算法有两种：一种是基于basicpaxos实现的，另外一种是基于fastpaxos算法实现的。系统默认的选举算法为fastpaxos。1.选举线程由当前Server发起选举的线程担任，其主要功能是对投票结果进行统计，并选出推荐的Server；2.选举线程首先向所有Server发起一次询问(包括自己)；3.选举线程收到回复后，验证是否是自己发起的询问(验证zxid是否一致)，然后获取对方的id(myid)，并存储到当前询问对象列表中，最后获取对方提议的leader相关信息(id,zxid)，并将这些信息存储到当次选举的投票记录表中；4.收到所有Server回复以后，就计算出zxid最大的那个Server，并将这个Server相关信息设置成下一次要投票的Server；5.线程将当前zxid最大的Server设置为当前Server要推荐的Leader，如果此时获胜的Server获得n/2+1的Server票数，设置当前推荐的leader为获胜的Server，将根据获胜的Server相关信息设置自己的状态，否则，继续这个过程，直到leader被选举出来。通过流程分析我们可以得出：要使Leader获得多数Server的支持，则Server总数必须是奇数2n+1，且存活的Server的数目不得少于n+1.每个Server启动后都会重复以上流程。在恢复模式下，如果是刚从崩溃状态恢复的或者刚启动的server还会从磁盘快照中恢复数据和会话信息，zk会记录事务日志并定期进行快照，方便在恢复时进行状态恢复。选主的具体流程图所示：18.Zookeeper选主流程（fastpaxos）fastpaxos流程是在选举过程中，某Server首先向所有Server提议自己要成为leader，当其它Server收到提议以后，解决epoch和zxid的冲突，并接受对方的提议，然后向对方发送接受提议完成的消息，重复这个流程，最后一定能选举出Leader。19.Zookeeper同步流程选完Leader以后，zk就进入状态同步过程。1.Leader等待server连接；2.Follower连接leader，将最大的zxid发送给leader；3.Leader根据follower的zxid确定同步点；4.完成同步后通知follower已经成为uptodate状态；5.Follower收到uptodate消息后，又可以重新接受client的请求进行服务了。20.Zookeeper工作流程-Leader1.恢复数据；2.维持与Learner的心跳，接收Learner请求并判断Learner的请求消息类型；3.Learner的消息类型主要有PING消息、REQUEST消息、ACK消息、REVALIDATE消息，根据不同的消息类型，进行不同的处理。PING消息是指Learner的心跳信息；REQUEST消息是Follower发送的提议信息，包括写请求及同步请求；ACK消息是Follower的对提议的回复，超过半数的Follower通过，则commit该提议；REVALIDATE消息是用来延长SESSION有效时间。21.Zookeeper工作流程-FollowerFollower主要有四个功能：1.向Leader发送请求（PING消息、REQUEST消息、ACK消息、REVALIDATE消息）；2.接收Leader消息并进行处理；3.接收Client的请求，如果为写请求，发送给Leader进行投票；4.返回Client结果。Follower的消息循环处理如下几种来自Leader的消息：1.PING消息：心跳消息；2.PROPOSAL消息：Leader发起的提案，要求Follower投票；3.COMMIT消息：服务器端最新一次提案的信息；4.UPTODATE消息：表明同步完成；5.REVALIDATE消息：根据Leader的REVALIDATE结果，关闭待revalidate的session还是允许其接受消息；6.SYNC消息：返回SYNC结果到客户端，这个消息最初由客户端发起，用来强制得到最新的更新。好了，以上就是我对zookeeper的理解了，以后我还会继续为大家更新新的技术请大家期待吧！！！',)