分布式系统理论基础8:zookeeper分布式协调服务

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分布式系统理论基础8:zookeeper分布式协调服务

程序员黄小斜 2018-06-24 00:29:37 浏览1070
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分布式服务协调员zookeeper - 应用场景和监控

zookeeper在分布式系统中作为协调员的角色,可应用于Leader选举、分布式锁、配置管理等服务的实现。以下我们从zookeeper供的API、应用场景和监控三方面学习和了解zookeeper(以下简称ZK)。

 

ZK API

ZK以Unix文件系统树结构的形式管理存储的数据,图示如下:

其中每个树节点被称为znode,每个znode类似一个文件,包含文件元信息(meta data)和数据。

 

以下我们用server表示ZK服务的提供方,client表示ZK服务的使用方,当client连接ZK时,相应创建session会话信息。

 

有两种类型的znode:

Regular: 该类型znode只能由client端显式创建或删除

Ephemeral: client端可创建或删除该类型znode;当session终止时,ZK亦会删除该类型znode

znode创建时还可以被打上sequential标志,被打上该标志的znode,将自行加上自增的数字后缀

 

ZK提供了以下API,供client操作znode和znode中存储的数据:

  • create(path, data, flags):创建路径为path的znode,在其中存储data[]数据,flags可设置为Regular或Ephemeral,并可选打上sequential标志。
  • delete(path, version):删除相应path/version的znode
  • exists(path,watch):如果存在path对应znode,则返回true;否则返回false,watch标志可设置监听事件
  • getData(path, watch):返回对应znode的数据和元信息(如version等)
  • setData(path, data, version):将data[]数据写入对应path/version的znode
  • getChildren(path, watch):返回指定znode的子节点集合

 

ZK应用场景

基于以上ZK提供的znode和znode数据的操作,可轻松实现Leader选举、分布式锁、配置管理等服务。

 

Leader选举

利用打上sequential标志的Ephemeral,我们可以实现Leader选举。假设需要从三个client中选取Leader,实现过程如下:

1、各自创建Ephemeral类型的znode,并打上sequential标志:

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] ls /master
[lock-0000000241, lock-0000000243, lock-0000000242]

2、检查 /master 路径下的所有znode,如果自己创建的znode序号最小,则认为自己是Leader;否则记录序号比自己次小的znode

3、非Leader在次小序号znode上设置监听事件,并重复执行以上步骤2

 

假如以上 /master/lock-0000000241节点被删除(相应client服务异常或网络异常等原因),那么 /master/lock-0000000242相应的znode将提升自己为Leader。client只关心自己创建的znode和序号次小的znode,这避免了惊群效应(Herd Effect)。

分布式锁的实现与以上Leader选举的实现相同,稍作修改,我们还可以基于ZK实现lease机制(有期限的授权服务)。

 

配置管理

znode可以存储数据,基于这一点,我们可以用ZK实现分布式系统的配置管理,假设有服务A,A扩容设备时需要将相应新增的ip/port同步到全网服务器的A.conf配置,实现过程如下:

1、A扩容时,相应在ZK上新增znode,该znode数据形式如下:

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 30] get /A/blk-0000340369
{"svr_info": [{"ip": "1.1.1.1.", "port": "11000"}]}
cZxid = 0x2ffdeda3be
……

2、全网机器监听 /A,当该znode下有新节点加入时,调用相应处理函数,将服务A的新增ip/port加入A.conf

3、完成步骤2后,继续设置对 /A监听

 

服务缩容的步骤类似,机器下线时将ZK相应节点删除,全网机器监听到该事件后将配置中的设备剔除。

 

ZK监控

ZK自身提供了一些“四字命令”,通过这些四字命令,我们可以获得ZK集群中,某台ZK的角色、znode数、健康状态等信息:

复制代码
# echo "mntr" | /usr/bin/netcat 127.0.0.1 2181
zk_version      3.4.3-1240972, built on 02/06/2012 10:48 GMT
zk_packets_received     267044485
zk_packets_sent 267069992
zk_outstanding_requests 0
zk_server_state follower
zk_znode_count  16216
复制代码

常用的四字命令有:

  • mntr:显示自身角色、znode数、平均调用耗时、收包发包数等信息
  • ruok:诊断自身状态是否ok
  • cons:展示当前的client连接

 

像不能问一个醉酒的人是否喝醉一样,我们也不能确信一台回复"imok"的ZK就是真的ok,我们可以通过ZK自带的zkCli.sh模拟client创建/删除znode:

/usr/local/zookeeper/bin/zkCli.sh create /zookeeper/test 'test' >/dev/null 2>&1
/usr/local/zookeeper/bin/zkCli.sh delete /zookeeper/test >/dev/null 2>&1

再根据返回值判断添加、删除znode是否成功,从而判断该台ZK状态是否正常。

 

小结

zookeeper以目录树的形式管理数据,提供znode监听、数据设置等接口,基于这些接口,我们可以实现Leader选举、配置管理、命名服务等功能。结合四字命令,加上模拟zookeeper client 创建/删除znode,我们可以实现对zookeeper的有效监控。在各种分布式系统中,我们经常可以看到zookeeper的身影。

 


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