【zookeeper】-入门

【前言】

       最近一直在学习关于zookeeper的东西,在这里总结一下。

【正文】

     1. 解决什么问题    

    协调服务很难做到正确。它们特别容易出现诸如竞态条件和死锁等错误。ZooKeeper背后的动机是减轻分布式应用程序从头开始实施协调服务的责任。

   2. 定义

     ZooKeeper:分布式应用程序的分布式协调服务
           ZooKeeper是一个分布式的开源协调服务,用于分布式应用程序。它公开了一组简单的基元,分布式应用程序可以利用这些基元来实现更高级别的服务,以实现同步,配置维护以及组和命名。它被设计为易于编程,并使用在文件系统熟悉的目录树结构之后设计的数据模型。它运行在Java中,并且对Java和C都有绑定。

 3. 架构

   

     Zookeeper Service集群是一主多从结构。在更新数据时,首先更新到主节点(这里的节点是指服务器,不是Znode),再同步到从节点。在读取数据时,直接读取任意从节点。
    为了保证主从节点的数据一致性,Zookeeper采用了ZAB协议,这种协议非常类似于一致性算法Paxos和Raft。

 4.设计目地

     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m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。

  5.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。

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leader
   FOLLOWING:leader已经选举出来,当前Server与之同步

  6. 提供的服务

ZooKeeper提供的常见服务如下 :

  • 命名服务 - 按名称标识集群中的节点。它类似于DNS,但仅对于节点。
  • 配置管理 - 加入节点的最近的和最新的系统配置信息。
  • 集群管理 - 实时地在集群和节点状态中加入/离开节点。
  • 选举算法 - 选举一个节点作为协调目的的leader。
  • 锁定和同步服务 - 在修改数据的同时锁定数据。此机制可帮助你在连接其他分布式应用程序(如Apache HBase)时进行自动故障恢复。
  • 高度可靠的数据注册表 - 即使在一个或几个节点关闭时也可以获得数据。
      分布式应用程序提供了很多好处,但它们也抛出了一些复杂和难以解决的挑战。ZooKeeper框架提供了一个完整的机制来克服所有的挑战。竞争条件和死锁使用故障安全同步方法进行处理。另一个主要缺点是数据的不一致性,ZooKeeper使用原子性解析。
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