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Docker compose 部署 zookeeper 集群

目录

前言

分布式理论

CAP 理论

BASE理论

概述

特点

数据结构

应用场景

服务器选取机制

zookeeper的角色

zab协议

相关术语

选举流程

首次选举

非首次选举

部署

安装 java

配置 hosts 文件

docker-compose.yml 

 启动

查看集群状态

另外

前言

分布式理论

CAP 理论

CAP 理论指出对于一个分布式计算系统来说，不可能同时满足以下三点：

  • 一致性：在分布式环境中，一致性是指数据在多个副本之间是否能够保持一致的特性，等同于所有节点访问同一份最新的数据副本。在一致性的需求下，当一个系统在数据一致的状态下执行更新操作后，应该保证系统的数据仍然处于一致的状态。

  • 可用性：每次请求都能获取到正确的响应，但是不保证获取的数据为最新数据。

  • 分区容错性：分布式系统在遇到任何网络分区故障的时候，仍然需要能够保证对外提供满足一致性和可用性的服务，除非是整个网络环境都发生了故障。

一个分布式系统最多只能同时满足一致性（Consistency）、可用性（Availability）和分区容错性（Partition tolerance）这三项中的两项。

在这三个基本需求中，最多只能同时满足其中的两项，P 是必须的，因此只能在 CP 和 AP 中选择。

BASE理论

BASE 是 Basically Available(基本可用)、Soft-state(软状态) 和 Eventually Consistent(最终一致性) 三个短语的缩写。

  • 基本可用：在分布式系统出现故障，允许损失部分可用性（服务降级、页面降级）。

  • 软状态：允许分布式系统出现中间状态。而且中间状态不影响系统的可用性。这里的中间状态是指不同的 data replication（数据备份节点）之间的数据更新可以出现延时的最终一致性。

  • 最终一致性：data replications 经过一段时间达到一致性。

BASE 理论是对 CAP 中的一致性和可用性进行一个权衡的结果，理论的核心思想就是：我们无法做到强一致，但每个应用都可以根据自身的业务特点，采用适当的方式来使系统达到最终一致性。

概述

ZooKeeper 是 Apache 软件基金会的一个软件项目，它为大型分布式计算提供开源的分布式配置服务、同步服务和命名注册。

ZooKeeper 的架构通过冗余服务实现高可用性。

Zookeeper 的设计目标是将那些复杂且容易出错的分布式一致性服务封装起来，构成一个高效可靠的原语集，并以一系列简单易用的接口提供给用户使用。

一个典型的分布式数据一致性的解决方案，分布式应用程序可以基于它实现诸如数据发布/订阅、负载均衡、命名服务、分布式协调/通知、集群管理、Master 选举、分布式锁和分布式队列等功能。

zookeeper 基于CAP理论，保证的是 CP。

特点

  • Zookeeper是由一个领导者（Leader），多个跟随者（Follower）组成的集群。

  • 集群中只要有半数以上节点存活，Zookeeper集群就能正常服务。所以Zookeeper适合安装奇数台服务器。

  • 全局数据一致：每个Server保存一份相同的数据副本，Client无论连接到哪个Server，数据都是一致的。

  • 更新请求顺序执行，来自同一个Client的更新请求按其发送顺序依次执行。

  • 数据更新原子性，一次数据更新要么成功，要么失败。

  • 实时性，在一定时间范围内，Client能读到最新数据。

数据结构

zookeeper 会维护一个具有层次关系的数据结构，它非常类似于一个标准的文件系统：

上图中的树形结构中的每个节点(目录项)，比如NameService 都被称作为 znode(目录节点)。znode通过路径引用，路径必须是绝对的，因此他们必须由斜杠字符来开头。除此以外，它们必须是唯一的，也就是说每一个路径只有一个表示，因此这些路径不能改变。在zookeeper中，路径由Unicode字符串组成，并且有一些限制。字符串"/ZooKeeper"用以保存管理信息，比如关键配额信息。

znode同时具有文件和目录两种特点。既像文件一样维护着数据、元信息、访问控制列表、时间戳等数据结构，又可以像目录一样可以作为路径标识的一部分，能够自由的增加、删除znode。

每个znode都是由三部分组成:

  • stat：此为状态信息, 描述该znode的版本, 权限等信息

  • data：与该znode关联的数据

  • children：该znode下的子节点

需要注意的是同一个节点下的子节点名称不能相同，且命名是有规范的，它的路径是没有相对路径的概念的，都是绝对路径，任何开始都以"/"开始，最后就是，它存放数据的大小是有限制的。

应用场景

  • 统一命名服务

    • 命名服务是指通过指定的名字来获取资源或者服务的地址，利用zk创建一个全`局的路径，这个路径就可以作为一个名字，例如dubbo使用zk为其命名服务，维护全局的服务地址列表：

  • 统一配置管理

    • 使用zookeeper充当配置中心，统一管理一组服务的配置文件，如早期的kafka就使用zookeeper充当注册及配置中心；

      配置信息可以直接写入ZooKeeper上的一个Znode，各个客户端服务器监听这个Znode。一旦Znode中的数据被修改，ZooKeeper将通知各个客户端服务器来拉取配置更新

  • 统一集群管理

    • 节点一旦注册到zookeeper，则zookeeper可以实现实时监控节点状态变化：

    • 将节点信息写入ZooKeeper上的一个ZNode。

    • 监听这个ZNode可获取它的实时状态变化。

  • 服务节点动态上下线

  • 负载均衡

服务器选取机制

zookeeper的角色

  • leader：处理所有的事务请求（写请求），也可以处理读请求；一个集群中只能有一个leader

  • follower：只能处理读请求，同时作为Leader的候选节点；如果Leader宕机，follower要参与新的leader选举，有可能成为新的Leader节点

  • observer：只能处理读请求，不能参与选举

zab协议

zab协议是为zookeeper专门设计的一种支持崩溃恢复的原子广播协议，是zk保证数据一致性的核心算法。与paxos和raft一样，是一种通用的分布式一致性共识算法。

zab协议可分为如下四个阶段：

  • leader election（选举阶段）：节点 一开始都处于选举阶段，只要有一个节点得到超过半数的选票，它就可以当选为准leader

  • discovery（发现阶段）：followers和准leader通信，同步followers最近接收到的事务提议；

  • synchronization（同步阶段）：利用leader前一阶段获得的最新提议历史，同步集群中的所有副本。同步完成之后准Leader才会成为真正的leader

  • Broadcast（广播阶段）：zk正式对外提供事务服务，leader可以进行消息广播，如果有新节点加入，也会对新节点进行同步

相关术语

  • SID：服务器Id，用来唯一标识 一台zk集群中的机器，每台机器不能重复，和myid一致

  • ZXID：事务id，用来标识 一次服务器状态的变更。在某一时刻，集群中的每台机器的zxid值不一定完全一致，这和zk服务器对于客户端“更新请求”的处理逻辑有关。

  • Epoch：每个leader任期的代号 。没有leader时同一轮投票过程中的逻辑时钟值是相同的，每投完一次这个数据就会增加

选举流程

首次选举

  • 服务器1启动，发起一次选举。服务器1投自己一票。此时服务器1票数一票，不够半数以上（3票），选举无法完成，服务器1状态保持为LOOKING；

  • 服务器2启动，再发起一次选举。服务器1和2分别投自己一票并交换选票信息：此时服务器1发现服务器2的myid比自己目前投票推举的（服务器1）大，更改选票为推举服务器2。此时服务器1票数0票，服务器2票数2票，没有半数以上结果，选举无法完成，服务器1，2状态保持LOOKING。

  • 服务器3启动，发起一次选举。此时服务器1和2都会更改选票为服务器3。此次投票结果：服务器1为0票，服务器2为0票，服务器3为3票。此时服务器3的票数已经超过半数，服务器3当选Leader。服务器1，2更改状态为FOLLOWING，服务器3更改状态为LEADING；

  • 服务器4启动，发起一次选举。此时服务器1，2，3已经不是LOOKING状态，不会更改选票信息。交换选票信息结果：服务器3为3票，服务器4为1票。此时服务器4服从多数，更改选票信息为服务器3，并更改状态为FOLLOWING；

  • 服务器5启动，同4一样当小弟

非首次选举

有leader的情况下：

  • 当有服务器试图选举时，会被告知当前集群的leader信息，该服务器直接和leader建议连接即可

leader挂掉的情况：

  • 假设zk由5台服务器组成，sid分别为1、2、3、4、5，zxid分别为8、8、8、7、7，并且此时sid为3的服务器是leader，某一刻，3和5同时挂掉，因此开始leader选举：

  • sid为1、2、4的机器投票情况：

  • 服务器epochzxidsid
    1181
    2182
    4174

  • 选举leader的规则 如下：

    • epoch大的直接胜出

    • epoch相同，zxid大的胜出

    • zxid相同，sid大的胜出

  • 所以最终的leader是服务器2

部署

主机准备

PORTROLE
192.168.142.155slave02
192.168.142.156slave
192.168.142.157master
192.168.142.158slave03

安装 java

apt install -y openjdk-8-jdk

配置环境变量

export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-8-openjdk-amd64
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH

 执行配置文件

. /etc/profile

配置 hosts 文件

配置 hosts 文件,每台主机上都要配置

192.168.142.155 slave02
192.168.142.156 slave
192.168.142.157 master
192.168.142.158 slave03

docker-compose.yml 

四台主机的 docker-compose.yml 文件

services:
  zookeeper:
    image: zookeeper:3.7
    container_name: zookeeper_master
    restart: always
    ports:
      - "2181:2181"
      - "2888:2888"
      - "3888:3888"
    environment:
      ZOO_MY_ID: 1
      ZOO_SERVERS: server.1=master:2888:3888;2181 server.2=slave:2888:3888;2181 server.3=slave02:2888:3888;2181 server.4=slave03:2888:3888;2181
    networks:
      zookeeper_net:
        aliases:
          - master

networks:
  zookeeper_net:
    driver: bridge

几台主机的 docker-compose.yml 都大差不差，机台主机只有这几个地方需要修改

# master
ZOO_MY_ID: 1
# slave
ZOO_MY_ID: 2
# slave02
ZOO_MY_ID: 3
# slave03
ZOO_MY_ID: 4
 networks:
      zookeeper_net:
        aliases:
          - master

 networks:
      zookeeper_net:
        aliases:
          - slave


 networks:
      zookeeper_net:
        aliases:
          - slave02


 networks:
      zookeeper_net:
        aliases:
          - slave03
 container_name: zookeeper_master

 container_name: zookeeper_slave

 container_name: zookeeper_slave02

 container_name: zookeeper_slave03

启动

docker-compose up -d

查看集群状态

docker exec -it zookeeper_master /bin/bash
bin/zkServer.sh status

master 

root@b3d69910d04d:/apache-zookeeper-3.7.2-bin# bin/zkServer.sh status
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /conf/zoo.cfg
Client port found: 2181. Client address: localhost. Client SSL: false.
Mode: follower

slave

root@slave:~# docker exec -it zookeeper_slave1 bash
root@02e82babb141:/apache-zookeeper-3.7.2-bin# bin/zkServer.sh status
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /conf/zoo.cfg
Client port found: 2181. Client address: localhost. Client SSL: false.
Mode: follower

slave02

root@slave02:~# docker exec -it zookeeper_slave2 bash
root@8007cd7a176d:/apache-zookeeper-3.7.2-bin# bin/zkServer.sh status
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /conf/zoo.cfg
Client port found: 2181. Client address: localhost. Client SSL: false.
Mode: follower

slave03 

root@slave03:~# docker exec -it zookeeper_slave3 bash
root@38f7ea196a95:/apache-zookeeper-3.7.2-bin# bin/zkServer.sh status
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /conf/zoo.cfg
Client port found: 2181. Client address: localhost. Client SSL: false.
Mode: leader

关键信息

# master
Mode: follower
# slave
Mode: follower
# slave02
Mode: follower
# slave03
Mode: leader

很明显，这个时候 slave03 是 lader 其他的节点都是 follower

至此，集群部署完成 

另外

如果遇到这种问题

 EndOfStreamException: Unable to read additional data from server sessionid 0x0, likely server has closed socket         at org.apache.zookeeper.ClientCnxnSocketNIO.doIO(ClientCnxnSocketNIO.java:77)         at org.apache.zookeeper.ClientCnxnSocketNIO.doTransport(ClientCnxnSocketNIO.java:350)         at org.apache.zookeeper.ClientCnxn$SendThread.run(ClientCnxn.java:1289)

这种问题一般都出现在部署的是奇数个数的 zk 集群的情况下，最后一台在启动时日志中会出现这种报错

解决办法

https://blog.csdn.net/weixin_56321113/article/details/126236959

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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