zookeeper集群 + kafka集群

一、Zookeeper（分布式服务管理框架）

存储业务服务器节点的元数据及状态信息，并且负责通知zookeeper上注册服务节点状态给客户端

Zookeeper是一个分布式协调服务，专门为分布式应用提供高效可靠的协调、同步、配置管理和故障恢复等功能。它的设计目的是简化分布式系统的管理，保证多个节点之间的数据一致性和协调工作。Zookeeper 提供了类似文件系统的层次化命名空间，用来存储和管理元数据，确保分布式应用的高可用性和强一致性。

1.1 Zookeeper 工作机制

服务端启动时向zookeeper注册信息，zookeeper充当一个管理者，存储和管理服务器节点的元数据和状态信息。客户端通过zookeeper监听服务器列表，有任何服务器节点挂了，zookeeper都会通知客户端。

zookeeper = 文件系统 + 通知机制

1个leader ，N个follower，节点数量 >=3（奇数台）

Zookeeper从设计模式角度来理解：是一个基于观察者模式设计的分布式服务管理框架，它负责存储和管理大家都关心的数据，然后接受观察者的注册，一旦这些数据的状态发生变化，Zookeeper就将负责通知已经在Zookeeper上注册的那些观察者做出相应的反应。也就是说 Zookeeper =文件系统 +通知机制

1.2 Zookeeper 数据结构

Zookeeper 的数据结构类似于一个层次化的文件系统：

ZNode：是 Zookeeper 中存储数据的基本单元，每个 ZNode 都可以存储少量的数据，并且可以有子节点，形成树状结构。

持久节点：该类型的 ZNode 会一直存在，直到手动删除。

临时节点：客户端会话断开时，临时节点会自动删除，适用于实现分布式锁等功能。

顺序节点：在创建 ZNode 时，Zookeeper 可以自动为其添加递增的编号，常用于实现分布式队列或顺序任务处理。

ZooKeeper数据模型的结构与Linux文件系统很类似，整体上可以看作是一棵树，每个节点称做一个ZNode。每一个ZNode默认能够存储1MB的数据，每个ZNode都可以通过其路径唯一标识。

1.3 Zookeeper 应用场景

提供的服务包括：统一命名服务、统一配置管理、统一集群管理、服务器节点动态上下线、软负载均衡等。

统一命名服务

在分布式环境下，经常需要对应用/服务进行统一命名，便于识别。例如：IP不容易记住，而域名容易记住。

统一配置管理

（1）分布式环境下，配置文件同步非常常见。一般要求一个集群中，所有节点的配置信息是一致的，比如Kafka集群。对配置文件修改后，希望能够快速同步到各个节点上。

（2）配置管理可交由ZooKeeper实现。可将配置信息写入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。

统一集群管理

（1）分布式环境中，实时掌握每个节点的状态是必要的。可根据节点实时状态做出一些调整。

（2）ZooKeeper可以实现实时监控节点状态变化。可将节点信息写入ZooKeeper上的一个ZNode。监听这个ZNode可获取它的实时状态变化。

服务器动态上下线

客户端能实时洞察到服务器上下线的变化。

软负载均衡

在Zookeeper中记录每台服务器的访问数，让访问数最少的服务器去处理最新的客户端请求。

1.4 Zookeeper 选举机制

1.5.1 第一次选举 ***

Zookeeper 的选举机制确保集群中的所有节点对外表现为一个统一的服务。选举机制分为两个阶段：Leader 选举和 投票确认。

通过比较myid，myid最大的获取选票。当选票超过半数，确定leader节点，之后再加入的节点无论myid多大，都会做follower加入集群

①、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；

②、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

③、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；

④、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FOLLOWING；

⑤、服务器5启动，同4一样当小弟。

1.5.2 非第一次选举 ***

1、当ZooKeeper集群中的一台服务器出现以下两种情况之一时，就会开始进入Leader选举：

①、服务器初始化启动。

②、服务器运行期间无法和Leader保持连接。

2、而当一台机器进入Leader选举流程时，当前集群也可能会处于以下两种状态：

①、集群中本来就已经存在一个Leader。

对于已经存在Leader的情况，机器试图去选举Leader时，会被告知当前服务器的Leader信息，对于该机器来说，仅仅需要和 Leader机器建立连接，并进行状态同步即可。

②、集群中确实不存在Leader。

假设ZooKeeper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。某一时刻，3和5服务器出现故障，因此开始进行Leader选举。

当源leader故障，其他节点会选举新的leader，先比较EPOCH（任期）最大的直接当选leader；如果EPOCH想退，会比较事务ID，最大的当选leader；如果事务ID相同，比较服务器ID，最大的当选leader。

选举Leader规则：

① EPOCH大的直接胜出

② EPOCH相同，事务id大的胜出

③ 事务id相同，服务器id大的胜出

SID：服务器ID（myid）。ZooKeeper集群中的机器唯一标识符，每台机器不能重复。

ZXID：事务ID。用来标识一次服务器状态的变更。每次进行一个操作（如数据更新），都会产生一个新的事务 ID。事务 ID 越大，表示这个节点处理的最新事务越多。

Epoch（任期）：每次选举出一个新的 Leader，EPOCH 就会增加。EPOCH 越大，表示这个节点在集群中担任 Leader 的次数越多。EPOCH 用来帮助节点们识别哪个节点是最新的 Leader。

1.6 部署 Zookeeper 集群

1.6.1 部署环境ZK

服务名称	IP地址	服务
zk01	192.168.190.20	zookeeper-3.5.7 kafka_2.13-2.7.1 jdk_1.8
zk02	192.168.190.30	zookeeper-3.5.7 kafka_2.13-2.7.1 jdk_1.8
zk03	192.168.190.40	zookeeper-3.5.7 kafka_2.13-2.7.1 jdk_1.8

1.6.2 安装前准备

1、关闭防火墙

systemctl stop firewalld

systemctl disable firewalld

setenforce 0

2、安装 JDK

yum install -y java-1.8.0-openjdk java-1.8.0-openjdk-devel

java -version

3、下载安装包

官方下载地址：Index of /dist/zookeeper

cd /opt

wget https://archive.apache.org/dist/zookeeper/zookeeper-3.5.7/apache-zookeeper-

3.5.7-bin.tar.gz

1.6.3 安装 Zookeeper

（zk01、zk02、zk03都要做）

cd /opt

tar -zxvf apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz

mv apache-zookeeper-3.5.7-bin /usr/local/zookeeper-3.5.7

1、修改配置文件

cd /usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/

cp zoo_sample.cfg zoo.cfg

vim zoo.cfg

tickTime=2000 #通信心跳时间，Zookeeper服务器与客户端心跳时间，单位毫秒

initLimit=10 #Leader和Follower初始连接时能容忍的最多心跳数（tickTime的数量），这里表示为10*2s

syncLimit=5 #Leader和Follower之间同步通信的超时时间，这里表示如果超过5*2s，Leader认为Follwer死掉，并从服务器列表中删除Follwer

dataDir=/usr/local/zookeeper-3.5.7/data #修改，指定保存Zookeeper中的数据的目录，目录需要单独创建

dataLogDir=/usr/local/zookeeper-3.5.7/logs #添加，指定存放日志的目录，目录需要单独创建

clientPort=2181 #客户端连：接端口

server.1=192.168.190.20:3188:3288 #添加集群信 #3188:3288 （交换信息：重新选举）

server.2=192.168.190.30:3188:3288

server.3=192.168.190.40:3188:3288

server.A=B:C:D

●A是一个数字，表示这个是第几号服务器。集群模式下需要在zoo.cfg中dataDir指定的目录下创建一个文件myid，这个文件里面有一个数据就是A的值，Zookeeper启动时读取此文件，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哪个server。

●B是这个服务器的地址。

●C是这个服务器Follower与集群中的Leader服务器交换信息的端口。

●D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。

2、拷贝配置好的 Zookeeper 配置文件到其他机器上

scp /usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/zoo.cfg 192.168.190.30:/usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/

scp /usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/zoo.cfg 192.168.190.40:/usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/

mkdir /usr/local/zookeeper-3.5.7/data

mkdir /usr/local/zookeeper-3.5.7/logs

4、在每个节点的dataDir指定的目录下创建一个 myid 的文件

zk01：

echo 1 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid

zk02：

echo 2 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid

zk03：

echo 3 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid

5、配置 Zookeeper 启动脚本

vim /etc/init.d/zookeeper

#!/bin/bash

#chkconfig:2345 20 90

#description:Zookeeper Service Control Script

ZK_HOME='/usr/local/zookeeper-3.5.7'

case $1 in

start)

echo "---------- zookeeper 启动 ------------"

$ZK_HOME/bin/zkServer.sh start

;;

stop)

echo "---------- zookeeper 停止 ------------"

$ZK_HOME/bin/zkServer.sh stop

;;

restart)

echo "---------- zookeeper 重启 ------------"

$ZK_HOME/bin/zkServer.sh restart

;;

status)

echo "---------- zookeeper 状态 ------------"

$ZK_HOME/bin/zkServer.sh status

;;

*)

echo "Usage: $0 {start|stop|restart|status}"

esac