Zookeeper原理介绍

Zookeeper可以运行在两种模式下，一种是单机模式，单机模式就是只有一个zookeeper service ，这对与测试来讲非常方便，但不能保证服务的高性能和高可靠性；另一种就是复制模式（集群模式），在这种模式下，只要集群中的大多数正常工作，就可以提供稳定的高性能服务，如五个节点的ensemble，任意两个节点失败，服务器仍然可以正常工作，实现原理很简单：确保znode树的每一次修改都被复制到ensemble的大多数机器中。

Zookeeper使用zab协议，运行在两个阶段（状态）[phase]：

Phase1：leader elction

选举一个杰出的组员（一个zookeeper service），称之为leader，其他的机器称之为followers.

Phase2:Atomic broadcast

所有的写请求传递到leader，leader通过广播更新followers。当大多数更改后，leader提交更新，同时client得到响应：更新成功。

如果leader失败，剩下的机器进行另一个leader的选举，如果以前的leader恢复，它将变成一个follower，leader elction非常快，大约200ms，因此，在选举过程中不会是行你呢个显著降低。

除了request processor, 组成zookeeper服务的每个server都会在本地备份其它组件的拷贝. replicated database是一个包含整个数据树的内存数据库.更新被logged到磁盘以提供可恢复性,写操作先持久化到磁盘，然后再对内存数据库作变更.

      每个zookeeper server都对client提供服务.client连接到具体的某一个server以提交请求.读操作依赖与每个server的本地数据库.改变服务状态的请求,写操作,由一致性协议来处理.

作为一致性协议的一部分，所有的client写请求被提交到专门的一个leader server. 其余的server,被称为followers,从leader接收消息,并对消息的传递达成一致.

      消息层负责替换失效leader并同步followers.zookeeper使用自定义的原子消息传递协议.因为消息传递层是原子性的,zookeeper能够确保本地备份不会出现分歧.When the leader receives a write request, it calculates what the state of the system is when the write is to be applied and transforms this into a transaction that captures this new state.

        在使用上，zookeeper的编程接口特意做的非常简单.在此之上，你可以实现更高层次的操作, 如同步原语, 组管理, 所有权等等.

 

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2.1 Katta和zookeeper的关系

2.4.1 什么是zookeeper?

zookeeper是针对分布式应用的分布式协作服务，它的目的就是为了减轻分布式应用从头开发协作服务的负担。

它的基本功能是命名服务(naming)，配置管理(configuration management)，同步(synchronization)和组服务 (group services)。在此基础上可以实现分布式系统的一致性，组管理，Leader选举等功能。

一个zookeeper机群包含多个zookeeper服务器，这些Server彼此都知道对方的存在。 Zookeeper系统结构图如图2所示：

 

 

                图2    zookeeper系统结构图

 

l.所有的Server都保存有一份目前zookeeper系统状态的备份；

2.在zookeeper启动的时候，会自动选取一个Server作为Leader，其余的Server都是Follower；

3.作为Follower的Server服务于Client,接受Client的请求，并把Client的请求转交给Leader，由Leader提交请求。

4.Client只与单个的zookeeper服务器连接。Client维护一个持久TCP连接，通过其发送请求, 获取响应和事件,并发送心跳信息。如果Client到Server的TCP连接中断, Client将会连接到另外一个Server。

5.zookeeper机群的鲁棒性是我们使用它的原因，只要不超过半数的服务器当机（如果正常服务的服务器数目不足一半，那么原有的机群将可能被划分成两个信息无法一致的zookeeper服务），该服务就能正常运行。

2.4.2 zookeeper的虚拟文件系统

Zookeeper允许多个分布在不同服务器上的进程基于一个共享的、类似标准文件系统的树状虚拟文件系统来进行协作。虚拟文件系统中的每个数据节点都称作一个znode。每个znode都可以把数据关联到它本身或者它的子节点.如图3所示：

 

 

 

         图3 zookeeper的虚拟文件系统目录结构

1.每个znode的名称都是绝对路径名来组成的，如“/katta/index/index_name”等。

2.读取或写入znode中的数据都是原子操作，read会获取znode中的所有字节, write会整个替换znode中的信息.每个znode都包含一个访问控制列表(ACL)以约束该节点的访问者和权限.

3.有些znode是临时节点.临时节点在创建它的session的生命周期内存活, 当其session终止时，此类节点将会被删除.

4.zookeeper提供znode监听器的概念. Client可以在某个znode上设置监听器以监听该znode的变更. 当znode有变更时, 这些Client将会收到通知,并执行预先敲定好的函数。