分布式系统中zookeeper配置管理

编辑推荐:

现在的分布式系统大部分已经离不开zookeeper(或者类似的解决方案)了,zookeeper简化了分布式应用的管理和部署,本文就通过实例来探讨学习下zookeeper。

来自于博客园,由火龙果软件Alice编辑、推荐。

引言

之前就了解过kafka,看的似懂非懂,最近项目组中引入了kafka,刚好接着这个机会再次学习下。

Kafka在很多公司被用作分布式高性能消息队列,kafka之前我只用过redis的list来做简单的队列处理,也还算好用,可能数据量比较小,也是单机运行,未出现过问题,用作轻量级消息队列还是比较好用的。而redis的作者antirez,设计redis的初衷并不是用来做消息队列,但用它做消息队列的人貌似还挺多,以至于后来antirez后来新开了个项目disque,专门用来做消息队列,但这个不是本文的重点。

在了解kafka的时候,发现他与zookeeper绑定的比较紧密,为了更好的理解kafka,我必须先将zookeeper搞明白。

ZooKeeper是一种分布式协调服务,用于管理大型主机。在分布式环境中协调和管理服务是一个复杂的过程。ZooKeeper通过其简单的架构和API解决了这个问题。 ZooKeeper允许开发人员专注于核心应用程序逻辑,而不必担心应用程序的分布式特性。

这是从互联网上引用的一段话,分布式应用不同于单机引用,维护起来非常复杂,现在的分布式系统大部分已经离不开zookeeper(或者类似的解决方案)了,zookeeper简化了分布式应用的管理和部署,本文就通过实例来探讨学习下zookeeper。

实例

本人也是持着学习的态度来写本篇文章的,后文的实例都未在生产环境中使用过,都是学习之后的实践整理,偏向于应用,对其中的算法原理并未深究。有瑕疵遗漏的地方还望斧正。

配置管理

假如,我们线上有个服务器集群,成百上千台服务器,如果更新代码的时候怎么更新呢,一台台机器去更新?就算是强大的麒麟臂爬也要累折了,今天我们就试试用zookeeper来给服务器集群部署代码。

原理

zookeeper提供了节点watch的功能,zookeeper的client(对外提供服务的server)监控zookeeper上的节点(znode),当节点变动的时候,client会收到变动事件和变动后的内容,基于zookeeper的这个特性,我们可以给服务器集群中的所有机器(client)都注册watch事件,监控特定znode,节点中存储部署代码的配置信息,需要更新代码的时候,修改znode中的值,服务器集群中的每一台server都会收到代码更新事件,然后触发调用,更新目标代码。也可以很容易的横向扩展,可以随意的增删机器,机器启动的时候注册监控节点事件即可。

我的机器数量有限,在本地模拟zookeeper集群和服务器集群,原理都是一样的,可能具体实施的时候有些小异。

在本机通过3个端口模拟zookeeper集群,多个目录模拟服务器集群。

zookeeper配置

本文只是模拟,为了方便,所有的节点全在一台机器上,效果是类似的。

创建/path/to/zookeeper/conf/zoo1.cfg , /path/to/zookeeper/conf/zoo2.cfg ,/path/to/zookeeper/conf/zoo3.cfg 三个文件,配置分别如下:

zoo1.cfg

tickTime=2000
 initLimit=10
 syncLimit=5
 dataDir=/tmp/zk1/data
 dataLogDir=/tmp/zk1/log
 clientPort=2181
 server.1=localhost:2888:3888
 server.2=localhost:2899:3899
 server.3=localhost:2877:3877

zoo2.cfg

tickTime=2000
 initLimit=10
 syncLimit=5
 dataDir=/tmp/zk2/data
 dataLogDir=/tmp/zk2/log
 clientPort=2182
 server.1=localhost:2888:3888
 server.2=localhost:2899:3899
 server.3=localhost:2877:3877

zoo3.cfg

ickTime=2000
 initLimit=10
 syncLimit=5
 dataDir=/tmp/zk3/data
 dataLogDir=/tmp/zk3/log
 clientPort=2183
 server.1=localhost:2888:3888
 server.2=localhost:2899:3899
 server.3=localhost:2877:3877

配置文件中dataDir,dataLogDir,clientPort这三个配置是有差别的。

分别在3个节点对应的dataDir中建立myid文件,里面输入服务器标识号

echo 1 > /tmp/zk1/data/myid

echo 2 > /tmp/zk2/data/myid

echo 3 > /tmp/zk3/data/myid

启动三个节点

bin/zkServer.sh start conf/zoo1.cfg

bin/zkServer.sh start conf/zoo2.cfg

bin/zkServer.sh start conf/zoo3.cfg

查看三个节点,可以看到1、3号接节点是follower节点,2号节点是leader节点

zookeeper bin/zkServer.sh status conf/zoo3.cfg
 ZooKeeper JMX enabled by default
 Using config: conf/zoo3.cfg
 Mode: follower
 zookeeper bin/zkServer.sh status conf/zoo2.cfg
 ZooKeeper JMX enabled by default
 Using config: conf/zoo2.cfg
 Mode: leader
 zookeeper bin/zkServer.sh status conf/zoo1.cfg
 ZooKeeper JMX enabled by default
 Using config: conf/zoo1.cfg
 Mode: follower

客户端代码模拟

from kazoo.client import KazooClient
 import time
 import json
 import subprocess
 import os 

 zk = KazooClient(hosts="10.222.76.148:2181, 10.222.76.148:2182, 10.222.76.148:2183") 
zk.start() 
FILE_DIR = os.path.split(os.path.realpath(__file__))[0] 
'''切换到指定文件夹,不存在的话创建并切换''' 
 def go_dir(dir_name):
 if os.path.exists(dir_name):
 pass
 else:
 os.makedirs(dir_name)
 os.chdir(dir_name) 
 '''从git获取代码''' 
 def handle_watch(data):
 try:
 info = json.loads(data)
 if not isinstance(info, dict):
 raise Exception("节点数据不是json穿")
 if not "relativePath" in info:
 raise Exception("节点json缺少[relativePath]字段")
 if not "url" in info:
 raise Exception("节点json缺少[url]字段")
 if not "commitId" in info:
 raise Exception("节点json缺少[commitId]字段") chdir = os.path.join(FILE_DIR, info["relativePath"])
 go_dir(chdir) print("开始执行git clone ...")
 res = subprocess.call(['git', 'status']) if 0 == res:
 res = subprocess.call(['git', 'pull'])
 else:
 res = subprocess.call(['git', 'clone', info["url"], '.'])
if 0 != res:
 raise Exception("clone/pull代码失败") commitId = subprocess.check_output(["git", "rev-parse", "HEAD"])
 commitId = commitId.decode()
 commitId = commitId.strip()
 if commitId != info["commitId"]:
 raise Exception("正确版本Id[%s],当前版本Id[%s]" % (commitId, info["commitId"])) except Exception as e:
 print(e)
 print("更新失败")
 return 1
 else:
 print("正确版本Id[%s],当前版本Id[%s]" % (commitId, info["commitId"]))
 print("更新成功")
 return 0
 finally:
 pass
 @zk.DataWatch("/app/business/config")
 def watch_node(data, stat):
 if data:
 data = data.decode("utf-8")
 handle_watch(data)
 else:
 print("数据为空")
 while True:
 time.sleep(100)
 print('tick')

新建2个文件夹模拟server集群,复制client.py到每个服务器中

mkdir /tmp/server1

mkdir /tmp/server2

分别运行服务器上监控zookeeper节点变动的代码:

python3 /tmp/server1/client.py

python3 /tmp/server2/client.py

启动之后,像znode节点/app/business/config中写入信息:

from kazoo.client import KazooClient
 import json
 zk = KazooClient(hosts="192.168.0.105:2181, 192.168.0.105:2182, 192.168.0.105:2183")
 zk.start()
 znode = {
 "url": "https://github.com/aizuyan/daemon.git",
 "commitId": "d5f5f144c66f0a36d452e9e13067b21d3d89b743",
 "relativePath": "daemon"
 }
 znode = json.dumps(znode)
 znode = bytes(znode, encoding="utf-8")
 zk.set("/app/business/config", znode);

写完之后,会看到上面两个模拟的服务器会马上收到信息:

开始执行git clone ...
 On branch master
 Your branch is up-to-date with 'origin/master'. 
nothing to commit, working tree clean
 Already up-to-date.
 正确版本Id[aea4096f490ff9556124fa5059ca702cc2acdf0e],当前版本Id[aea4096f490ff9556124fa5059ca702cc2acdf0e]
 更新成功 
开始执行git clone ...
 On branch master
 Your branch is up-to-date with 'origin/master'. 
nothing to commit, working tree clean
 Already up-to-date.
 正确版本Id[aea4096f490ff9556124fa5059ca702cc2acdf0e],当前版本Id[aea4096f490ff9556124fa5059ca702cc2acdf0e]
 更新成功

配合上git的hook机制,可以做一个完整的系统,当代码有更新的时候更新保存代码信息znode上的数据,zookeeper push到所有watch这个节点的服务器,服务器更新代码,所有服务器完成一次更新操作。

服务发现

原理

注册一个持久节点/service/business/what,他下面的每个子节点都是一个可用服务,保存了服务的地址端口等信息,服务调用者通过zookeeper获取/service/business/what所有子节点信息来得到可用的服务。下面的节点都是临时节点,服务器启动的时候会过来注册一个临时节点,服务器挂掉之后或主动关闭之后,临时节点会自动移除,这样就可以保证使用者获取的what服务都是可用的,而且可以动态的扩容缩容。

我在本地通过docker来模拟服务器集群,集群中的所有nginx都通过各自的80端口对外提供服务。通过python-nmap定时扫描端口占用情况,如果是open状态则可对外提供服务,如果是closed状态,则停止对外提供服务。如果由于网络抖动删除了临时节点,网络恢复之后,会重新扫描到自身服务可用,然后创建临时节点。

监控服务

容器中启动一个nginx,通过一个进程监控nginx绑定的端口,当端口对外提供服务时,我就认为服务可用,当端口停止对外提供服务时,我就认为服务不可用,相应的删除或者创建临时节点,代码如下所示:

from kazoo.client import KazooClient
 import time
 import nmap
 import os
 import json 
ZNODE_BASE_PATH="/service/business/what/"
 zk = KazooClient(
 hosts="192.168.0.105:2181, 192.168.0.105:2182, 192.168.0.105:2183"
 )
 zk.start()
 znode = ZNODE_BASE_PATH+"/s"+os.environ["PORT"] 
def get_server_info():
 server_info = (os.environ["URL"], os.environ["PORT"])
 return server_info 
def is_port_run(ip, port):
 nm = nmap.PortScanner()
 info = nm.scan(ip, port)
 state = info['scan'][ip]['tcp'][int(port)]['state']
 ret = False
 if state == "open":
 ret = True
 return ret
server_info = get_server_info()
 server_info = json.dumps(server_info).encode("utf-8") 
while True:
 time.sleep(2)
 is_alive = is_port_run("127.0.0.1", "80")
 if is_alive:
 if not zk.exists(znode):
 zk.create(znode, server_info, ephemeral=True, makepath=True)
 else:
 if zk.exists(znode):
 zk.delete(znode)

docker配置

每个服务器绑定的端口信息通过docker运行的时候传入参数决定,这样就可以通过同一个镜像方便的创建多个容器实例了,方便快捷,下面是dockerfile:

FROM python:latest
 MAINTAINER Liam Yan 
# 扩充源
 RUN grep '^deb ' /etc/apt/sources.list | sed 's/^deb/deb-src/g' > /etc/apt/sources.list.d/deb-src.list
 RUN apt-get update -y 
RUN apt-get install nginx -y
 RUN mkdir /usr/share/nginx/logs
 RUN apt-get install nmap -y
 RUN pip3 install python-nmap
 RUN pip3 install kazoo
 ADD nginx.conf /etc/nginx/nginx.conf
 ADD is_alive.py /usr/local/is_alive.py
 ADD run.sh /usr/local/run.sh 
 EXPOSE 80
CMD ["/bin/bash", "/usr/local/run.sh"]

其中nginx.conf是容器中的nginx配置文件,最简单的就可以,只要可以验证该服务器是否可用即可,但一定要注意,要在nginx配置文件中加入daemon off;,不然docker可能会启动之后马上退出。is_alive.py就是上面的用来检测容器中的服务是否可用。run.sh内容如下,启动一个后台监控进程之后,再启动nginx。

nohup python3 /usr/local/is_alive.py &

nginx

创建镜像并运行

通过dockerfile创建镜像docker build --rm -t zookeeper_test .,创建成功之后运行5个服务器:

docker run -e "URL=127.0.0.1" -e "PORT=9099" --name yrt5 -p 9099:80 -d nzookeeper_test
 docker run -e "URL=127.0.0.1" -e "PORT=9098" --name yrt4 -p 9098:80 -d nzookeeper_test
 docker run -e "URL=127.0.0.1" -e "PORT=9097" --name yrt3 -p 9097:80 -d nzookeeper_test
 docker run -e "URL=127.0.0.1" -e "PORT=9096" --name yrt2 -p 9096:80 -d nzookeeper_test
 docker run -e "URL=127.0.0.1" -e "PORT=9095" --name yrt1 -p 9095:80 -d nzookeeper_test

启动之后运行docker ps -a,可以看到,端口可以随便取,只要别冲突就行,

zookeeper git:(master) docker ps -a
 CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
 5ae23ae351ed nginx_python_alive "/bin/bash /usr/loca…" Less than a second ago Up 2 seconds 0.0.0.0:9096->80/tcp yrt5
 e4a961e7853e nginx_python_alive "/bin/bash /usr/loca…" 44 seconds ago Up 49 seconds 0.0.0.0:9095->80/tcp yrt4
 f96650b188be nginx_python_alive "/bin/bash /usr/loca…" 35 minutes ago Up 35 minutes 0.0.0.0:9099->80/tcp yrt3
 084f71db25f2 nginx_python_alive "/bin/bash /usr/loca…" 35 minutes ago Up 35 minutes 0.0.0.0:9090->80/tcp yrt2
 159199bee2ed nginx_python_alive "/bin/bash /usr/loca…" 36 minutes ago Up 36 minutes 0.0.0.0:8080->80/tcp yrt1

对外提供服务

通过读取/service/business/what节点下的所有子节点就可以获取到所有的可用服务,代码如下:

from kazoo.client import KazooClient

def get_servers():

zk = KazooClient(hosts="192.168.0.105:2181, 192.168.0.105:2182, 192.168.0.105:2183")

zk.start()

ZNODE = "/service/business/what"

children = zk.get_children(ZNODE)

servers = []

for child in children:

child_znode = ZNODE + "/" + child

child_server_info, stat = zk.get(child_znode)

child_server_info = child_server_info.decode()

child_server_info = json.loads(child_server_info)

servers.append(child_server_info[0] + ":" + child_server_info[1])

return servers

运行之后得到可用服务列表['127.0.0.1:9096', '127.0.0.1:9095', '127.0.0.1:8080', '127.0.0.1:9099', '127.0.0.1:9090'],使用者只需要随机选择一个使用就可以了。

除此之外,还可以在从zookeeper获取可用服务列表的时候加一层缓存,提高性能,额外一个进程watch/service/business/what的子节点变动,当有子节点变动的时候,删除缓存,这样就可以做到缓存中的内容'时时'和zookeeper中保持一致了

在kafka中的作用

至此大概对zookeeper在实际应用中的作用有了大概了解,这对我理解他在kafka中的作用有很大的帮助。在kafka中,zookeeper负责的是存储kafka中的元数据信息,队列的数据是不会存储到zookeeper的,kafka是分布式的,zookeeper协调broker、producer、consumer之间的关系,当有新的角色加入的时候,更新zookeeper中的数据,其他角色就可以得到通知,并作出相应的调整,不需要停机更新配置,做到动态扩容。下图来自互联网,比较清晰的展示了zookeeper中存储的kafka元信息数据。

zookeeper在kafka中充当的更像是分布式服务中配置中心的角色,所有配置信息、公共信息都丢到这里来了,此为吾之愚见,望斧正

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