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Zookeeper选举算法总结及集群搭建

Zookeeper选举算法总结及集群搭建

Zookeeper是一个分布式的，开放源码的分布式应用程序协调服务，它包含一个简单的原语集，分布式应用程序可以基于它实现同步服务，配置维护和命名服务等。

Zookeeper选举算法总结及集群搭建
图1

在集群中有三种角色，leader、follower和observer。leader和各个follower是互相通信的，对于zk系统的数据都是保存在内存里面的，同样也会备份一份在磁盘上。对于每个zk节点而言，可以看做每个zk节点的命名空间是一样的，也就是有同样的数据（下面的树结构）如果Leader挂了，zk集群会重新选举，在毫秒级别就会重新选举出一个Leaer集群中除非有一半以上的zk节点挂了，zk service才不可用。

其默认选举算法为FastLeaderElection。FastLeaderElection的本质是类fast Paxos的算法。Google Chubby的作者Mike Burrows说过这个世界上只有一种一致性算法，那就是Paxos，其它的算法都是残次品。

以下给出FastLeaderElection算法的分析过程：

首先给出几个名词解释：

Serverid：在配置server时，给定的服务器的标示id。

Zxid:服务器在运行时产生的数据id，zxid越大，表示数据越新。

Epoch：选举的轮数，即逻辑时钟。

Server状态：LOOKING,FOLLOWING,OBSERVING,LEADING

总结：

一、首先开始选举阶段，每个Server读取自身的zxid。

二、发送投票信息

a、首先，每个Server第一轮都会投票给自己。

b、投票信息包含：所选举leader的Serverid，Zxid，Epoch。Epoch会随着选举轮数的增加而递增。

三、接收投票信息

1、如果所接收数据中服务器的状态是否处于选举阶段(LOOKING 状态)。

首先，判断逻辑时钟值：

a）如果发送过来的逻辑时钟Epoch大于目前的逻辑时钟。首先，更新本逻辑时钟Epoch，同时清空本轮逻辑时钟收集到的来自其他server的选举数据。然后，判断是否需要更新当前自己的选举leader Serverid。判断规则rules judging：保存的zxid最大值和leader Serverid来进行判断的。先看数据zxid,数据zxid大者胜出;其次再判断leader Serverid,leader Serverid大者胜出；然后再将自身最新的选举结果(也就是上面提到的三种数据（leader Serverid，Zxid，Epoch）广播给其他server)

b）如果发送过来的逻辑时钟Epoch小于目前的逻辑时钟。说明对方server在一个相对较早的Epoch中，这里只需要将本机的三种数据（leader Serverid，Zxid，Epoch）发送过去就行。

c）如果发送过来的逻辑时钟Epoch等于目前的逻辑时钟。再根据上述判断规则rules judging来选举leader ，然后再将自身最新的选举结果(也就是上面提到的三种数据（leader Serverid，Zxid，Epoch）广播给其他server)。

其次，判断服务器是不是已经收集到了所有服务器的选举状态：若是，根据选举结果设置自己的角色(FOLLOWING还是LEADER)，退出选举过程就是了。

最后，若没有收到没有收集到所有服务器的选举状态：也可以判断一下根据以上过程之后最新的选举leader是不是得到了超过半数以上服务器的支持,如果是,那么尝试在200ms内接收一下数据,如果没有新的数据到来,说明大家都已经默认了这个结果,同样也设置角色退出选举过程。

2、如果所接收服务器不在选举状态，也就是在FOLLOWING或者LEADING状态。

a)逻辑时钟Epoch等于目前的逻辑时钟，将该数据保存到recvset。此时Server已经处于LEADING状态，说明此时这个server已经投票选出结果。若此时这个接收服务器宣称自己是leader, 那么将判断是不是有半数以上的服务器选举它，如果是则设置选举状态退出选举过程。
b) 否则这是一条与当前逻辑时钟不符合的消息，那么说明在另一个选举过程中已经有了选举结果，于是将该选举结果加入到outofelection集合中，再根据outofelection来判断是否可以结束选举,如果可以也是保存逻辑时钟，设置选举状态，退出选举过程。

安装配置zookeeper集群：

准备三台服务器
192.168.201.128

192.168.201.131

192.168.201.132

分别在3台服务器进行如下操作：

1.解压zookeeper安装包后得到目录： /usr/zookeeper-3.3.3

2.进入zookeeper-3.3.3目录下，把conf目录下的zoo_sample.cfg 复制成zoo.cfg文件

3. 打开zoo.cfg并修改和添加配置项目，如下：

# tickTime这个时间是作为Zookeeper服务器之间或客户端与服务器之间维持心跳的时间间隔,也就是每个tickTime时间就会发送一个心跳；
tickTime=2000
#initLimit这个配置项是用来配置Zookeeper接受客户端（这里所说的客户端不是用户连接Zookeeper服务器的客户端,而是Zookeeper服务器集群中连接到Leader的Follower 服务器）初始化连接时最长能忍受多少个心跳时间间隔数。
当已经超过10个心跳的时间（也就是tickTime）长度后 Zookeeper 服务器还没有收到客户端的返回信息,那么表明这个客户端连接失败。总的时间长度就是 10*2000=20 秒；
initLimit=10
#syncLimit这个配置项标识Leader与Follower之间发送消息,请求和应答时间长度,最长不能超过多少个tickTime的时间长度,总的时间长度就是5*2000=10秒；
syncLimit=5
# clientPort这个端口就是客户端连接Zookeeper服务器的端口,Zookeeper会监听这个端口接受客户端的访问请求；
clientPort=2181
#dataDir顾名思义就是Zookeeper保存数据的目录,默认情况下Zookeeper将写数据的日志文件也保存在这个目录里；

dataLogDir=/usr/zookeeper-3.3.3/log

#server.A=B：C：D
#A是一个数字,表示这个是第几号服务器,B是这个服务器的ip地址
#C第一个端口用来集群成员的信息交换,表示的是这个服务器与集群中的Leader服务器交#换信息的端口
#D是在leader挂掉时专门用来进行选举leader所用

server.1=192.168.201.128:2888:3888
server.2=192.168.201.131:2888:3888
server.3=192.168.201.132:2888:3888

4、新建log和data目录

mkdir /usr/zookeeper-3.3.3/data

mkdir /usr/zookeeper-3.3.3/log

5 、在/usr/zookeeper-3.3.3/data目录下创建一个文件：myid

6、分别在myid上按照配置文件的server.中id的数值，在不同机器上的该文件中填写相应过的值

192.168.201.128 的myid内容为1

192.168.201.131 的为2
192.168.201.132 的为3

7.分别在三台机器/usr/zookeeper-3.3.3/bin/目录下执行：

./zkServer.sh start