快捷導(dǎo)航

關(guān)于ZooKeeper原理剖析

更新時間：2025年02月25日 08:53:41 作者：Hello.Reader

ZooKeeper是一種分布式、高可用性的協(xié)調(diào)服務(wù),主要用于幫助系統(tǒng)避免單點故障和建立可靠的應(yīng)用程序,它通過Leader、Follower和Observer的角色來協(xié)調(diào)節(jié)點,并提供分布式協(xié)作服務(wù)和維護配置信息,ZooKeeper在HDFS、YARN、HBase、SmallFS和Kafka等大數(shù)據(jù)產(chǎn)品中都有廣泛的應(yīng)用

1. ZooKeeper簡介

ZooKeeper是一個分布式、高可用性的協(xié)調(diào)服務(wù)。在大數(shù)據(jù)產(chǎn)品中主要提供兩個功能：

幫助系統(tǒng)避免單點故障，建立可靠的應(yīng)用程序。
提供分布式協(xié)作服務(wù)和維護配置信息。

2. ZooKeeper結(jié)構(gòu)

ZooKeeper集群中的節(jié)點分為三種角色：Leader、Follower和Observer，其結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系如下圖所示。通常來說，需要在集群中配置奇數(shù)個（2N+1）ZooKeeper服務(wù)，至少（N+1）個投票才能成功的執(zhí)行寫操作。

ZooKeeper結(jié)構(gòu)

上圖中各部分的功能說明如下表所示。

名稱	描述
Leader	在ZooKeeper集群中只有一個節(jié)點作為集群的領(lǐng)導(dǎo)者，由各Follower通過ZooKeeper Atomic Broadcast(ZAB)協(xié)議選舉產(chǎn)生，主要負責(zé)接收和協(xié)調(diào)所有寫請求，并把寫入的信息同步到Follower和Observer。
Follower	Follower的功能有兩個：1.每個Follower都作為Leader的儲備，當(dāng)Leader故障時重新選舉Leader，避免單點故障。2.處理讀請求，并配合Leader一起進行寫請求處理。
Observer	Observer不參與選舉和寫請求的投票，只負責(zé)處理讀請求、并向Leader轉(zhuǎn)發(fā)寫請求，避免系統(tǒng)處理能力浪費。
Client	ZooKeeper集群的客戶端，對ZooKeeper集群進行讀寫操作。例如HBase可以作為ZooKeeper集群的客戶端，利用ZooKeeper集群的仲裁功能，控制其HMaster的“Active”和“Standby”狀態(tài)。

如果集群啟用了安全服務(wù)，在連接ZooKeeper時需要進行身份認證，認證方式有以下兩種：

keytab方式：需要從MRS集群管理員處獲取一個“人機”用戶，用于登錄MRS平臺并通過認證，并且獲取到該用戶的keytab文件。
票據(jù)方式：從MRS集群管理員處獲取一個“人機”用戶，用于后續(xù)的安全登錄，開啟Kerberos服務(wù)的renewable和forwardable開關(guān)并且設(shè)置票據(jù)刷新周期，開啟成功后重啟kerberos及相關(guān)組件。

注意：

默認情況下，用戶的密碼有效期是90天，所以獲取的keytab文件的有效期是90天。
Kerberos服務(wù)的renewable、forwardable開關(guān)和票據(jù)刷新周期的設(shè)置在Kerberos服務(wù)的配置頁面的“系統(tǒng)”標(biāo)簽下，票據(jù)刷新周期的修改可以根據(jù)實際情況修改“kdc_renew_lifetime”和“kdc_max_renewable_life”的值。

3. ZooKeeper原理

寫請求

Follower或Observer接收到寫請求后，轉(zhuǎn)發(fā)給Leader。
Leader協(xié)調(diào)各Follower，通過投票機制決定是否接受該寫請求。
如果超過半數(shù)以上的Leader、Follower節(jié)點返回寫入成功，那么Leader提交該請求并返回成功，否則返回失敗。
Follower或Observer返回寫請求處理結(jié)果。

只讀請求

客戶端直接向Leader、Follower或Observer讀取數(shù)據(jù)。

4. ZooKeeper和HDFS的關(guān)系

ZooKeeper與HDFS的關(guān)系如下圖所示。

ZKFC（ZKFailoverController）作為一個ZooKeeper集群的客戶端，用來監(jiān)控NameNode的狀態(tài)信息。ZKFC進程僅在部署了NameNode的節(jié)點中存在。HDFS NameNode的Active和Standby節(jié)點均部署有zkfc進程。

HDFS NameNode的ZKFC連接到ZooKeeper，把主機名等信息保存到ZooKeeper中，即“/hadoop-ha”下的znode目錄里。先創(chuàng)建znode目錄的NameNode節(jié)點為主節(jié)點，另一個為備節(jié)點。HDFS NameNode Standby通過ZooKeeper定時讀取NameNode信息。
當(dāng)主節(jié)點進程異常結(jié)束時，HDFS NameNode Standby通過ZooKeeper感知“/hadoop-ha”目錄下發(fā)生了變化，NameNode會進行主備切換。

5. ZooKeeper和YARN的關(guān)系

ZooKeeper與YARN的關(guān)系如下圖所示。

在系統(tǒng)啟動時，ResourceManager會嘗試把選舉信息寫入ZooKeeper，第一個成功寫入ZooKeeper的ResourceManager被選舉為Active ResourceManager，另一個為Standby ResourceManager。Standby ResourceManager定時去ZooKeeper監(jiān)控Active ResourceManager選舉信息。
Active ResourceManager還會在ZooKeeper中創(chuàng)建Statestore目錄，存儲Application相關(guān)信息。當(dāng)Active ResourceManager產(chǎn)生故障時，Standby ResourceManager會從Statestore目錄獲取Application相關(guān)信息，恢復(fù)數(shù)據(jù)。

6. ZooKeeper和HBase的關(guān)系

ZooKeeper與HBase的關(guān)系如下圖所示。

HRegionServer以Ephemeral node的方式注冊到ZooKeeper中。其中ZooKeeper存儲HBase的如下信息：HBase元數(shù)據(jù)、HMaster地址。
HMaster通過ZooKeeper隨時感知各個HRegionServer的健康狀況，以便進行控制管理。
.HBase也可以部署多個HMaster，類似HDFS NameNode，當(dāng)HMaster主節(jié)點出現(xiàn)故障時，HMaster備用節(jié)點會通過ZooKeeper獲取主HMaster存儲的整個HBase集群狀態(tài)信息。即通過ZooKeeper實現(xiàn)避免HBase單點故障問題的問題。

7. Zookeeper和SmallFS的配合關(guān)系

FGCService的部署模式為HA模式。HA（High Availability）模式目的是防止單節(jié)點故障導(dǎo)致服務(wù)不可用。為了支持HA模式，F(xiàn)GCService依賴于ZooKeeper。

8. ZooKeeper和Kafka的配合關(guān)系

ZooKeeper與Kafka的關(guān)系如下圖 ZooKeeper和Kafka的關(guān)系所示。

Broker端使用ZooKeeper用來注冊broker信息，并進行partition leader選舉Consumer端使用ZooKeeper用來注冊consumer信息，其中包括consumer·消費的partition列表等，同時也用來發(fā)現(xiàn)broker列表，并和partition leader建立socket連接，并獲取消息。