Zookeeper入门实战(1)-概念、安装及命令行

Zookeeper是一个为分布式应用提供一致性协调服务的中间件，主要用来解决分布式应用中经常遇到的一些一致性问题，如：统一命名服务、状态同步服务、集群管理、分布式应用配置项的管理等。本文主要包括Zookeeper简介、安装、命令行操作等；文中所使用到的软件版本：Java 1.8.0_191、Zookeeper 3.6.0、Centos 7.6。

1、简介

1.1、设计目标

ZooKeeper is simple.
ZooKeeper is replicated.
ZooKeeper is ordered.
ZooKeeper is fast.

ZooKeeper是简单、可复制、有序、快速的。

1.2、数据模型和层次命名空间

ZooKeeper提供的命名空间与标准文件系统的命名空间非常类似。命名空间由一系列路径组成，用/分隔。ZooKeeper命名空间中的每个节点使用一个具体路径来标识。ZooKeeper的层次命名空间结构如下：

1.3、节点

与标准文件系统不同的是，ZooKeeper命名空间的每个节点可以保存数据，就像一个文件系统中的文件，它既是文件也是目录。ZooKeeper用来存储状态信息、配置、位置信息等，因此存储在每个节点上的数据通常很小，在字节到千字节范围内。有四种类型的节点：

临时节点(EPHEMERAL)：会话结束该节点自动被删除，临时节点不能拥有子节点
临时顺序节点(EPHEMERAL_SEQUENTIAL)：具有临时节点特征，但是它会在节点名称后面增加一个序列号，分布式锁中会用到该类型节点
持久节点(PERSISTENT)：创建后永久存在，可以自动删除；也可以设置一个存活时间，当指定存活时间过去以后，如果相应的节点没有得到更新且没有直接的，就会被自动删除
持久顺序节点(PERSISTENT_SEQUENTIAL)：具有持久节点特征，但是它会在节点名称后面增加一个序列号

注：顺序节点中序列号对于此节点的父节点是唯一的，它是一个10位的数字，如果这个序列号大于2^32-1就会溢出。

1.4、更新和监视

客户端可以监视一个节点，当该节点发生变化时会，客户端会收到该节点变化的通知；一个监视器只会触发一次，触发后会删除该监视器。如果客户端和其中一个ZooKeeper服务器之间的连接中断，则客户端将收到一个本地通知。

1.5、状态信息

zxid：zookeeper每次状态改变都收到一个zxid(ZooKeeper Transaction Id)，zxid是全局有序的，每次更新都会产生一个新的，且后面的大于前面的。
版本：每次节点改变都会使该节点的版本号增加，有三中版本号：dataversion(数据版本号)、cversion(子节点版本号)、aclversion(节点所拥有的ACL版本号)

通过stat [-w] path可以查看节点的具体状态信息：

cZxid 创建节点时的事务ID
ctime 创建节点时的时间
mZxid 最后修改节点的事务ID
mtime 最后修改节点的时间
pZxid 该节点的子节点最后一次修改的事务ID，添加子节点或删除子节点就会影响子节点列表，但是修改子节点的数据内容则不影响该ID
cversion 子节点版本号，子节点每次修改版本号加1
dataversion 数据版本号，数据每次修改该版本号加1
aclversion 权限版本号，权限每次修改该版本号加1
ephemeralOwner 节点的会话id，只有临时节点有，持久节点值为0
dataLength 节点的数据长度
numChildren 节点的子节点数量

1.6、特性

ZooKeeper的目标是作为构建其他复杂服务的基石，因此它提供了一系列的特性：

一致性：数据一致性, 数据按照顺序分批入库
原子性：事务要么成功要么失败
单一视图：客户端连接集群中的任意zk节点, 数据都是一致的
可靠性：每次对zk的操作状态都会保存在服务端
实时性:：客户端可以读取到zk服务端的最新数据

2、zoo.cfg参数说明

clientPort zookeeper服务器对客户端暴露的端口
dataDir zookeeper服务器存储快照文件的目录，事务日志文件默认也保存在该目录下，除非另外指定。
dataLogDir 服务器存储事务日志文件的目录，默认与dataDir一致。建议将它和dataDir分别配置，防止磁盘的并发读写，影响服务器性能。可将其配置在一个单独的磁盘上。
tickTime 服务器最小时间单元，默认值3000ms
initLimit leader服务器等待Follewer服务器启动，并完成数据同步的时间，默认为10，表示10*tickTime
syncLimit leader服务器和Follewer服务器之间进行心跳检测的间隔时间，默认为5，表示5*tickTime
server.id zookeeper集群的机器列表，其中id为serverId,与myid文件中的值对应。第一个端口用于指定Leader服务器和Follewer服务器进行运行时通信和数据同步所使用的端口，第二个端口用于进行Leader选举过程中的投票通信

3、安装

3.1、单机版安装

3.1.1、下载并解压Zookeeper

下载地址：http://zookeeper.apache.org/releases.html

解压：tar zxvf zookeeper-3.6.0.tar.gz

3.1.2、修改配置文件

zoo.cfg默认不存在，可以从zoo_sample.cfg conf拷贝一份：

cd /home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/conf
cp zoo_sample.cfg zoo.cfg

配置文件zoo.cfg中的内容可以使用文件中的默认值，也可以根据实际需要修改配置项：

dataDir=/home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/data

3.1.3、启动停止

cd /home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/bin
zkServer.sh start  #启动
zkServer.sh stop  #停止

3.2、集群安装

假设在172.17.139.160、172.17.139.161、172.17.139.162三台机器上安装。

3.2.1、下载并解压Zookeeper(每台机器)

下载地址：http://zookeeper.apache.org/releases.html

解压：tar zxvf zookeeper-3.6.0.tar.gz

3.2.2、修改zoo.cfg配置文件(每台机器)

zoo.cfg默认不存在，可以从zoo_sample.cfg conf拷贝一份：

cd /home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/conf
cp zoo_sample.cfg zoo.cfg

zoo.cfg中集群与单机的配置不同的地方是server.id参数，其他根据实际需要修改配置项：

dataDir=/home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/data
server.1=172.17.139.160:2555:3555
server.2=172.17.139.161:2555:3555
server.3=172.17.139.162:2555:3555

3.2.3、创建myid文件(每台机器)

在dataDir(/home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/data)目录下创建myid文件，文件内容为该zookeeeper在集群中的id，对应上面zoo.cfg中server.后的数字。

172.17.139.160:/home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/data/myid 文件内容：

1

172.17.139.161:/home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/data/myid 文件内容：

2

172.17.139.162:/home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/data/myid 文件内容：

3

3.2.4、启动停止(每台机器)

cd /home/hadoop/app/apache-zookeeper-3.6.0-bin/bin
zkServer.sh start #启动
zkServer.sh stop  #停止

4、命令行

bin/zkCli.sh可以启动一个客户端连接到Zookeeper：

bin/zkCli.sh [-server host:port]

不加server参数，默认连接到本地2181端口；启动后可以输入help/h查看使用方法：

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] help
ZooKeeper -server host:port cmd args
        addWatch [-m mode] path # optional mode is one of [PERSISTENT, PERSISTENT_RECURSIVE] - default is PERSISTENT_RECURSIVE
        addauth scheme auth
        close 
        config [-c] [-w] [-s]
        connect host:port
        create [-s] [-e] [-c] [-t ttl] path [data] [acl]
        delete [-v version] path
        deleteall path [-b batch size]
        delquota [-n|-b] path
        get [-s] [-w] path
        getAcl [-s] path
        getAllChildrenNumber path
        getEphemerals path
        history 
        listquota path
        ls [-s] [-w] [-R] path
        printwatches on|off
        quit 
        reconfig [-s] [-v version] [[-file path] | [-members serverID=host:port1:port2;port3[,...]*]] | [-add serverId=host:port1:port2;port3[,...]]* [-remove serverId[,...]*]
        redo cmdno
        removewatches path [-c|-d|-a] [-l]
        set [-s] [-v version] path data
        setAcl [-s] [-v version] [-R] path acl
        setquota -n|-b val path
        stat [-w] path
        sync path
        version 
Command not found: Command not found help
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5]

4.1、列出子节点

ls [-s] [-w] [-R] path

-s：显示节点状态信息
-w：监听该节点
-R：递归查看所有子节点

如：ls /

4.2、创建节点

create [-s] [-e] [-c] [-t ttl] path [data] [acl]

-s：顺序节点
-e：临时节点
-t：设置存活时间(针对持久节点，单位秒)；需要开启，默认是关闭的，参见第6小节：TTL(Time To Life)
acl：权限控制

如：create /test test

4.3、查看节点

get [-s] [-w] path

-s：显示状态
-w：监听该节点

如：get /test

4.4、设置节点

set [-s] [-v version] path data

-s：返回状态信息
-v：设置版本信息

如：set /test testaa

4.4、查看节点状态

stat [-w] path

-w：监视该节点

如：stat /test

4.5、删除节点

delete [-v version] path

-v：指定版本信息

如：delete /test

4.6、设置权限

setAcl [-s] [-v version] [-R] path acl

-s：返回状态信息
-v：指定版本信息
-R：递归设置权限

4.7、查看权限

getAcl [-s] path

-s：返回状态信息

5、权限控制ACL(Access Control List)

ZooKeeper的权限控制是基于每个znode节点的，需要对每个节点设置权限，子节点不会继承父节点的权限；ACL由三个字段组成：schema:id:permission。

5.1、schema(权限模式)

world 只有一个id，anyone，代表所有人
auth 使用已添加认证的用户认证
digest 使用“用户名:密码”方式认证
ip 使用IP地址认证
x509 使用客户端X500 Principal认证

5.2、id(授权对象)

权限赋予的用户或者一个实体

word对应的id只有一个：anyone
digest自定义id，通常为“usernmae:BASE64(SHA-1(username:password))”
ip对应的id为一个ip或ip段，如10.49.196.10、10.49.196.0、24

5.3、permission(权限)

CREATE(c) 可以创建子节点
READ(r) 可以读取节点数据及显示子节点列表
WRITE(w) 可以设置节点数据
DELETE(d) 可以删除子节点（仅下一级节点）
ADMIN(a) 可以设置节点权限

5.4、例子

5.4.1、word例子

setAcl /acltest world:anyone:cdrwa

创建节点时如果没有设置权限，这是默认的权限。

5.4.2、auth例子

addauth digest jack:123456 #先添加认证用户
setAcl /acltest auth:jack:cdrwa

再开一个终端需先添加认证用户(addauth digest jack:123456)才能访问/actltest

5.4.3、digest例子

echo -n jack:123456 | openssl dgst -binary -sha1 | openssl base64#得到密文tgi9UCnyPo5FJjVylKr05nAlWeg=
setAcl /acltest digest:jack:tgi9UCnyPo5FJjVylKr05nAlWeg=:cdrwa

添加认证用户(addauth digest jack:123456)后才能访问/actltest。

5.4.4、ip例子

setAcl /acltest ip:10.49.196.10:cdrwa

10.49.196.10的机器才能访问/actltest。

6、TTL(Time To Life)

 在zookeeper中，当创建一个PERSISTENT或者PERSISTENT_SEQUENTIAL节点的时候，可以有选择的给这个节点设置一个存活时间(TTL)；当指定存活时间过去以后，如果该节点没有得到更新且没有直接的，就会被自动删除。

默认该特性是关闭的，如果需要设置java系统属性：zookeeper.extendedTypesEnabled；由于TTL节点是在3.5.3版本增加的，3.5.4/3.6.0版本并不支持，所以在3.5.4/3.6.0等其他版本还需设置另外一个java系统属性：Dzookeeper.emulate353TTLNodes。可以修改zkServer.sh脚本，增加：

-Dzookeeper.extendedTypesEnabled=true -Dzookeeper.emulate353TTLNodes=true

在zkServer.sh脚本里查找到start关键字，在如下图所示的地方增加上面的代码，如何重启Zookeeper即可。

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