2010年10月22日

去年年底,團(tuán)隊(duì)內(nèi)部成員分享了這篇google論文,初讀了下,發(fā)現(xiàn)其有蠻多有意思的東西,就想把他翻譯下來,但是翻譯了一小部分,明顯感覺如果這樣的翻譯發(fā)出去,很可能誤人子弟,所以改成了概要式的博文,這篇文章會將原論文最核心的幾個部分做不完全的翻譯和個人理解,如有不解或者錯誤的地方,請查看原論文,并希望能夠指正,謝謝.

正文

Megastore是谷歌一個內(nèi)部的存儲系統(tǒng),它的底層數(shù)據(jù)存儲依賴Bigtable,也就是基于NoSql實(shí)現(xiàn)的,但是和傳統(tǒng)的NoSql不同的是,它實(shí)現(xiàn)了類似RDBMS的數(shù)據(jù)模型(便捷性),同時提供數(shù)據(jù)的強(qiáng)一致性解決方案(同一個datacenter,基于MVCC的事務(wù)實(shí)現(xiàn)),并且將數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)顆粒度的分區(qū)(這里的分區(qū)是指在同一個datacenter,所有datacenter都有相同的分區(qū)數(shù)據(jù)),然后將數(shù)據(jù)更新在機(jī)房間進(jìn)行同步復(fù)制(這個保證所有datacenter中的數(shù)據(jù)一致).

...

中文翻譯地址: http://wenku.baidu.com/view/a465cc260722192e4536f671.html#

原文地址: http://wenku.baidu.com/view/2ddeb1afdd3383c4bb4cd2bb.html

zookeeper介紹
zookeeper是一個為分布式應(yīng)用提供一致性服務(wù)的軟件，它是開源的Hadoop項(xiàng)目中的一個子項(xiàng)目，并且根據(jù)google發(fā)表的<The Chubby lock service for loosely-coupled distributed systems>論文來實(shí)現(xiàn)的，接下來我們首先來安裝使用下這個軟件，然后再來探索下其中比較重要一致性算法。  

zookeeper安裝和使用
zookeeper的安裝基本上可以按照 http://hadoop.apache.org/zookeeper/docs/current/ zookeeperStarted.html 這個頁面上的步驟完成安裝，這里主要介紹下部署一個集群的步驟，因?yàn)檫@個官方頁面似乎講得并不是非常詳細(xì)(Running Replicated Zookeeper)。

由于手頭機(jī)器不足，所以在一臺機(jī)器上部署了3個server,如果你手頭也比較緊，也可以這么做。那么我建了3個文件夾，如下
server1   server2   server3

然后每個文件夾里面解壓一個zookeeper的下載包，并且還建了幾個文件夾，總體結(jié)構(gòu)如下,最后那個是下載過來壓縮包的解壓文件
data dataLog logs zookeeper-3.3.2

那么首先進(jìn)入data目錄，創(chuàng)建一個myid的文件，里面寫入一個數(shù)字，比如我這個是server1,那么就寫一個1，server2對應(yīng)myid文件就寫入2，server3對應(yīng)myid文件就寫個3

然后進(jìn)入zookeeper-3.3.2/conf目錄，那么如果是剛下過來，會有3個文件，configuration.xml, log4j.properties,zoo_sample.cfg,這3個文件我們首先要做的就是在這個目錄創(chuàng)建一個zoo.cfg的配置文件，當(dāng)然你可以把zoo_sample.cfg文件改成zoo.cfg，配置的內(nèi)容如下所示： 
tickTime=2000
initLimit=5
syncLimit=2
dataDir=xxxx/zookeeper/server1/data
dataLogDir=xxx/zookeeper/server1/dataLog
clientPort=2181
server.1=127.0.0.1:2888:3888
server.2=127.0.0.1:2889:3889
server.3=127.0.0.1:2890:3890

標(biāo)紅的幾個配置應(yīng)該官網(wǎng)講得很清楚了，只是需要注意的是clientPort這個端口如果你是在1臺機(jī)器上部署多個server,那么每臺機(jī)器都要不同的clientPort，比如我server1是2181,server2是2182，server3是2183，dataDir和dataLogDir也需要區(qū)分下。

最后幾行唯一需要注意的地方就是 server.X 這個數(shù)字就是對應(yīng) data/myid中的數(shù)字。你在3個server的myid文件中分別寫入了1，2，3，那么每個server中的zoo.cfg都配server.1,server.2,server.3就OK了。因?yàn)樵谕慌_機(jī)器上，后面連著的2個端口3個server都不要一樣，否則端口沖突，其中第一個端口用來集群成員的信息交換，第二個端口是在leader掛掉時專門用來進(jìn)行選舉leader所用。

進(jìn)入zookeeper-3.3.2/bin 目錄中，./zkServer.sh start啟動一個server,這時會報(bào)大量錯誤？其實(shí)沒什么關(guān)系，因?yàn)楝F(xiàn)在集群只起了1臺server，zookeeper服務(wù)器端起來會根據(jù)zoo.cfg的服務(wù)器列表發(fā)起選舉leader的請求，因?yàn)檫B不上其他機(jī)器而報(bào)錯，那么當(dāng)我們起第二個zookeeper實(shí)例后，leader將會被選出，從而一致性服務(wù)開始可以使用，這是因?yàn)?/span>3臺機(jī)器只要有2臺可用就可以選出leader并且對外提供服務(wù)(2n+1臺機(jī)器，可以容n臺機(jī)器掛掉)。

接下來就可以使用了，我們可以先通過 zookeeper自帶的客戶端交互程序來簡單感受下zookeeper到底做一些什么事情。進(jìn)入zookeeper-3.3.2/bin（3個server中任意一個）下，./zkCli.sh –server 127.0.0.1:2182,我連的是開著2182端口的機(jī)器。

那么，首先我們隨便打個命令，因?yàn)?/span>zookeeper不認(rèn)識，他會給出命令的help,如下圖  
  
ls(查看當(dāng)前節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)),
ls2(查看當(dāng)前節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)并能看到更新次數(shù)等數(shù)據(jù)) ,
create(創(chuàng)建一個節(jié)點(diǎn)) ,
get(得到一個節(jié)點(diǎn)，包含數(shù)據(jù)和更新次數(shù)等數(shù)據(jù)),
set(修改節(jié)點(diǎn))
delete(刪除一個節(jié)點(diǎn))

通過上述命令實(shí)踐，我們可以發(fā)現(xiàn)，zookeeper使用了一個類似文件系統(tǒng)的樹結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)可以掛在某個節(jié)點(diǎn)上，可以對這個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行刪改。另外我們還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)改動一個節(jié)點(diǎn)的時候，集群中活著的機(jī)器都會更新到一致的數(shù)據(jù)。

zookeeper的數(shù)據(jù)模型
在簡單使用了zookeeper之后，我們發(fā)現(xiàn)其數(shù)據(jù)模型有些像操作系統(tǒng)的文件結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如下圖所示



(1)     每個節(jié)點(diǎn)在zookeeper中叫做znode,并且其有一個唯一的路徑標(biāo)識，如/SERVER2節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識就為/APP3/SERVER2
(2)     Znode可以有子znode，并且znode里可以存數(shù)據(jù)，但是EPHEMERAL類型的節(jié)點(diǎn)不能有子節(jié)點(diǎn)
(3)     Znode中的數(shù)據(jù)可以有多個版本，比如某一個路徑下存有多個數(shù)據(jù)版本，那么查詢這個路徑下的數(shù)據(jù)就需要帶上版本。
(4)     znode 可以是臨時節(jié)點(diǎn)，一旦創(chuàng)建這個 znode 的客戶端與服務(wù)器失去聯(lián)系，這個 znode 也將自動刪除，Zookeeper 的客戶端和服務(wù)器通信采用長連接方式，每個客戶端和  服務(wù)器通過心跳來保持連接，這個連接狀態(tài)稱為 session，如果 znode 是臨時節(jié)點(diǎn)，這個 session 失效，znode 也就刪除了
(5)     znode 的目錄名可以自動編號，如 App1 已經(jīng)存在，再創(chuàng)建的話，將會自動命名為 App2 
(6)     znode 可以被監(jiān)控，包括這個目錄節(jié)點(diǎn)中存儲的數(shù)據(jù)的修改，子節(jié)點(diǎn)目錄的變化等，一旦變化可以通知設(shè)置監(jiān)控的客戶端，這個功能是zookeeper對于應(yīng)用最重要的特性，通過這個特性可以實(shí)現(xiàn)的功能包括配置的集中管理，集群管理，分布式鎖等等。 

通過java代碼使用zookeeper 
Zookeeper的使用主要是通過創(chuàng)建其jar包下的Zookeeper實(shí)例，并且調(diào)用其接口方法進(jìn)行的，主要的操作就是對znode的增刪改操作，監(jiān)聽znode的變化以及處理。 

以下為主要的API使用和解釋

//創(chuàng)建一個Zookeeper實(shí)例，第一個參數(shù)為目標(biāo)服務(wù)器地址和端口，第二個參數(shù)為Session超時時間，第三個為節(jié)點(diǎn)變化時的回調(diào)方法
ZooKeeper zk = new ZooKeeper("127.0.0.1:2181", 500000,new Watcher() {
           // 監(jiān)控所有被觸發(fā)的事件
             public void process(WatchedEvent event) {
           //dosomething
           }
      });
//創(chuàng)建一個節(jié)點(diǎn)root，數(shù)據(jù)是mydata,不進(jìn)行ACL權(quán)限控制，節(jié)點(diǎn)為永久性的(即客戶端shutdown了也不會消失)
zk.create("/root", "mydata".getBytes(),Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);

//在root下面創(chuàng)建一個childone znode,數(shù)據(jù)為childone,不進(jìn)行ACL權(quán)限控制，節(jié)點(diǎn)為永久性的
zk.create("/root/childone","childone".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.PERSISTENT);

//取得/root節(jié)點(diǎn)下的子節(jié)點(diǎn)名稱,返回List<String>
zk.getChildren("/root",true);

//取得/root/childone節(jié)點(diǎn)下的數(shù)據(jù),返回byte[]
zk.getData("/root/childone", true, null);

//修改節(jié)點(diǎn)/root/childone下的數(shù)據(jù)，第三個參數(shù)為版本，如果是-1，那會無視被修改的數(shù)據(jù)版本，直接改掉
zk.setData("/root/childone","childonemodify".getBytes(), -1);

//刪除/root/childone這個節(jié)點(diǎn)，第二個參數(shù)為版本，－1的話直接刪除，無視版本
zk.delete("/root/childone", -1);
      
//關(guān)閉session
zk.close();

Zookeeper同樣很容易實(shí)現(xiàn)這個功能，比如我在zookeeper服務(wù)器端有一個znode叫/APP1SERVERS,那么集群中每一個機(jī)器啟動的時候都去這個節(jié)點(diǎn)下創(chuàng)建一個EPHEMERAL類型的節(jié)點(diǎn)，比如server1創(chuàng)建/APP1SERVERS/SERVER1(可以使用ip,保證不重復(fù))，server2創(chuàng)建/APP1SERVERS/SERVER2，然后SERVER1和SERVER2都watch /APP1SERVERS這個父節(jié)點(diǎn)，那么也就是這個父節(jié)點(diǎn)下數(shù)據(jù)或者子節(jié)點(diǎn)變化都會通知對該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行watch的客戶端。因?yàn)?/span>EPHEMERAL類型節(jié)點(diǎn)有一個很重要的特性，就是客戶端和服務(wù)器端連接斷掉或者session過期就會使節(jié)點(diǎn)消失，那么在某一個機(jī)器掛掉或者斷鏈的時候，其對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)就會消失，然后集群中所有對/APP1SERVERS進(jìn)行watch的客戶端都會收到通知，然后取得最新列表即可。

另外有一個應(yīng)用場景就是集群選master,一旦master掛掉能夠馬上能從slave中選出一個master,實(shí)現(xiàn)步驟和前者一樣，只是機(jī)器在啟動的時候在APP1SERVERS創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)類型變?yōu)?/span>EPHEMERAL_SEQUENTIAL類型，這樣每個節(jié)點(diǎn)會自動被編號，例如          

zk.create("/testRootPath/testChildPath1","1".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
        
zk.create("/testRootPath/testChildPath2","2".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
        
zk.create("/testRootPath/testChildPath3","3".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);
        
// 創(chuàng)建一個子目錄節(jié)點(diǎn)
zk.create("/testRootPath/testChildPath4","4".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL);

System.out.println(zk.getChildren("/testRootPath", false));

 打印結(jié)果：[testChildPath10000000000, testChildPath20000000001, testChildPath40000000003, testChildPath30000000002]

zk.create("/testRootPath", "testRootData".getBytes(),Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.PERSISTENT);

// 創(chuàng)建一個子目錄節(jié)點(diǎn)
zk.create("/testRootPath/testChildPath1","1".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.EPHEMERAL);
        
zk.create("/testRootPath/testChildPath2","2".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.EPHEMERAL);
        
zk.create("/testRootPath/testChildPath3","3".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.EPHEMERAL);
        
// 創(chuàng)建一個子目錄節(jié)點(diǎn)
zk.create("/testRootPath/testChildPath4","4".getBytes(), Ids.OPEN_ACL_UNSAFE,CreateMode.EPHEMERAL);

System.out.println(zk.getChildren("/testRootPath", false));

打印結(jié)果:[testChildPath2, testChildPath1, testChildPath4, testChildPath3]

我們默認(rèn)規(guī)定編號最小的為master,所以當(dāng)我們對/APP1SERVERS節(jié)點(diǎn)做監(jiān)控的時候，得到服務(wù)器列表，只要所有集群機(jī)器邏輯認(rèn)為最小編號節(jié)點(diǎn)為master，那么master就被選出，而這個master宕機(jī)的時候，相應(yīng)的znode會消失，然后新的服務(wù)器列表就被推送到客戶端，然后每個節(jié)點(diǎn)邏輯認(rèn)為最小編號節(jié)點(diǎn)為master，這樣就做到動態(tài)master選舉。


總結(jié) 

我們初步使用了一下zookeeper并且嘗試著描述了幾種應(yīng)用場景的具體實(shí)現(xiàn)思路，接下來的文章，我們會嘗試著去探究一下zookeeper的高可用性與leaderElection算法。

參考：http://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-zookeeper/

      http://hadoop.apache.org/zookeeper/docs/current/

      http://rdc.taobao.com/team/jm/archives/448

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