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ZooKeeper:分布式应用的协调服务

ZooKeeper是一个分布式的开源协调服务,用于分布式应用程序。它公开了一组简单的原子操作,分布式应用程序可以构建这些原子操作,以实现更高级别的服务,以实现同步,配置维护以及组和命名。 它的设计易于编程,并使用在熟悉的文件系统目录树结构之后设计的数据模型。它运行在Java中,并且对Java和C都有绑定。

周所周知,协调服务是很难做到的。它们特别容易出现诸如竞态条件和死锁等错误。ZooKeeper背后的动机是减轻分布式应用程序从头开始实施协调服务的责任。

设计目标

Zookeeper是简单的。Zookeeper允许分布式进程之间彼此协调,通过一个共享的分级命名空间,它非常像标准的文件系统。

ZooKeeper实现非常重视高性能,高可用性,严格有序的访问。ZooKeeper的性能方面意味着它可以在大型分布式系统中使用。 可靠性方面使其不会成为单点故障。严格的排序意味着可以在客户端实现复杂的同步原子操作。

Zookeeper是可复制的。 与它协调的分布式进程一样,ZooKeeper本身也可以在称为集合的一组主机上进行复制。

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组成ZooKeeper服务的服务器必须彼此了解。它们保持状态的内存映像,以及持久存储中的事务日志和快照。只要大多数服务器可用,ZooKeeper服务就可用。 客户端连接到单个ZooKeeper服务器。客户端维护一个TCP连接,通过它发送请求,获取响应,获取观看事件并发送心跳。如果与服务器的TCP连接中断,则客户端将连接到其他服务器。

Zookeeper是有序的。 ZooKeeper使用反映所有ZooKeeper事务顺序的数字标记每个更新。后续操作可以使用该顺序来实现更高级别的抽象,例如同步原子操作。

Zookeeper是非常快的。 它在“读取主导”工作负载中速度特别快。ZooKeeper应用程序在数千台计算机上运行,​​并且在读取比写入更常见的情况下表现最佳,比率大约为10:1。

数据模型和分层名称空间

ZooKeeper提供的名称空间非常类似于标准文件系统。名称是由斜线(/)分隔的一系列路径元素。ZooKeeper名称空间中的每个节点都由一个路径标识。

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节点和临时节点

与标准文件系统不同的是,ZooKeeper命名空间中的每个节点都可以拥有与其相关的数据以及子级。这就像拥有一个允许文件也是目录的文件系统。(ZooKeeper旨在存储协调数据:状态信息,配置,位置信息等,因此存储在每个节点的数据通常很小,在字节到千字节范围内。)我们使用术语 znode来表明我们正在谈论ZooKeeper数据节点。

Znodes维护一个stat结构,包括数据更改,ACL更改和时间戳的版本号,以允许缓存验证和协调更新。每次znode的数据更改时,版本号都会增加。例如,每当客户端检索数据时,它也会收到数据的版本。

存储在名称空间中每个节点上的数据是以原子方式读取和写入的。读取获取与znode关联的所有数据字节,写入将替换所有数据。每个节点都有一个访问控制列表(ACL),限制谁可以做什么。

ZooKeeper也有临时节点的概念。只要创建znode的会话处于活动状态,就会存在这些znode。当会话结束时,znode被删除。

有条件的更新和监视

ZooKeeper支持观察的概念。客户可以在znode上设置观察器。当znode更改时,将触发并删除观察器。 当观察被触发时,客户端收到一个数据包,说明znode已经改变。如果客户端和其中一个Zoo Keeper服务器之间的连接断开,客户端将收到本地通知。

担保

ZooKeeper非常快速且非常简单。但是,由于其目标是构建更复杂的服务(如同步)的基础,因此它提供了一系列保证。这些是:

简单的API

ZooKeeper的设计目标之一是提供一个非常简单的编程接口。因此,它仅支持以下操作:

利用Zookeeper我们可以实现很多解决方案,我们会在以后的篇幅中介绍。