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1.zookeeper

1.1 简介

ZooKeeper是一个开源的分布式协调服务，由雅虎创建，是Google Chubby的开源实现。分布式应用程序可以基于ZooKeeper实现诸如数据发布/订阅、负载均衡、命名服务、分布式协调/通知、集群管理、Master选举、分布式锁和分布式队列等功能。

1.2 基本概念

本节将介绍ZooKeeper的几个核心概念。这些概念贯穿于之后对ZooKeeper更深入的讲解，因此有必要预先了解这些概念。

1.3

Hadoop + Zookeeper + HBase 高可用集群启动后，进程状态如下：

image.png

Hbase：是一个nosql数据库，和mongodb类似

hdfs：hadoop distribut file system，hadoop的分布式文件系统

Zookeeper在Hadoop集群中的作用。

Zookeeper是分布式管理协作框架，Zookeeper集群用来保证Hadoop集群的高可用，（高可用的含义是：集群中就算有一部分服务器宕机，也能保证正常地对外提供服务。）

Zookeeper保证高可用的原理。

Zookeeper集群能够保证NamaNode服务高可用的原理是：Hadoop集群中有两个NameNode服务，两个NaameNode都定时地给Zookeeper发送心跳，告诉Zookeeper我还活着，可以提供服务，单某一个时间只有一个是Action状态，另外一个是Standby状态，一旦Zookeeper检测不到Action NameNode发送来的心跳后，就切换到Standby状态的NameNode上，将它设置为Action状态，所以集群中总有一个可用的NameNode，达到了NameNode的高可用目的。

Zookeeper的选举机制。

Zookeeper集群也能保证自身的高可用，保证自身高可用的原理是，Zookeeper集群中的各个机器分为Leader和Follower两个，写入数据时，要先写入Leader，Leader同意写入后，再通知Follower写入。客户端读取数时，因为数据都是一样的，可以从任意一台机器上读取数据。
这里Leader角色就存在单点故障的隐患，高可用就是解决单点故障隐患的。Zookeeper从机制上解决了Leader的单点故障问题，Leader是哪一台机器是不固定的，Leader是选举出来的。选举流程是，集群中任何一台机器发现集群中没有Leader时，就推荐自己为Leader，其他机器来同意，当超过一半数的机器同意它为Leader时，选举结束，所以Zookeeper集群中的机器数据必须是奇数。这样就算当Leader机器宕机后，会很快选举出新的Leader，保证了Zookeeper集群本身的高可用。

写入高可用。

集群中的写入操作都是先通知Leader，Leader再通知Follower写入，实际上当超过一半的机器写入成功后，就认为写入成功了，所以就算有些机器宕机，写入也是成功的。

读取高可用。

zookeeperk客户端读取数据时，可以读取集群中的任何一个机器。所以部分机器的宕机并不影响读取。
zookeeper服务器必须是奇数台，因为zookeeper有选举制度，角色有：领导者、跟随者、观察者，选举的目的是保证集群中数据的一致性。

在ZooKeeper中，有三种角色：

• Leader
• Follower
• Observer

HDFS HA原理

单NameNode的缺陷存在单点故障的问题，如果NameNode不可用，则会导致整个HDFS文件系统不可用。所以需要设计高可用的HDFS（Hadoop HA）来解决NameNode单点故障的问题。解决的方法是在HDFS集群中设置多个NameNode节点。但是一旦引入多个NameNode，就有一些问题需要解决。
· HDFS HA需要保证的四个问题：

• 保证NameNode内存中元数据数据一致，并保证编辑日志文件的安全性。
• 多个NameNode如何协作
• 客户端如何能正确地访问到可用的那个NameNode。
• 怎么保证任意时刻只能有一个NameNode处于对外服务状态。
  · 解决方法
• 对于保证NameNode元数据的一致性和编辑日志的安全性，采用Zookeeper来存储编辑日志文件。

• 两个NameNode一个是Active状态的，一个是Standby状态的，一个时间点只能有一个Active状态的
  NameNode提供服务,两个NameNode上存储的元数据是实时同步的，当Active的NameNode出现问题时，通过Zookeeper实时切换到Standby的NameNode上，并将Standby改为Active状态。
  o 客户端通过连接一个Zookeeper的代理来确定当时哪个NameNode处于服务状态。

  
  image.png

a· HDFS HA架构中有两台NameNode节点，一台是处于活动状态（Active）为客户端提供服务，另外一台处于热备份状态（Standby）。
b· 元数据文件有两个文件：fsimage和edits，备份元数据就是备份这两个文件。JournalNode用来实时从Active NameNode上拷贝edits文件，JournalNode有三台也是为了实现高可用。
c· Standby NameNode不对外提供元数据的访问，它从Active NameNode上拷贝fsimage文件，从JournalNode上拷贝edits文件，然后负责合并fsimage和edits文件，相当于SecondaryNameNode的作用。最终目的是保证Standby NameNode上的元数据信息和Active NameNode上的元数据信息一致，以实现热备份。
d· Zookeeper来保证在Active NameNode失效时及时将Standby NameNode修改为Active状态。
e· ZKFC（失效检测控制）是Hadoop里的一个Zookeeper客户端，在每一个NameNode节点上都启动一个ZKFC进程，来监控NameNode的状态，并把NameNode的状态信息汇报给Zookeeper集群，其实就是在Zookeeper上创建了一个Znode节点，节点里保存了NameNode状态信息。当NameNode失效后，ZKFC检测到报告给Zookeeper，Zookeeper把对应的Znode删除掉，Standby ZKFC发现没有Active状态的NameNode时，就会用shell命令将自己监控的NameNode改为Active状态，并修改Znode上的数据。
Znode是个临时的节点，临时节点特征是客户端的连接断了后就会把znode删除，所以当ZKFC失效时，也会导致切换NameNode。
f· DataNode会将心跳信息和Block汇报信息同时发给两台NameNode，DataNode只接受Active NameNode发来的文件读写操作指令。