ZooKeeper 技术内幕初探（二）

前面介绍了ZooKeeper的一些基本特性，ZooKeeper入门,也安装运行了一个简单的ZooKeeper的例子。这此主要介绍ZooKeeper内部的一些工作方式理论部分。

与文无关

主要涉及以下：

• ZooKeeper服务的架构

• ZooKeeper的数据模型

• ZooKeeper的节点特性

• ZooKeeper的访问控制

• Watcher(监听器)

ZooKeeper服务概览

ZooKeeper是一个复制式的分布式应用，有点像DNS服务或一些中心化的服务。

ZooKeeper服务架构

这是官网给的ZooKeeper服务图，所有组成ZooKeeper服务的服务器都相互知晓，它们维护了一个内存状态的镜像，也包含事务日志，持久存储的快照等。只要半数以上的的服务器是可用的，ZooKeeper服务就是可用的。

顺便提一下ZooKeeper的设计目标(Design Goals)

• 简单

• 复制式的 所有节点相互复制状态

• 有序的，所有的事务都有时间戳

• 快速  在读大于写的时候...

ZooKeeper读写图

ZooKeeper在读数据的时候可以直接从当前节点读取数据，在写数据的时候需要将写请求转发到Leader节点上。

ZooKeeper数据模型

ZooKeeper的各个服务器节点共同维护一个可以注册数据的层级结构，类似于Unix的文件系统。数据注册的位置也称为znode。

Znode图

注意：

• 数据节点一般以字节形式存储，节点存储的数据大小最大不超过1MB。协作的数据一般不会太大。最好让数据远小于1MB会好些。

• ZooKeeper无法识别相对路径。 znode的路径必须是绝对路径

• 每个Znode除了存储数据以外，还有维护一些状态信息。

Znode 特性

Znode类型

ZooKeeper主要有两种节点类型，也可以说是三种。持久节点，临时节点。第三个是顺序节点，顺序节点也可以说是刚才那两种节点。 持久节点和顺序节点都可以是顺序节点。
注意节点的类型是在创建的时候就设置好的。

• 持久节点。ZooKeeper中最常见的一种节点类型，创建之后一直存在服务器上，知道有删除操作来主动清楚这个节点

• 临时节点，与客户端会话绑定在一起。 客户端会话失效，节点自动清理。(网络突然坏掉不算会话失效)

• 顺序节点，在节点创建的时候，ZooKeeper自动给节点名分配一个序列号。例如/path/to/znode-0000000001，一般是10位数字，序号之外的位以0填充。

节点状态

每一个Znode都有对应的stat结构，和文件系统类似。stat状态主要包含下面的信息：

• cZxid. 节点被创建时候的事务ID

• mZxid 节点最后一次被修改时候的事务ID

• pZxid 该节点的子节点最后一次被修改时的事务ID。子节点删除或添加才会影响pZxid

• ctime 节点被创建的时间

• mtime 节点被修改的世界

• dataVersion 这个节点数据改变的次数

• cversion 子节点被改变的次数

• aclVersion 节点的ACL(访问控制列表被改变的次数)

• ephemeralOwner 创建该临时节点的 session ID。如果是持久节点，设置为0

• dataLength 数据内容长度

• numChildren 当前节点子节点的个数

可以使用ls2和stat命令查看ZooKeeper节点下的信息。

命令演示

ZooKeeper的访问控制(ACL)

ZooKeeper的数据模型提供了ACL来控制znode节点的访问。如果一个客户端符合ACL控制，那么就可以对其进行访问，否则将无法操作。

Zookeeper支持可配置的认证机制。它利用一个三元组来定义客户端的访问权限：

(scheme:expression, perms) 。其中：

1. Schema 代表权限控制模式，分别为

• World 任何人

• Auth 不需要ID

• Digest 用户名和密码方式的认证

• IP Address IP地址方式的认证

1. perms(权限)，ZooKeeper支持如下权限

• CREATE: 创建子节点

• READ： 获取子节点与自身节点的数据信息

• WRITE：在Znode节点上写数据

• DELETE：删除子节点

• ADMIN：设置ACL权限

贴上如下图，在下次使用ZooKeeper的时候更明白，这次我们主要说明一些ZooKeeper理论方面的知识，具体编程的实现下次再说。

ACL图

权限模式和授权对象的关系：

• IP: 通常是IP地址或是IP端，例如"192.168.1.2"或"192.168.1.1/24"

• Degist: 自定义，通常是"username:BASE64(SHA-1(username:password))"

• World：只有一个ID，“anyone”

• Super: 与Degist模式一致

注意：

• Znode的Acl只是针对某个节点，不会作用到它的子节点上

• 任何连接到ZooKeeper的客户端都可以使用exist操作，exist是不需要权限的。

ZooKeeper的Watcher

ZooKeeper中引入了Watcher机制来实现分布式通知功能，ZooKeeper允许客户端像服务端注册一个Watcher监听，当服务端的一些指定事件触发了这个Watcher，那么就会向指定客户端发送一个事件通知来实现分布式的通知功能。

有如下的Watcher事件类型可能出现：

• NodeChildrenChanged: zNode的子节点创建或删除的时候

• NodeCreated: 新的Znode节点被创建的时候

• NodeDataChanged: Znode节点的数据改变了的时候

• NodeDeleted: Znode节点被删除的时候。

关于Watcher内部实现机制，下次可以通过分析其源码进行更详细的说明

最后

这次主要介绍了一些ZooKeeper内部的基本概念，理论部分较多，若无理论的基础实施接下来的操作也不太方便。

接下来我会写下：

• ZooKeeper 客户端编程

• ZooKeeper Watcher监听器原理分析

参考

• 《从Paxos到ZooKeeper-分布式一致性原理与实践》

• 《Apache ZooKeeper Essential》

• ZooKeeper Overview