Zookeeper跨区高可用方案

最近由于业务需求，测试各种组件的高可用性。由于我们的环境在AWS 北京部署。只有两个Aviable Zone（可用区）。

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注释：有两个数据中心，相互需要做容灾的需求，和本文测试的情况是相同的。

而Zookeeper需要3个以上的单数节点同时工作，并且，必须保证半数以上的节点存活，还能正常提供服务。

那么，针对只有两个AZ的情况，不管怎么规划，都有概率遇到存在半数以上的AZ挂掉，导致整个Zookeeper不可用的情况。

所以，我们能做的就是，在这个AZ挂掉之后，我们怎么尽快处理，并恢复环境。

我们准备两个软件安装好，参数配置好的机器。在可用区1完全挂掉之后，可以手动启动两个备用节点。将可用区2的Zookeeper数量增加过半数。就可以在可用区2恢复Zookeeper的服务。

参考下图：

以上的设想，是否能实现呢？

那我们今天就来测试一下。

1. 一共准备了5台机器，作为测试

2. Zookeeper的下载与安装。

2.1 Zookeeper官方下载地址

https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/apache/zookeeper/

2.2 下载软件

wgethttps://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/apache/zookeeper/zookeeper-3.4.14/zookeeper-3.4.14.tar.gz

2.3 详细Zookeeper安装步骤，请参考：

https://blog.51cto.com/hsbxxl/1971241

2.4 zoo.cfg的配置 #cat zoo.cfg

tickTime=2000
initLimit=10
syncLimit=5
dataDir=/data/zookeeper/data
dataLogDir=/data/zookeeper/log
clientPort=2181
autopurge.snapRetainCount=3
autopurge.purgeInterval=6
server.1=172.31.9.73:2888:3888
server.2=172.31.20.233:2888:3888
server.3=172.31.26.111:2888:3888
server.4=172.31.17.68:2888:3888
server.5=172.31.16.33:2888:3888

2.5  根据zoo.cfg创建data和log两个文件夹

mkdir -p /data/zookeeper/data 
mkdir -p /data/zookeeper/log

2.6 根据节点号码，修改文件

echo 1 > /data/zookeeper/data/myid

3. 一共准备了5台EC2进行测试，并且都已经安装好Zookeeper

但是只启动三台，另两个机器作为standby

下图可以看到，已经有三台启动zookeeper，

注意，在Zookeeper启动的过程中，必须保证三台及以上，zookeeper集群才能正常工作

4. 接下来，我开始逐个机器关机，看zookeeper的状态

当前leader在zk3上，我们先关闭zk1，再关闭zk3，看Leader会不会飘到zk2上

4.1 在zk1上执行kill，杀掉进程

[root@ip-172-31-9-73 ~]# jps
12438 Jps
7545 QuorumPeerMain
[root@ip-172-31-9-73 ~]# zkServer.sh status
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /root/zookeeper-3.4.14/bin/../conf/zoo.cfg
Mode: follower
[root@ip-172-31-9-73 ~]# kill -9 7545

4.2 在zk5上通过zkCli链接zk3，并可以查询数据。

在zk1上kill掉进程之后，理论上，还有zk2和zk3存活，但是zkCli的连接显示已经报错。

[root@ip-172-31-16-33 bin]# ./zkCli.sh -server 172.31.26.111:2181
Connecting to 172.31.26.111:2181
......
[zk: 172.31.26.111:2181(CONNECTED) 0] ls /
[zk-permanent, zookeeper, test]
[zk: 172.31.26.111:2181(CONNECTED) 1] 2019-06-23 07:28:06,581 [myid:] - INFO  [main-SendThread(ip-172-31-26-111.cn-north-1.compute.internal:2181):ClientCnxn$SendThread@1158] - Unable to read additional data from server sessionid 0x30000c504530000, likely server has closed socket, closing socket connection and attempting reconnect
......
2019-06-23 07:28:09,822 [myid:] - INFO  [main-SendThread(ip-172-31-26-111.cn-north-1.compute.internal:2181):ClientCnxn$SendThread@1025] - Opening socket connection to server ip-172-31-26-111.cn-north-1.compute.internal/172.31.26.111:2181. Will not attempt to authenticate using SASL (unknown error)
2019-06-23 07:28:09,824 [myid:] - INFO  [main-SendThread(ip-172-31-26-111.cn-north-1.compute.internal:2181):ClientCnxn$SendThread@879] - Socket connection established to ip-172-31-26-111.cn-north-1.compute.internal/172.31.26.111:2181, initiating session
2019-06-23 07:28:09,825 [myid:] - INFO  [main-SendThread(ip-172-31-26-111.cn-north-1.compute.internal:2181):ClientCnxn$SendThread@1158] - Unable to read additional data from server sessionid 0x30000c504530000, likely server has closed socket, closing socket connection and attempting reconnect

4.3 我们继续 kill掉zk3上的进程，只保留zk2上的进程。但是我们已经无法确认zk2是Leader还是Follow，或者说，他是否还保留有数据。

[root@ip-172-31-26-111 bin]# jps
4183 QuorumPeerMain
4648 Jps
[root@ip-172-31-26-111 bin]# kill -9 4183
[root@ip-172-31-26-111 bin]# jps
4658 Jps

4.4 zk3上进程kill掉之后，链接就不只是上面的报错了，而是直接连接拒绝

[root@ip-172-31-16-33 bin]# ./zkCli.sh -server 172.31.26.111:2181
Connecting to 172.31.26.111:2181
......
Welcome to ZooKeeper!
2019-06-23 07:35:18,411 [myid:] - INFO  [main-SendThread(ip-172-31-26-111.cn-north-1.compute.internal:2181):ClientCnxn$SendThread@1025] - Opening socket connection to server ip-172-31-26-111.cn-north-1.compute.internal/172.31.26.111:2181. Will not attempt to authenticate using SASL (unknown error)
JLine support is enabled
2019-06-23 07:35:18,533 [myid:] - INFO  [main-SendThread(ip-172-31-26-111.cn-north-1.compute.internal:2181):ClientCnxn$SendThread@1162] - Socket error occurred: ip-172-31-26-111.cn-north-1.compute.internal/172.31.26.111:2181: Connection refused
[zk: 172.31.26.111:2181(CONNECTING) 0] 2019-06-23 07:35:19,639 [myid:] - INFO  [main-SendThread(ip-172-31-26-111.cn-north-1.compute.internal:2181):ClientCnxn$SendThread@1025] - Opening socket connection to server ip-172-31-26-111.cn-north-1.compute.internal/172.31.26.111:2181. Will not attempt to authenticate using SASL (unknown error)
2019-06-23 07:35:19,640 [myid:] - INFO  [main-SendThread(ip-172-31-26-111.cn-north-1.compute.internal:2181):ClientCnxn$SendThread@1162] - Socket error occurred: ip-172-31-26-111.cn-north-1.compute.internal/172.31.26.111:2181: Connection refused

4.5 可以看到zk2上的进程还在，

# jps
5155 QuorumPeerMain
5211 Jps

4.6 并且通过下面命令，可以检查到zk2 的2181端口还在提供服务

# echo ruok | nc localhost 2181
imok

4.7 但是其他命令是没有正常输出的，只有echo ruok | nc localhost 2181输出ok。

# echo ruok | nc 172.31.16.33 2181
imok[root@ip-172-31-16-33 bin]# echo conf | nc 172.31.16.33 2181
This ZooKeeper instance is not currently serving requests
# echo dump | nc 172.31.16.33 2181
This ZooKeeper instance is not currently serving requests

4.8  ZooKeeper 四字命令

4.9 正常情况下，以上命令可以输出：

# echo dump | nc 172.31.20.233 2181

SessionTracker dump:
org.apache.zookeeper.server.quorum.LearnerSessionTracker@77714302
ephemeral nodes dump:
Sessions with Ephemerals (0):

# echo conf | nc 172.31.20.233 2181

clientPort=2181
dataDir=/data/zookeeper/data/version-2
dataLogDir=/data/zookeeper/log/version-2
tickTime=2000
maxClientCnxns=60
minSessionTimeout=4000
maxSessionTimeout=40000
serverId=2
initLimit=10
syncLimit=5
electionAlg=3
electionPort=3888
quorumPort=2888
peerType=0

# echo envi| nc 172.31.20.233 2181

Environment:
zookeeper.version=3.4.14-4c25d480e66aadd371de8bd2fd8da255ac140bcf, built on 03/06/2019 16:18 GMT
host.name=ip-172-31-20-233.cn-north-1.compute.internal
java.version=1.8.0_212
java.vendor=Oracle Corporation
java.home=/usr/java/jdk1.8.0_212-amd64/jre
java.class.path=/root/zookeeper-3.4.14/bin/../zookeeper-server/target/classes:/root/zookeeper-3.4.14/bin/../build/classes:/root/zookeeper-3.4.14/bin/../zookeeper-server/target/lib/*.jar:/root/zookeeper-3.4.14/bin/../build/lib/*.jar:/root/zookeeper-3.4.14/bin/../lib/slf4j-log4j12-1.7.25.jar:/root/zookeeper-3.4.14/bin/../lib/slf4j-api-1.7.25.jar:/root/zookeeper-3.4.14/bin/../lib/netty-3.10.6.Final.jar:/root/zookeeper-3.4.14/bin/../lib/log4j-1.2.17.jar:/root/zookeeper-3.4.14/bin/../lib/jline-0.9.94.jar:/root/zookeeper-3.4.14/bin/../lib/audience-annotations-0.5.0.jar:/root/zookeeper-3.4.14/bin/../zookeeper-3.4.14.jar:/root/zookeeper-3.4.14/bin/../zookeeper-server/src/main/resources/lib/*.jar:/root/zookeeper-3.4.14/bin/../conf:
java.library.path=/usr/java/packages/lib/amd64:/usr/lib64:/lib64:/lib:/usr/lib
java.io.tmpdir=/tmp
java.compiler=
os.name=Linux
os.arch=amd64
os.version=4.14.123-86.109.amzn1.x86_64
user.name=root
user.home=/root
user.dir=/root/zookeeper-3.4.14/bin

5. 这个时候，我去启动另外两个备用节点，zk4，zk5.这个两个节点都是第一次启动。

6. 再次连接到zookeeper上，可以看到，至少数据还是没有丢失的

[root@ip-172-31-16-33 bin]# ./zkCli.sh -server 172.31.16.33:2181
Connecting to 172.31.16.33:2181
......
[zk: 172.31.16.33:2181(CONNECTED) 0] ls /
[zk-permanent, zookeeper, test]

7. 通过以上测试，似乎是达到我们预期的结果。唯一的一点小问题，就是：我们有3个节点，为什么关闭1个，剩余两个，就不能正常运行了呢？

其实，这里是有个“想当然”的小问题。

我们以为，只启动三个. 其实，Zookeeper集群，识别的是5个, 为什么呢？

Zookeeper靠什么去识别集群中有几个节点呢？当然不是靠“想当然”。一定是有配置文件告诉它。Zookeeper，只有两个配置文件zoo.cfg和myid。

那就只有zoo.cfg会影响到它了。

8. 我将zoo.cfg做如下修改之后。只开启3个节点，在关闭一个节点之后，还是可以正常运行的。

注释掉server2和server5

# cat zoo.cfg
tickTime=2000
initLimit=10
syncLimit=5
dataDir=/data/zookeeper/data
dataLogDir=/data/zookeeper/log
clientPort=2181
autopurge.snapRetainCount=3
autopurge.purgeInterval=6
server.1=172.31.9.73:2888:3888
#server.2=172.31.20.233:2888:3888
server.3=172.31.26.111:2888:3888
server.4=172.31.17.68:2888:3888
#server.5=172.31.16.33:2888:3888

9. 关闭server4之后，还有server2和server3活着。

[root@ip-172-31-26-111 ~]# zkServer.sh status
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /root/zookeeper-3.4.14/bin/../conf/zoo.cfg
Mode: leader
[root@ip-172-31-9-73 ~]# zkServer.sh status
ZooKeeper JMX enabled by default
Using config: /root/zookeeper-3.4.14/bin/../conf/zoo.cfg
Mode: follower

10. 总结，如果考虑两个AZ的情况下，zookeeper节点数多的AZ出现灾难情况，我们如何快速恢复？

(假设Server1/Server2在1AZ，Server3/Server4/Server5在2AZ)

10.1. 在Zookeeper节点少的AZ，多准备2台配置好zookeeper的EC2，并关机待使用。Server4/Server5具体zoo.cfg配置如下

tickTime=2000
initLimit=10
syncLimit=5
dataDir=/data/zookeeper/data
dataLogDir=/data/zookeeper/log
clientPort=2181
autopurge.snapRetainCount=3
autopurge.purgeInterval=6
server.3=172.31.26.111:2888:3888
server.4=172.31.17.68:2888:3888
server.5=172.31.16.33:2888:3888

10.2.  Server1/Server2/Server3，是正常运行的节点，配置如下：

tickTime=2000
initLimit=10
syncLimit=5
dataDir=/data/zookeeper/data
dataLogDir=/data/zookeeper/log
clientPort=2181
autopurge.snapRetainCount=3
autopurge.purgeInterval=6
server.1=172.31.9.73:2888:3888
server.2=172.31.20.233:2888:3888
server.3=172.31.26.111:2888:3888

10.3.  灾难发生，Server1/Server2所在的1AZ挂掉的情况下，需要人工介入，将Server3的配置更改为如下配置，并重启Server3的zookeeper服务，然后启动Server4/Server5，一定要先启动Server3，注意顺序。

tickTime=2000
initLimit=10
syncLimit=5
dataDir=/data/zookeeper/data
dataLogDir=/data/zookeeper/log
clientPort=2181
autopurge.snapRetainCount=3
autopurge.purgeInterval=6
server.3=172.31.26.111:2888:3888
server.4=172.31.17.68:2888:3888
server.5=172.31.16.33:2888:3888

10.4 日常运行状态

10.5 检查已经创建的znode信息

./zkCli.sh -server 172.31.16.33:2181 ls /
Connecting to 172.31.16.33:2181
[zk-permanent, zookeeper, test]

10.6 关闭Server1/Server2，注意顺序，先关闭follow，如果先关闭leader，会发生切换。我们期望的是Server3最后以follow的身份存活。

11. 最终可以看到测试结果，一切都是按照我们“想当然”的方向发展。

12. 最后验证zookeeper中的znode数据,还是都存在的。

./zkCli.sh  -server 172.31.16.33:2181 ls /
Connecting to 172.31.16.33:2181
[zk-permanent, zookeeper, test]

13. 其实数据一直是在这个路径下，只要有一个节点还保留，就会保存下去。

# ls /data/zookeeper/data/
myid  version-2  zookeeper_server.pid

注意：一定要保证Server4/Server5的下面两个路径是空的，不然会出现，Server4/Server5识别的是之前的陈旧信息。

/data/zookeeper/data/version-2
/data/zookeeper/log/version-2

14. 说到这里，我们可以理解到，Zookeeper的全部数据，都是存放在下面两个路径中。如果需要做备份，可以直接在OS层面，做cp备份即可。

dataDir=/data/zookeeper/data
dataLogDir=/data/zookeeper/log

衍生一个想法，就是如果想做跨Region，北京（主环境）到宁夏（容灾环境）的zookeeper的高可用怎么做呢？

我们可以考虑将北京的zookeeper的数据文件定期备份，并导入到宁夏的环境。

具体步骤：

<1. 在宁夏启动一个Zookeeper集群，并配置好，然后关闭zookeeper服务，清空掉数据文件夹。

<2. 在北京，通过脚本定期检查zookeeper各个节点状态，从一个运行健康的节点，定期备份数据到S3的一个bucket，为每个文件加上时间戳。

<3. 通过S3的Cross Region Replication，同步到宁夏。

<4. 然后在宁夏，从S3读取备份文件，并还原到灾备的zookeeper中。