常见选主机制(zab、raft)

一 ZAB协议(Zookeeper在用)

Zab协议有四个阶段

    Leader election

    Discovery (E#epoch establish)

    Synchronization (5X#sync with followers)

    Broadcast

比如3个节点选举leader:编号为1、2、3。1先启动,先投票给自己zxId=1,然后2启动首先也投自己一票zxId=2,然后广播给其他server,节点1收到zxId=2请求大于自己的(ziId相同就比较编号,编号大的为leader),就投票给节点2,所以1、2都选择2为leader,然后3启动发现1,2已经协商好且数量过半,于是3也选择2为leader,leader选举结束。

二 Raft协议

1.定义

    Raft是工程上使用较为广泛的强一致、去中心化、高可用的分布式协议。是一种共识算法。

2.选主流程

    Raft算法定义了三种角色:

        Leader(领导者)

        Follower(追随者)

        Candidate(候选者)

    初始状态下集群所有节点都是Follower,每一个节点都有自己的计时器,当计时达到了超时时间(Election Timeout),该节点会转变为Candidate,成为Candidate的节点.会首先给自己投票,然后向集群中其他所有的节点发起请求,要求大家都给自己投票,其他收到投票请求且还未投票的Follower节点会向发起者投票,发起者收到反馈通知后,票数增加。

    得票数超过了集群节点数量的一半,该节点晋升为Leader节点。Leader节点会立刻向其他节点发出通知,告诉大家自己是领导者。收到通知的节点全部变为Follower,并且各自的计时器清零。如果发现有节点票数相同,那么会随机休息一段时间,再次发起投票,由于时间是随机,所以避免再次票数相同的概率

    选出 Leader 后,Leader 通过定期向所有 Follower 发送心跳信息维持其统治。若 Follower 一段时间未收到 Leader 的心跳则认为 Leader 可能已经挂了再次发起选主过程

3.数据同步

    1.由客户端提交数据到Leader节点

    2.Leader 节点接收到的数据处于未提交状态(Uncommitted)

    3.由Leader节点把数据复制到集群内所有的Follower节点

    4.Follower节点们接收到复制的数据,会反馈给Leader节点

    5.如果Leader节点接收到超过半数的Follower反馈,表明复制成功,向 Client 确认数据已接收

    6.一旦向 Client 发出数据接收 Ack 响应后,表明此时数据状态进入已提交(Committed)

    7.再由Leader节点通知集群内所有的Follower节点提交数据,从而完成数据同步流程

三 常见选主缺点

3.1 脑裂及解决方法

1.Quorums(法定人数),过半机制:默认方式, 比如3个节点的集群,Quorums = 2, 也就是说集群可以容忍1个节点失效,这时候还能选举出1个leader,集群还可用。比如4个节点的集群,它的Quorums = 3,Quorums要超过3,相当于集群的容忍度还是1,如果2个节点失效,那么整个集群还是无效的。

2.冗余通信:采用多种通信方式,避免因一种通信终端导致脑裂。

   3.智能磁盘锁:正在服务一方锁住共享磁盘,"裂脑"发生时,让对方完全"抢不走"共享磁盘资源。但使用锁磁盘也会有一个不小的问题,如果占用共享盘的一方不主动"解锁",另一方就永远得不到共享磁盘。现实中假如服务节点突然死机或崩溃,就不可能执行解锁命令。后备节点也就接管不了共享资源和应用服务。于是有人在HA中设计了"智能"锁。即正在服务的一方只在发现心跳线全部断开(察觉不到对端)时才启用磁盘锁。平时就不上锁了。

4.设置仲裁机制:例如设置参考IP(如网关IP),当心跳线完全断开时,2个节点都各自ping一下 参考IP,不通则表明断点就出在本端,不仅"心跳"、还兼对外"服务"的本端网络链路断了,即使启动(或继续)应用服务也没有用了,那就主动放弃竞争,让能够ping通参考IP的一端去起服务。更保险一些,ping不通参考IP的一方干脆就自我重启,以彻底释放有可能还占用着的那些共享资源。

3.2 羊群效应

    宕机的那个Broker上的Partition比较多, 会造成多个Watch被触发,造成集群内大量的调整,导致大量网络阻塞

3.3 zookeeper负载过重

    每个Replica都要为此在ZooKeeper上注册一个Watch,当集群规模增加到几千个Partition时  ZooKeeper负载会过重

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