kafka不能离开,需要通过zookeeper来管理
Zookeeper是一个开源的分布式服务管理框架,存储业务服务节点元数据及状态信息,并把在Zookeeper上注册的服务器节点的状态信息通知给客户端(Zookeeper=文件系统+通知机制)
从设计模式角度来理解:是一个基于观察者模式设计的分布式服务管理框架
1.将服务器的信息注册到Zookeeper集群中
1.Zookeeper是由一个领导者(Leader)和多个跟随者(Follower)组成的集群
2.Zookeeper集群中只要有半数以上的节点服务器存活,Zookeeper集群就能正常提供服务
3.全局数据一致,每个Server保存一份相同的数据副本,Client无论连接到哪个Server,数据都是一致的
4.更新请求会按顺序执行,来自同一个Client的请求按期发送顺序依次执行,先进先出
5.数据更新具有原子性,一次数据更新要么成功要么失败
6.实时性,在一定范围内,Client能读到最新数据
数据模型的结构与Linux文件系统类似,呈树状图,每个节点称作一个ZNode,每个ZNode默认能够存储1MB的数据,每个ZNode都可以通过其 路径 唯一标识
在分布式环境下,经常需要对应用/服务进行统一命名,便于识别
(1)分布式环境下,配置文件同步非常常见。一般要求一个集群中,所有节点的配置信息是一致的,比如Kafka集群。对配置文件修改后,希望能够快速同步到各个节点上。
(2)配置管理可交由ZooKeeper实现。可将配置信息写入ZooKeeper上的一个Znode。各个客户端服务器监听这个Znode。一旦 Znode中的数据被修改,ZooKeeper将通知各个客户端服务器。
(1)分布式环境中,实时掌握每个节点的状态是必要的。可根据节点实时状态做出一些调整。
(2)ZooKeeper可以实现实时监控节点状态变化。可将节点信息写入ZooKeeper上的一个ZNode。监听这个ZNode可获取它的实时状态变化。
客户端能实时洞察到服务器上下线的变化。
在Zookeeper中记录每台服务器的访问数,让访问数最少的服务器去处理最新的客户端请求。
由1个Leader和多个follwer组成,节点数量为奇数并且>=3
LOOKING 保持状态
follower 选出主后,其他服务器进入FOLLWING状态
leader 主
服务器1启动,会选自己
服务器2启动,服务器2选自己,1改投2;
服务器3启动,服务器3选自己,1和2改投3;3称为Leader,1和2进入Follower状态;
脱离LOOKING状态后,就不会再更改选票信息
服务器4启动,先选自己,后与主比较后少数服从多数,改选3,并进入FOLLOWING状态
服务器5启动,同服务器4一样
第一次选举通过比较myid,myid最大的获取选票,得票过半则成为Leader;后续节点先投自己,与Leader比较后改投Leader,并进入Follower状态
非第一次选举,当原Leader故障,其它节点会选举新的Leader,先比较EPOCH(任期〉最大的直接胜出,如果EPOCH相同再比较事务ID,最大的胜出,如果事务1p也相同,最后比较服务器ID,大的胜出
当服务器初始化启动,和在运行期间无法和Leader保持连接时就会进入Leader选举
1)集群中本来就已经存在一个Leader。
对于已经存在Leader的情况,机器试图去选举Leader时,会被告知当前服务器的Leader信息,对于该机器来说,仅仅需要和 Leader机器建立连接,并进行状态同步即可。
2)集群中确实不存在Leader。
假设ZooKeeper由5台服务器组成,SID分别为1、2、3、4、5,ZXID分别为8、8、8、7、7,并且此时SID为3的服务器是Leader。某一时刻,3和5服务器出现故障,因此开始进行Leader选举。
1.EPOCH大的直接胜出
2.EPOCH相同,事务id大的胜出
3.事务id相同,服务器id大的胜出
SID:服务器ID。用来唯一标识一台ZooKeeper集群中的机器,每台机器不能重复,和myid一致。
ZXID:事务ID。ZXID是一个事务ID,用来标识一次服务器状态的变更。在某一时刻,集群中的每台机器的ZXID值不一定完全一致,这和ZooKeeper服务器对于客户端“更新请求”的处理逻辑速度有关。
Epoch:每个Leader任期的代号。没有Leader时同一轮投票过程中的逻辑时钟值是相同的。每投完一次票这个数据就会增加
#远程传输文件
scp 文件位置 目的IP:/放置位置
//准备 3 台服务器做 Zookeeper 集群
192.168.220.101
192.168.220.102
192.168.220.103
//关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
yum install -y java-1.8.0-openjdk java-1.8.0-openjdk-devel
java -version
官方下载地址:https://archive.apache.org/dist/zookeeper/
cd /opt
wget https://archive.apache.org/dist/zookeeper/zookeeper-3.5.7/apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz
cd /opt
tar -zxvf apache-zookeeper-3.5.7-bin.tar.gz
mv apache-zookeeper-3.5.7-bin /usr/local/zookeeper-3.5.7
cd /usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/
cp zoo_sample.cfg zoo.cfg
vim zoo.cfg
tickTime=2000 #通信心跳时间,Zookeeper服务器与客户端心跳时间,单位毫秒
initLimit=10 #Leader和Follower初始连接时能容忍的最多心跳数(tickTime的数量),这里表示为10*2s
syncLimit=5 #Leader和Follower之间同步通信的超时时间,这里表示如果超过5*2s,Leader认为Follwer死掉,并从服务器列表中删除Follwer
dataDir=/usr/local/zookeeper-3.5.7/data ●修改,指定保存Zookeeper中的数据的目录,目录需要单独创建
dataLogDir=/usr/local/zookeeper-3.5.7/logs ●添加,指定存放日志的目录,目录需要单独创建
clientPort=2181 #客户端连接端口
#添加集群信息
server.1=192.168.220.101:3188:3288
server.2=192.168.220.102:3188:3288
server.3=192.168.220.103:3188:3288
第一选举端口 3188
非第一次选举 3288
-------------------------------------------------------------------------------------
server.A=B:C:D
●A是一个数字,表示这个是第几号服务器。集群模式下需要在zoo.cfg中dataDir指定的目录下创建一个文件myid,这个文件里面有一个数据就是A的值,Zookeeper启动时读取此文件,拿到里面的数据与zoo.cfg里面的配置信息比较从而判断到底是哪个server。
●B是这个服务器的地址。
●C是这个服务器Follower与集群中的Leader服务器交换信息的端口。
●D是万一集群中的Leader服务器挂了,需要一个端口来重新进行选举,选出一个新的Leader,而这个端口就是用来执行选举时服务器相互通信的端口。
-------------------------------------------------------------------------------------
scp /usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/zoo.cfg 192.168.220.102:/usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/
scp /usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/zoo.cfg 192.168.220.103:/usr/local/zookeeper-3.5.7/conf/
mkdir /usr/local/zookeeper-3.5.7/data
mkdir /usr/local/zookeeper-3.5.7/logs
echo 1 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid
echo 2 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid
echo 3 > /usr/local/zookeeper-3.5.7/data/myid
vim /etc/init.d/zookeeper
#!/bin/bash
#chkconfig:2345 20 90
#description:Zookeeper Service Control Script
ZK_HOME='/usr/local/zookeeper-3.5.7'
case $1 in
start)
echo "---------- zookeeper 启动 ------------"
$ZK_HOME/bin/zkServer.sh start
;;
stop)
echo "---------- zookeeper 停止 ------------"
$ZK_HOME/bin/zkServer.sh stop
;;
restart)
echo "---------- zookeeper 重启 ------------"
$ZK_HOME/bin/zkServer.sh restart
;;
status)
echo "---------- zookeeper 状态 ------------"
$ZK_HOME/bin/zkServer.sh status
;;
*)
echo "Usage: $0 {start|stop|restart|status}"
esac
chmod +x /etc/init.d/zookeeper
chkconfig --add zookeeper
service zookeeper start
service zookeeper status
1.解耦:微服务
允许你独立的扩展或修改两边的处理过程,只要确保它们遵守同样的接口约束。
2.可恢复性
系统的一部分组件失效时,不会影响到整个系统。消息队列降低了进程间的耦合度,所以即使一个处理消息的进程挂掉,加入队列中的消息仍然可以在系统恢复后被处理。
3.缓冲
有助于控制和优化数据流经过系统的速度,解决生产消息和消费消息的处理速度不一致的情况。
4.灵活性&峰值处理能力
在访问量剧增的情况下,应用仍然需要继续发挥作用,但是这样的突发流量并不常见。如果为以能处理这类峰值访问为标准来投入资源随时待命无疑是巨大的浪费。使用消息队列能够使关键组件顶住突发的访问压力,而不会因为突发的超负荷的请求而完全崩溃。
5.异步通信
很多时候,用户不想也不需要立即处理消息。消息队列提供了异步处理机制,允许用户把一个消息放入队列,但并不立即处理它。想向队列中放入多少消息就放多少,然后在需要的时候再去处理它们。
一对一:点对点模式;(消费者主动拉取数据,消息收到后消息清除)
消息生产者生产消息发送到消息队列中,然后消息消费者从消息队列中取出并且消费消息。消息被消费以后,消息队列中不再有存储,所以消息消费者不可能消费到已经被消费的消息。消息队列支持存在多个消费者,但是对一个消息而言,只会有一个消费者可以消费。
一对多:发布/订阅模式;(又叫观察者模式,消费者消费数据之后不会清除消息)
消息生产者(发布)将消息发布到 topic 中,同时有多个消息消费者(订阅)消费该消息。和点对点方式不同,发布到 topic 的消息会被所有订阅者消费。
发布/订阅模式是定义对象间一种一对多的依赖关系,使得每当一个对象(目对标象)的状态发生改变,则所有依赖于它的对象(观察者对象)都会得到通知并自动更新。
是一个分布式的基于发布/订阅模式的消息队列(MQ,Message Queue),主要应用于大数据实时处理领域(十万以上)
基于 Zookeeper 协调的分布式消息中间件系统,它的最大的特性就是可以实时的处理大量数据以满足各种需求场景
高吞吐量、低延迟
Kafka 每秒可以处理几十万条消息,它的延迟最低只有几毫秒。每个 topic 可以分多个 Partition,Consumer Group 对 Partition 进行消费操作,提高负载均衡能力和消费能力。
可扩展性
kafka 集群支持热扩展
持久性、可靠性
消息被持久化到本地磁盘,并且支持数据备份防止数据丢失
容错性
允许集群中节点失败(多副本情况下,若副本数量为 n,则允许 n-1 个节点失败)
高并发
支持数千个客户端同时读写
(1)Broker 服务器
一台 kafka 服务器就是一个 broker。一个集群由多个 broker 组成。一个 broker 可以容纳多个 topic。
(2)Topic 主题
可以理解为一个队列,生产者和消费者面向的都是一个 topic。
类似于数据库的表名或者 ES 的 index
物理上不同 topic 的消息分开存储
(3)Partition 分区
为了实现扩展性,一个非常大的 topic 可以分布到多个 broker(即服务器)上,一个 topic 可以分割为一个或多个 partition,每个 partition 是一个有序的队列。Kafka 只保证 partition 内的记录是有序的,而不保证 topic 中不同 partition 的顺序。
每个 topic 至少有一个 partition,当生产者产生数据的时候,会根据分配策略选择分区,然后将消息追加到指定的分区的队列末尾。
Partition 分区;
consumer 消费者;
可以从 broker 中 pull 拉取数据,可以消费多个 topic 中的数据
producers 生产者;
将消息 push 发布到 Kafka 的 topic 中
两种角色:Leder(读写)、follower(复制备份)
Topic 消息主题或者表或者键,存数据的表和键
replica 副本;
有多个副本可以实现,保障单点故障时数据不会丢失
offset 偏移量;
可以唯一的标识一条消息。
Zookeeper
Kafka 通过 Zookeeper 来存储集群的 meta 信息
部署kafka集群要先部署Zookeeper集群,在Zookeeper集群的基础上安装kafka应用,节点数量为奇数台并且>=3,Zookeeper存储kafka集群的元数据
生产者要推送到kafka集群需要先通过Zookeeper确定kafka的位置,消费者消费的数据传到哪里也要根据数据存储在Zookeeper上的offset确定,offset偏移量记录上一条数据消费的数据位置,以便在故障恢复后可以接着下一次数据继续消费
有几个kafka服务就有几个broker,生成推送数据到topic,topic可以被分为多个partition,
官方下载地址:http://kafka.apache.org/downloads.html
cd /opt
wget https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/apache/kafka/2.7.1/kafka_2.13-2.7.1.tgz
cd /opt/
tar zxvf kafka_2.13-2.7.1.tgz
mv kafka_2.13-2.7.1 /usr/local/kafka
cd /usr/local/kafka/config/
cp server.properties{,.bak}
vim server.properties
broker.id=0 ●21行,broker的全局唯一编号,每个broker不能重复,因此要在其他机器上配置 broker.id=1、broker.id=2
listeners=PLAINTEXT://192.168.220.101:9092 ●31行,指定监听的IP和端口,如果修改每个broker的IP需区分开来,也可保持默认配置不用修改
num.network.threads=3 #42行,broker 处理网络请求的线程数量,一般情况下不需要去修改
num.io.threads=8 #45行,用来处理磁盘IO的线程数量,数值应该大于硬盘数
socket.send.buffer.bytes=102400 #48行,发送套接字的缓冲区大小
socket.receive.buffer.bytes=102400 #51行,接收套接字的缓冲区大小
socket.request.max.bytes=104857600 #54行,请求套接字的缓冲区大小
log.dirs=/usr/local/kafka/logs #60行,kafka运行日志存放的路径,也是数据存放的路径
num.partitions=1 #65行,topic在当前broker上的默认分区个数,会被topic创建时的指定参数覆盖
num.recovery.threads.per.data.dir=1 #69行,用来恢复和清理data下数据的线程数量
log.retention.hours=168 #103行,segment文件(数据文件)保留的最长时间,单位为小时,默认为7天,超时将被删除
log.segment.bytes=1073741824 #110行,一个segment文件最大的大小,默认为 1G,超出将新建一个新的segment文件
zookeeper.connect=192.168.220.101:2181,192.168.220.102:2181,192.168.220.103:2181 ●123行,配置连接Zookeeper集群地址
vim /etc/profile
export KAFKA_HOME=/usr/local/kafka
export PATH=$PATH:$KAFKA_HOME/bin
source /etc/profile
vim /etc/init.d/kafka
#!/bin/bash
#chkconfig:2345 22 88
#description:Kafka Service Control Script
KAFKA_HOME='/usr/local/kafka'
case $1 in
start)
echo "---------- Kafka 启动 ------------"
${KAFKA_HOME}/bin/kafka-server-start.sh -daemon ${KAFKA_HOME}/config/server.properties
;;
stop)
echo "---------- Kafka 停止 ------------"
${KAFKA_HOME}/bin/kafka-server-stop.sh
;;
restart)
$0 stop
$0 start
;;
status)
echo "---------- Kafka 状态 ------------"
count=$(ps -ef | grep kafka | egrep -cv "grep|$$")
if [ "$count" -eq 0 ];then
echo "kafka is not running"
else
echo "kafka is running"
fi
;;
*)
echo "Usage: $0 {start|stop|restart|status}"
esac
chmod +x /etc/init.d/kafka
chkconfig --add kafka
service kafka start
kafka-topics.sh --create --zookeeper 192.168.220.101:2181,192.168.220.102:2181,192.168.220.103:2181 --replication-factor 2 --partitions 3 --topic test
kafka-topics.sh --create --zookeeper 192.168.220.101:2181,192.168.220.102:2181,192.168.220.103:2181 --replication-factor 2 --partitions 3 --topic test
-------------------------------------------------------------------------------------
--zookeeper:定义 zookeeper 集群服务器地址,如果有多个 IP 地址使用逗号分割,一般使用一个 IP 即可
--replication-factor:定义分区副本数,1 代表单副本,建议为 2
--partitions:定义分区数
--topic:定义 topic 名称
-------------------------------------------------------------------------------------
kafka-topics.sh --list --zookeeper 192.168.220.101:2181,192.168.220.102:2181,192.168.220.103:2181
kafka-topics.sh --describe --zookeeper 192.168.220.101:2181,192.168.220.102:2181,192.168.220.103:2181
kafka-console-producer.sh --broker-list 192.168.220.101:9092,192.168.220.102:9092,192.168.220.103:9092 --topic test
kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server 192.168.220.101:9092,192.168.220.102:9092,192.168.220.103:9092 --topic test --from-beginning
//from-beginning:会把主题中以往所有的数据都读取出来
kafka-topics.sh --zookeeper 192.168.220.101:2181,192.168.220.102:2181,192.168.220.103:2181 --alter --topic test --partitions 6
kafka-topics.sh --delete --zookeeper 192.168.220.101:2181,192.168.220.102:2181,192.168.220.103:2181 --topic test
//Kafka 工作流程及文件存储机制
Kafka 中消息是以 topic 进行分类的,生产者生产消息,消费者消费消息,都是面向 topic 的。
topic 是逻辑上的概念,而 partition 是物理上的概念,每个 partition 对应于一个 log 文件,该 log 文件中存储的就是 producer 生产的数据。Producer 生产的数据会被不断追加到该 log 文件末端,且每条数据都有自己的 offset。 消费者组中的每个消费者,都会实时记录自己消费到了哪个 offset,以便出错恢复时,从上次的位置继续消费。
由于生产者生产的消息会不断追加到 log 文件末尾,为防止 log 文件过大导致数据定位效率低下,Kafka 采取了分片和索引机制,将每个 partition 分为多个 segment。每个 segment 对应两个文件:“.index” 文件和 “.log” 文件。这些文件位于一个文件夹下,该文件夹的命名规则为:topic名称+分区序号。例如,test 这个 topic 有三个分区, 则其对应的文件夹为 test-0、test-1、test-2。
index 和 log 文件以当前 segment 的第一条消息的 offset 命名。
“.index” 文件存储大量的索引信息,“.log” 文件存储大量的数据,索引文件中的元数据指向对应数据文件中 message 的物理偏移地址。
//数据可靠性保证
为保证 producer 发送的数据,能可靠的发送到指定的 topic,topic 的每个 partition 收到 producer 发送的数据后, 都需要向 producer 发送 ack(acknowledgement 确认收到),如果 producer 收到 ack,就会进行下一轮的发送,否则重新发送数据。
//数据一致性问题
LEO:指的是每个副本最大的 offset;
HW:指的是消费者能见到的最大的 offset,所有副本中最小的 LEO。
(1)follower 故障
follower 发生故障后会被临时踢出 ISR(Leader 维护的一个和 Leader 保持同步的 Follower 集合),待该 follower 恢复后,follower 会读取本地磁盘记录的上次的 HW,并将 log 文件高于 HW 的部分截取掉,从 HW 开始向 leader 进行同步。等该 follower 的 LEO 大于等于该 Partition 的 HW,即 follower 追上 leader 之后,就可以重新加入 ISR 了。
(2)leader 故障
leader 发生故障之后,会从 ISR 中选出一个新的 leader, 之后,为保证多个副本之间的数据一致性,其余的 follower 会先将各自的 log 文件高于 HW 的部分截掉,然后从新的 leader 同步数据。
注:这只能保证副本之间的数据一致性,并不能保证数据不丢失或者不重复。
//ack 应答机制
对于某些不太重要的数据,对数据的可靠性要求不是很高,能够容忍数据的少量丢失,所以没必要等 ISR 中的 follower 全部接收成功。所以 Kafka 为用户提供了三种可靠性级别,用户根据对可靠性和延迟的要求进行权衡选择。
当 producer 向 leader 发送数据时,可以通过 request.required.acks 参数来设置数据可靠性的级别:
●0:这意味着producer无需等待来自broker的确认而继续发送下一批消息。这种情况下数据传输效率最高,但是数据可靠性确是最低的。当broker故障时有可能丢失数据。
●1(默认配置):这意味着producer在ISR中的leader已成功收到的数据并得到确认后发送下一条message。如果在follower同步成功之前leader故障,那么将会丢失数据。
●-1(或者是all):producer需要等待ISR中的所有follower都确认接收到数据后才算一次发送完成,可靠性最高。但是如果在 follower 同步完成后,broker 发送ack 之前,leader 发生故障,那么会造成数据重复。
三种机制性能依次递减,数据可靠性依次递增。
注:在 0.11 版本以前的Kafka,对此是无能为力的,只能保证数据不丢失,再在下游消费者对数据做全局去重。在 0.11 及以后版本的 Kafka,引入了一项重大特性:幂等性。所谓的幂等性就是指 Producer 不论向 Server 发送多少次重复数据, Server 端都只会持久化一条。
filebeat:进行日志采集
kafka集群:对日志数据进行限流、削峰,负责负载均衡等作用
logstash:对日志进行分析、过滤、输出等工作,支持多个实例
ES节点:创建日志的索引和管理,并提供全文检索
Kinaba:是ES的web界面,方便查看和搜索日志信息
cd /usr/local/filebeat
vim filebeat.yml
filebeat.prospectors:
- type: log
enabled: true
paths:
- /var/log/httpd/access_log
tags: ["access"]
- type: log
enabled: true
paths:
- /var/log/httpd/error_log
tags: ["error"]
......
#添加输出到 Kafka 的配置
output.kafka:
enabled: true
hosts: ["192.168.220.101:9092","192.168.220.102:9092","192.168.220.103:9092"] #指定 Kafka 集群配置
topic: "httpd" #指定 Kafka 的 topic
#启动 filebeat
./filebeat -e -c filebeat.yml
cd /etc/logstash/conf.d/
vim kafka.conf
input {
kafka {
bootstrap_servers => "192.168.220.101:9092,192.168.220.102:9092,192.168.220.103:9092" #kafka集群地址
topics => "httpd" #拉取的kafka的指定topic
type => "httpd_kafka" #指定 type 字段
codec => "json" #解析json格式的日志数据
auto_offset_reset => "latest" #拉取最近数据,earliest为从头开始拉取
decorate_events => true #传递给elasticsearch的数据额外增加kafka的属性数据
}
}
output {
if "access" in [tags] {
elasticsearch {
hosts => ["192.168.220.10:9200"]
index => "httpd_access-%{+YYYY.MM.dd}"
}
}
if "error" in [tags] {
elasticsearch {
hosts => ["192.168.220.10:9200"]
index => "httpd_error-%{+YYYY.MM.dd}"
}
}
stdout { codec => rubydebug }
}
#启动 logstash
logstash -f kafka.conf
注:生产黑屏操作es时查看所有的索引:curl -X GET "localhost:9200/_cat/indices?v"
浏览器访问 http://192.168.10.13:5601 登录 Kibana,单击“Create Index Pattern”按钮添加索引“filebeat_test-*”,单击 “create” 按钮创建,单击 “Discover” 按钮可查看图表信息及日志信息。