Zookeeper 系统模型

发表于 | 分类于 |

本节将从数据模型、节点特性、版本、watch和ACL五个方面来讲述 zookeeper 的系统模型。

数据模型

  • 树

Zookeeper的数据节点称为ZNode，ZNode是Zookeeper中数据的最小单元，每个ZNode都可以保存数据，同时还可以挂载子节点，因此构成了一个层次化的命名空间，称为树。

znode

  • 事务ID

在Zookeeper中，事务是指能够改变Zookeeper服务器状态的操作，一般包括节点创建与删除，数据节点内容更新和客户端会话创建与失效，对于每个事务请求，Zookeeper都会为其分配一个全局唯一的事务ID，用 ZXID 表示，通常是64位的数字，每个ZXID对应一次更新操作，从这些ZXID中可以间接地识别出Zookeeper处理这些更新操作请求的全局顺序。

节点特性

节点类型

在Zookeeper中，每个数据节点都是有生命周期的，类型不同则会有不同的生命周期。节点类型可以分为持久节点（PERSISTENT）、临时节点（EPHEMERAL）、顺序节点（SEQUENTIAL）三大类，可以通过组合生成如下四种类型节点

  • 持久节点（PERSISTENT）。节点创建后便一直存在于Zookeeper服务器上，直到有删除操作来主动清楚该节点。
  • 持久顺序节点（PERSISTENT_SEQUENTIAL）。相比持久节点，其新增了顺序特性，每个父节点都会为它的第一级子节点维护一份顺序，用于记录每个子节点创建的先后顺序。在创建节点时，会自动添加一个数字后缀，作为新的节点名，该数字后缀的上限是整形的最大值。
  • 临时节点（EPEMERAL）。临时节点的生命周期与客户端会话绑定，客户端失效，节点会被自动清理。同时，Zookeeper规定不能基于临时节点来创建子节点，即临时节点只能作为叶子节点。
  • 临时顺序节点（EPEMERAL_SEQUENTIAL）。在临时节点的基础添加了顺序特性。

　　每个节点除了存储数据外，还存储了节点本身的一些状态信息，可通过get命令获取。

版本–保证分布式数据原子性操作

每个数据节点都具有三种类型的版本信息，对数据节点的任何更新操作都会引起版本号的变化。

  • version– 当前数据节点数据内容的版本号
  • cversion– 当前数据子节点的版本号
  • aversion– 当前数据节点ACL变更版本号

上述各版本号都是表示修改次数，如version为1表示对数据节点的内容变更了一次。即使前后两次变更并没有改变数据内容，version的值仍然会改变。version可以用于写入验证，类似于CAS。

Watch–数据变更通知

Zookeeper使用Watch机制实现分布式数据的发布/订阅功能。

watch

  • Zookeeper的Watch机制主要包括客户端线程、客户端WatchManager、Zookeeper服务器三部分。
  • 客户端在向Zookeeper服务器注册的同时，会将Watch对象存储在客户端的WatcherManager当中。
  • 当Zookeeper服务器触发Watch事件后，会向客户端发送通知，客户端线程从WatchManager中取出对应的Watch对象来执行回调逻辑。

ACL–保障数据的安全

Zookeeper内部存储了分布式系统运行时状态的元数据，这些元数据会直接影响基于Zookeeper进行构造的分布式系统的运行状态，如何保障系统中数据的安全，从而避免因误操作而带来的数据随意变更而导致的数据库异常十分重要，Zookeeper提供了一套完善的ACL权限控制机制来保障数据的安全。

我们可以从三个方面来理解ACL机制：权限模式（Scheme）、授权对象（ID）、权限（Permission），通常使用 scheme:id:permission来标识一个有效的ACL信息。

  • 权限模式用来确定权限验证过程中使用的检验策略，有如下四种模式：
    1. IP，通过IP地址粒度来进行权限控制，如 ip:192.168.0.110 表示权限控制针对该IP地址，同时IP模式可以支持按照网段方式进行配置，如 ip:192.168.0.1/24 表示针对 192.168.0.* 这个网段进行权限控制。
    2. Digest，使用”username:password”形式的权限标识来进行权限配置，便于区分不同应用来进行权限控制。Zookeeper会对其进行SHA-1加密和BASE64编码。
    3. World，最为开放的权限控制模式，数据节点的访问权限对所有用户开放。
    4. Super，超级用户，是一种特殊的Digest模式，超级用户可以对任意Zookeeper上的数据节点进行任何操作。
  • 授权对象是指权限赋予的用户或一个指定实体，如IP地址或机器等。不同的权限模式通常有不同的授权对象。
  • 权限是指通过权限检查可以被允许执行的操作，Zookeeper对所有数据的操作权限分为CREATE（节点创建权限）、DELETE（节点删除权限）、READ（节点读取权限）、WRITE（节点更新权限）、ADMIN（节点管理权限）。

参考文章：

【分布式】Zookeeper系统模型

《从Paxos到Zookeeper分布式一致性原理与实践》