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storage R&D guy.

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分类: 服务器与存储

2015-07-17 17:59:17

大名鼎鼎的Zookeeper是解决分布式问题的神器。小编最近简单阅读了代码,分享一下。有不对之处,还请大家指出。

整篇文章将分多个系列完成,因为涉及点比较多,很难在一片文章内搞定。关于zookeeper的使用场景,大家参考。api使用参考官网手。这里以最新的zookeeper3.4.5为例。

这个系列的第一篇来说说zookeeper server端的启动,以单机为例,分布式zookeeper将在后续专门分析。

单机版启动类ZooKeeperServerMain

 

Java代码  收藏代码
  1. protected void initializeAndRun(String[] args)  
  2.         throws ConfigException, IOException  
  3.     {  
  4.         try {  
  5.             ManagedUtil.registerLog4jMBeans();  
  6.         } catch (JMException e) {  
  7.             LOG.warn("Unable to register log4j JMX control", e);  
  8.         }  
  9.     //解析配置文件zoo.cfg  
  10.         ServerConfig config = new ServerConfig();  
  11.         if (args.length == 1) {  
  12.             config.parse(args[0]);  
  13.         } else {  
  14.             config.parse(args);  
  15.         }  
  16.     //启动  
  17.         runFromConfig(config);  
  18.     }  

 

 具体解析:

 

Java代码  收藏代码
  1. public void parse(String path) throws ConfigException {  
  2.       QuorumPeerConfig config = new QuorumPeerConfig();  
  3.       config.parse(path);  
  4.   
  5.       // let qpconfig parse the file and then pull the stuff we are  
  6.       // interested in  
  7.       readFrom(config);  
  8.   }  

 

 启动

 

Java代码  收藏代码
  1.   public void runFromConfig(ServerConfig config) throws IOException {  
  2.       LOG.info("Starting server");  
  3.       try {  
  4.           // Note that this thread isn't going to be doing anything else,  
  5.           // so rather than spawning another thread, we will just call  
  6.           // run() in this thread.  
  7.           // create a file logger url from the command line args  
  8.           ZooKeeperServer zkServer = new ZooKeeperServer();  
  9.   
  10. //2个文件,log和data文件  
  11.           FileTxnSnapLog ftxn = new FileTxnSnapLog(new  
  12.                  File(config.dataLogDir), new File(config.dataDir));  
  13.           zkServer.setTxnLogFactory(ftxn);  
  14.           zkServer.setTickTime(config.tickTime);  
  15.           zkServer.setMinSessionTimeout(config.minSessionTimeout);  
  16.           zkServer.setMaxSessionTimeout(config.maxSessionTimeout);  
  17. //连接工厂,默认NIOServerCnxnFactory  
  18.           cnxnFactory = ServerCnxnFactory.createFactory();  
  19. //初始化主线程,打开selector,并bind端口,打开NIO的ACCEPT通知  
  20.           cnxnFactory.configure(config.getClientPortAddress(),  
  21.                   config.getMaxClientCnxns());  
  22. //并生成最新的snapshot文件,启动IO主线程,从snapshot文件和log文件中恢复内存database结构和session结构  
  23.           cnxnFactory.startup(zkServer);  
  24. //启动线程等待之前启动的主线程结束  
  25.           cnxnFactory.join();  
  26.           if (zkServer.isRunning()) {  
  27.               zkServer.shutdown();  
  28.           }  
  29.       } catch (InterruptedException e) {  
  30.           // warn, but generally this is ok  
  31.           LOG.warn("Server interrupted", e);  
  32.       }  
  33.   }  

 

 具体startup流程:

 

Java代码  收藏代码
  1.    public void startup(ZooKeeperServer zks) throws IOException,  
  2.            InterruptedException {  
  3. //启动IO主线程  
  4.        start();  
  5. //从log和snapshot回复database和session,并重新生成一个最新的snapshot文件  
  6.        zks.startdata();  
  7. //启动sessionTracker线程,初始化IO请求的处理链,并启动每个processor线程  
  8.        zks.startup();  
  9.        setZooKeeperServer(zks);  
  10.    }  

 

 具体恢复过程:

 

Java代码  收藏代码
  1.   public void startdata()   
  2.   throws IOException, InterruptedException {  
  3.       //check to see if zkDb is not null  
  4.       if (zkDb == null) {  
  5. //初始化database  
  6.           zkDb = new ZKDatabase(this.txnLogFactory);  
  7.       }    
  8.       if (!zkDb.isInitialized()) {  
  9.           loadData();  
  10.       }  
  11.   }  

 

 DataTree用Map实现,key是节点名称,value是DataNode,DataNode从有parent指向父亲节点,有children指向所有孩子节点

 

Java代码  收藏代码
  1.    public DataTree() {  
  2.        /* Rather than fight it, let root have an alias */  
  3. //'/','/zookeeper','/zookeeper/quota'3个系统节点初始化  
  4.        nodes.put("", root);  
  5.        nodes.put(rootZookeeper, root);  
  6.   
  7.        /** add the proc node and quota node */  
  8.        root.addChild(procChildZookeeper);  
  9.        nodes.put(procZookeeper, procDataNode);  
  10.   
  11.        procDataNode.addChild(quotaChildZookeeper);  
  12.        nodes.put(quotaZookeeper, quotaDataNode);  
  13.    }  

 具体恢复数据

 

Java代码  收藏代码
  1.    public void loadData() throws IOException, InterruptedException {  
  2. //执行恢复,并返回最新的事务ID  
  3.        setZxid(zkDb.loadDataBase());  
  4.        // Clean up dead sessions  
  5. //清理session  
  6.        LinkedList<Long> deadSessions = new LinkedList<Long>();  
  7.        for (Long session : zkDb.getSessions()) {  
  8.            if (zkDb.getSessionWithTimeOuts().get(session) == null) {  
  9.                deadSessions.add(session);  
  10.            }  
  11.        }  
  12.        zkDb.setDataTreeInit(true);  
  13.        for (long session : deadSessions) {  
  14.            // XXX: Is lastProcessedZxid really the best thing to use?  
  15.            killSession(session, zkDb.getDataTreeLastProcessedZxid());  
  16.        }  
  17. //生成最新的snapshot文件  
  18.        // Make a clean snapshot  
  19.        takeSnapshot();  
  20.    }  

 load过程:

 

Java代码  收藏代码
  1. public long loadDataBase() throws IOException {  
  2. oad过程中,发起分布式提议,对于单机版,先不考虑  
  3.     PlayBackListener listener=new PlayBackListener(){  
  4.         public void onTxnLoaded(TxnHeader hdr,Record txn){  
  5.             Request r = new Request(null0, hdr.getCxid(),hdr.getType(),  
  6.                     nullnull);  
  7.             r.txn = txn;  
  8.             r.hdr = hdr;  
  9.             r.zxid = hdr.getZxid();  
  10.             addCommittedProposal(r);  
  11.         }  
  12.     };  
  13.     //load数据  
  14.     long zxid = snapLog.restore(dataTree,sessionsWithTimeouts,listener);  
  15.     initialized = true;  
  16.      
 

restore过程:

 

Java代码  收藏代码
  1.    public long restore(DataTree dt, Map<Long, Integer> sessions,   
  2.            PlayBackListener listener) throws IOException {  
  3. //从FileSnap中恢复  
  4.        snapLog.deserialize(dt, sessions);  
  5.        FileTxnLog txnLog = new FileTxnLog(dataDir);  
  6.        TxnIterator itr = txnLog.read(dt.lastProcessedZxid+1);  
  7.        long highestZxid = dt.lastProcessedZxid;  
  8.        TxnHeader hdr;  
  9. //从snapshot中记录的最新的事务开始处理,将log中的事务merge到datatree中  
  10.        while (true) {  
  11.            // iterator points to   
  12.            // the first valid txn when initialized  
  13.            hdr = itr.getHeader();  
  14.            if (hdr == null) {  
  15.                //empty logs   
  16.                return dt.lastProcessedZxid;  
  17.            }  
  18.            if (hdr.getZxid() < highestZxid && highestZxid != 0) {  
  19.                LOG.error(highestZxid + "(higestZxid) > "  
  20.                        + hdr.getZxid() + "(next log) for type "  
  21.                        + hdr.getType());  
  22.            } else {  
  23.                highestZxid = hdr.getZxid();  
  24.            }  
  25.            try {  
  26.                processTransaction(hdr,dt,sessions, itr.getTxn());  
  27.            } catch(KeeperException.NoNodeException e) {  
  28.               throw new IOException("Failed to process transaction type: " +  
  29.                     hdr.getType() + " error: " + e.getMessage(), e);  
  30.            }  
  31.            listener.onTxnLoaded(hdr, itr.getTxn());  
  32.            if (!itr.next())   
  33.                break;  
  34.        }  
  35.        return highestZxid;  
  36.    }  

 FileSnap恢复过程:

 

Java代码  收藏代码
  1.    public long deserialize(DataTree dt, Map<Long, Integer> sessions)  
  2.            throws IOException {  
  3.        // we run through 100 snapshots (not all of them)  
  4.        // if we cannot get it running within 100 snapshots  
  5.        // we should  give up  
  6. //找前100个snapshot文件,降序,最新的文件在最前面  
  7.        List<File> snapList = findNValidSnapshots(100);  
  8.        if (snapList.size() == 0) {  
  9.            return -1L;  
  10.        }  
  11. //从最新的文件开始恢复,如果反序列化ok而且checksum也ok,则恢复结束  
  12.        File snap = null;  
  13.        boolean foundValid = false;  
  14.        for (int i = 0; i < snapList.size(); i++) {  
  15.            snap = snapList.get(i);  
  16.            InputStream snapIS = null;  
  17.            CheckedInputStream crcIn = null;  
  18.            try {  
  19.                LOG.info("Reading snapshot " + snap);  
  20.                snapIS = new BufferedInputStream(new FileInputStream(snap));  
  21.                crcIn = new CheckedInputStream(snapIS, new Adler32());  
  22.                InputArchive ia = BinaryInputArchive.getArchive(crcIn);  
  23.                deserialize(dt,sessions, ia);  
  24.                long checkSum = crcIn.getChecksum().getValue();  
  25.                long val = ia.readLong("val");  
  26.                if (val != checkSum) {  
  27.                    throw new IOException("CRC corruption in snapshot :  " + snap);  
  28.                }  
  29.                foundValid = true;  
  30.                break;  
  31.            } catch(IOException e) {  
  32.                LOG.warn("problem reading snap file " + snap, e);  
  33.            } finally {  
  34.                if (snapIS != null)   
  35.                    snapIS.close();  
  36.                if (crcIn != null)   
  37.                    crcIn.close();  
  38.            }   
  39.        }  
  40.        if (!foundValid) {  
  41.            throw new IOException("Not able to find valid snapshots in " + snapDir);  
  42.        }  
  43. //snapshot文件名就记录着最新的zxid  
  44.        dt.lastProcessedZxid = Util.getZxidFromName(snap.getName(), "snapshot");  
  45.        return dt.lastProcessedZxid;  
  46.    }  

 单个事务处理:

 

Java代码  收藏代码
  1. public void processTransaction(TxnHeader hdr,DataTree dt,  
  2.          Map<Long, Integer> sessions, Record txn)  
  3.      throws KeeperException.NoNodeException {  
  4.      ProcessTxnResult rc;  
  5.      switch (hdr.getType()) {  
  6. 创建session  
  7.      case OpCode.createSession:  
  8.          sessions.put(hdr.getClientId(),  
  9.                  ((CreateSessionTxn) txn).getTimeOut());  
  10.          ......  
  11.          // give dataTree a chance to sync its lastProcessedZxid  
  12.          rc = dt.processTxn(hdr, txn);  
  13.          break;  
  14.      case OpCode.closeSession:  
  15.          sessions.remove(hdr.getClientId());  
  16.          if (LOG.isTraceEnabled()) {  
  17.              ZooTrace.logTraceMessage(LOG,ZooTrace.SESSION_TRACE_MASK,  
  18.                      "playLog --- close session in log: 0x"  
  19.                              + Long.toHexString(hdr.getClientId()));  
  20.          }  
  21.          rc = dt.processTxn(hdr, txn);  
  22.          break;  
  23.      default:  
  24.          rc = dt.processTxn(hdr, txn);  
  25.      }  
  26.   
  27.      ......  
  28.  }  

 DataTree处理单个事务

 

Java代码  收藏代码
  1. public ProcessTxnResult processTxn(TxnHeader header, Record txn)  
  2.     {  
  3.         ProcessTxnResult rc = new ProcessTxnResult();  
  4.   
  5.         try {  
  6.             rc.clientId = header.getClientId();  
  7.             rc.cxid = header.getCxid();  
  8.             rc.zxid = header.getZxid();  
  9.             rc.type = header.getType();  
  10.             rc.err = 0;  
  11.             rc.multiResult = null;  
  12.             switch (header.getType()) {  
  13.                 case OpCode.create:  
  14.                     CreateTxn createTxn = (CreateTxn) txn;  
  15.                     rc.path = createTxn.getPath();  
  16.                     createNode(  
  17.                             createTxn.getPath(),  
  18.                             createTxn.getData(),  
  19.                             createTxn.getAcl(),  
  20.                             createTxn.getEphemeral() ? header.getClientId() : 0,  
  21.                             createTxn.getParentCVersion(),  
  22.                             header.getZxid(), header.getTime());  
  23.                     break;  
  24.                 case OpCode.delete:  
  25.                     DeleteTxn deleteTxn = (DeleteTxn) txn;  
  26.                     rc.path = deleteTxn.getPath();  
  27.                     deleteNode(deleteTxn.getPath(), header.getZxid());  
  28.                     break;  
  29.                 case OpCode.setData:  
  30.                     SetDataTxn setDataTxn = (SetDataTxn) txn;  
  31.                     rc.path = setDataTxn.getPath();  
  32.                     rc.stat = setData(setDataTxn.getPath(), setDataTxn  
  33.                             .getData(), setDataTxn.getVersion(), header  
  34.                             .getZxid(), header.getTime());  
  35.                     break;  
  36.    》    ......  
  37.         /* 
  38.          * A snapshot might be in progress while we are modifying the data 
  39.          * tree. If we set lastProcessedZxid prior to making corresponding 
  40.          * change to the tree, then the zxid associated with the snapshot 
  41.          * file will be ahead of its contents. Thus, while restoring from 
  42.          * the snapshot, the restore method will not apply the transaction 
  43.          * for zxid associated with the snapshot file, since the restore 
  44.          * method assumes that transaction to be present in the snapshot. 
  45.          * 
  46.          * To avoid this, we first apply the transaction and then modify 
  47.          * lastProcessedZxid.  During restore, we correctly handle the 
  48.          * case where the snapshot contains data ahead of the zxid associated 
  49.          * with the file. 
  50.          */  
  51.     //处理完事务后,再修改最新Zxid,如果是先修改Zxid再处理事务,修改完Zxid后,正好异步线程flush datatree  
  52.     //此时由于事务并没有被处理,导致snapshot中的zxid比content新,而restore的时候是从最新zxid+1开始恢复的,从而  
  53.     //导致丢数据  
  54.         if (rc.zxid > lastProcessedZxid) {  
  55.             lastProcessedZxid = rc.zxid;  
  56.         }  
  57.   
  58.         ......  
  59.         return rc;  
  60.     }  

以上就完成了server的数据恢复过程,LSM的精华所在。

接下来server启动sessionTracker线程和请求处理链

 

Java代码  收藏代码
  1. protected void setupRequestProcessors() {  
  2.        RequestProcessor finalProcessor = new FinalRequestProcessor(this);  
  3.        RequestProcessor syncProcessor = new SyncRequestProcessor(this,  
  4.                finalProcessor);  
  5.        ((SyncRequestProcessor)syncProcessor).start();  
  6.        firstProcessor = new PrepRequestProcessor(this, syncProcessor);  
  7.        ((PrepRequestProcessor)firstProcessor).start();  
  8.    }  

 核心IO线程


Java代码  收藏代码
  1. public void run() {  
  2.         while (!ss.socket().isClosed()) {  
  3.             try {  
  4.         //select过程  
  5.                 selector.select(1000);  
  6.                 Set<SelectionKey> selected;  
  7.                 synchronized (this) {  
  8.                     selected = selector.selectedKeys();  
  9.                 }  
  10.                 ArrayList<SelectionKey> selectedList = new ArrayList<SelectionKey>(  
  11.                         selected);  
  12.         //打乱顺序  
  13.                 Collections.shuffle(selectedList);  
  14.                 for (SelectionKey k : selectedList) {  
  15.             //新连接进来,accept之  
  16.                     if ((k.readyOps() & SelectionKey.OP_ACCEPT) != 0) {  
  17.                         SocketChannel sc = ((ServerSocketChannel) k  
  18.                                 .channel()).accept();  
  19.                         InetAddress ia = sc.socket().getInetAddress();  
  20.                         int cnxncount = getClientCnxnCount(ia);  
  21.             //校验同个client连接数是否超过限制  
  22.                         if (maxClientCnxns > 0 && cnxncount >= maxClientCnxns){  
  23.                             LOG.warn("Too many connections from " + ia  
  24.                                      + " - max is " + maxClientCnxns );  
  25.                             sc.close();  
  26.                         } else {  
  27.                             LOG.info("Accepted socket connection from "  
  28.                                      + sc.socket().getRemoteSocketAddress());  
  29.                 //异步模式  
  30.                             sc.configureBlocking(false);  
  31.                 //监听read事件  
  32.                             SelectionKey sk = sc.register(selector,  
  33.                                     SelectionKey.OP_READ);  
  34.                 //创建内部连接  
  35.                             NIOServerCnxn cnxn = createConnection(sc, sk);  
  36.                             sk.attach(cnxn);  
  37.                 //添加到连接表,方便后续统计  
  38.                             addCnxn(cnxn);  
  39.                         }  
  40.                     }   
  41.             //如果是read和write事件,则处理之  
  42.             else if ((k.readyOps() & (SelectionKey.OP_READ | SelectionKey.OP_WRITE)) != 0) {  
  43.                         NIOServerCnxn c = (NIOServerCnxn) k.attachment();  
  44.                         c.doIO(k);  
  45.                     } else {  
  46.                         if (LOG.isDebugEnabled()) {  
  47.                             LOG.debug("Unexpected ops in select "  
  48.                                       + k.readyOps());  
  49.                         }  
  50.                     }  
  51.                 }  
  52.         //准备下次IO  
  53.                 selected.clear();  
  54.             } catch (RuntimeException e) {  
  55.                 LOG.warn("Ignoring unexpected runtime exception", e);  
  56.             } catch (Exception e) {  
  57.                 LOG.warn("Ignoring exception", e);  
  58.             }  
  59.         }  
  60.         closeAll();  
  61.         LOG.info("NIOServerCnxn factory exited run method");  
  62.     }  

  具体io处理过程,将在后续结合实例来讲解。

至此server启动完成,就等待client去连接了。server启动核心功能就是从snapshot和log文件中恢复datatree,其核心就是zxid,典型的LSM应用。

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