|
|
# Введение
|
|
|
|
|
|
Крупномасштабным распределённым приложениям требуются различные формы синхронизации для достижения консенсуса о базовой информации окружения. Выделение примитивов синхронизации в API позволяет выделить ядро координации из логики приложения в отдельный сервис. Являясь частью критической инфраструктуры, к такому сервису предъявляются в первую очередь требования надёжности и доступности. Подобный дизайн делает разработку и поддержку распределённого приложения проще.
|
|
|
|
|
|
ZooKeeper является проектом с открытым исходным кодом, который предоставляет отказоустойчивый распределённый сервис хранения критичных для работы кластера данных. Хранимыми данными могут быть: конфигурационная информация, иерархическое пространство имён, url ссылки, идентификаторы задач и прочее. ZooKeeper, созданный для внутренних нужд компании Yahoo!”, в настоящее время стал использоваться такими открытыми технологиями, как: Apache HBase, HDFS, Apache Storm, Apache Kafka и др.
|
|
|
|
|
|
Сайт проекта http://zookeeper.apache.org/.
|
|
|
Статья: Hunt P. et al. ZooKeeper: Wait-free Coordination for Internet-scale Systems //USENIX annual technical conference. – 2010. – Т. 8. – №. 9.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
# Цель работы
|
|
|
|
|
|
- запустить ZooKeeper,
|
|
|
- изучить директорию с установкой ZooKeeper,
|
|
|
- запустить интерактивную сессию ZooKeeper CLI и освоить её команды,
|
|
|
- научиться проводить мониторинг ZooKeeper,
|
|
|
- разработать приложение с барьерной синхронизацией, основанной на ZooKeeper,
|
|
|
- запустить и проверить работу приложения.
|
|
|
|
|
|
Данная лабораторная может выполняться на виртуальной машине создаваемой по Vagrant конфигурации в приложении А или с ZooKeeper, установленным в Windows.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
# Изучение ZooKeeper
|
|
|
## Установка
|
|
|
|
|
|
Данный шаг может быть пропущен, если вы будете работать с Vagrant.
|
|
|
|
|
|
Перейдите на страницу Download на официальном сайте https://zookeeper.apache.org/ и скачайте последнюю стабильную версию (на момент написания 3.4.14).
|
|
|
|
|
|
Архив содержит скрипты как для Windows, так и для Unix операционных систем. Необходимым условием для работы Zookeeper является наличие в системе Java Runtime Environment.
|
|
|
|
|
|
Распакуйте архив в директорию `С:\Temp` в Windows. Если вы используете Unix систему, распакуйте и переместите содержимое архива в `/opt`. Набор команд, устанавливающих ZooKeeper в CentOS 7, вы можете найти в Vagrantfile из приложения А.
|
|
|
|
|
|
Перед первым запуском переименуйте файл `zoo_sample.cfg` в директории `conf` в `zoo.cfg`. Файл `zoo.cfg`, который на данный момент содержит базовые настройки, используется для конфигурации сервера.
|
|
|
|
|
|
*Примечание.* В Windows системе в `Панель управления\Система и безопасность\Система -> Дополнительные параметры системы -> Переменные среды` можно установить `JAVA_HOME`, если она не была сконфигурирована вами или администратором после установки Java в систему.
|
|
|
|
|
|
## Запуск
|
|
|
### Windows
|
|
|
В Windows запустите сервер двойным кликом по скрипту `zkServer.cmd` в папке `./bin/` или из терминала, набрав:
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
zkServer.cmd
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
### Linux
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
zkServer.sh
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Проверьте, что zookeeper работает
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
systemctl status zookeeper
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
## Изучение директории установки ZooKeeper
|
|
|
|
|
|
Перейдите в директорию установки ZooKeeper.
|
|
|
|
|
|
Изучите содержимое директории.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В директории находятся следующие папки:
|
|
|
|
|
|
- bin с исполняемыми файлами для запуска, остановки и взаимодействия с ZooKeeper,
|
|
|
- conf с конфигурационными файлами,
|
|
|
- contrib с инструментами для интеграции ZooKeeper в другие системы: rest, fuse, perl и python библиотеки,
|
|
|
- dist-maven артефакты Maven,
|
|
|
- docs в которой хранится документация,
|
|
|
- recipes различные рецепты, помогающие решать задачи с использованием ZooKeeper (выбор лидера, блокировки, очереди),
|
|
|
- src с исходным кодом и тестовыми скриптами.
|
|
|
|
|
|
## Взаимодействие с ZooKeeper через командный интерфейс CLI
|
|
|
|
|
|
Одним из способов взаимодействия с ZooKeeper является консольный интерфейс ZooKeeper CLI. В реальных задачах вы скорее всего будете использовать ZooKeeper клиентскую библиотеку, однако взаимодействие через CLI является прекрасной возможностью изучить систему и также полезно для ряда задач.
|
|
|
|
|
|
Прежде всего нам понадобится перейти в папку bin директории установки ZooKeeper.
|
|
|
|
|
|
Для запуска интерактивной сессии ZooKeeper CLI используйте скрипт zkCli с расширением в зависимости от той среды, в который вы его запускаете (sh - unix, cmd - windows).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Следующая команда устанавливает подключение к ZooKeeper CLI сессии:
|
|
|
```
|
|
|
./zkCli.sh -server 127.0.0.1:2181
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*Примечание.* При запуске zkCli.sh без параметров по умолчанию подключение производится к localhost:2181, поэтому явно указанные выше параметры вы можете опустить.
|
|
|
|
|
|
Подключение установлено. Для вывода всех возможных команд наберите help.
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 0] help
|
|
|
ZooKeeper -server host:port -client-configuration properties-file cmd args
|
|
|
addWatch [-m mode] path # optional mode is one of [PERSISTENT, PERSISTENT_RECURSIVE] - default is PERSISTENT_RECURSIVE
|
|
|
addauth scheme auth
|
|
|
close
|
|
|
config [-c] [-w] [-s]
|
|
|
connect host:port
|
|
|
create [-s] [-e] [-c] [-t ttl] path [data] [acl]
|
|
|
delete [-v version] path
|
|
|
deleteall path [-b batch size]
|
|
|
delquota [-n|-b|-N|-B] path
|
|
|
get [-s] [-w] path
|
|
|
getAcl [-s] path
|
|
|
getAllChildrenNumber path
|
|
|
getEphemerals path
|
|
|
history
|
|
|
listquota path
|
|
|
ls [-s] [-w] [-R] path
|
|
|
printwatches on|off
|
|
|
quit
|
|
|
reconfig [-s] [-v version] [[-file path] | [-members serverID=host:port1:port2;port3[,...]*]] | [-add serverId=host:port1:port2;port3[,...]]* [-remove serverId[,...]*]
|
|
|
redo cmdno
|
|
|
removewatches path [-c|-d|-a] [-l]
|
|
|
set [-s] [-v version] path data
|
|
|
setAcl [-s] [-v version] [-R] path acl
|
|
|
setquota -n|-b|-N|-B val path
|
|
|
stat [-w] path
|
|
|
sync path
|
|
|
version
|
|
|
whoami
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Выйти из консоли вы можете с помощью команды quit или отправив EOF символ сочетанием Ctrl+D.
|
|
|
|
|
|
Далее последует изучение возможностей CLI интерфейса. Вы научитесь добавлять и удалять разные типы узлов znode, считывать и записывать данные в znode из CLI, разбираться в управлении конфигурациями на базовых примерах.
|
|
|
|
|
|
Находясь в консоли CLI введите команду `ls /`.
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] ls /
|
|
|
[zookeeper]
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
В результе вы должны получить список узлов в корне иерархической структуры данных ZooKeeper. В данном случае выводится один узел. Аналогично вы можете изучать некорневые узлы. Выведите список дочерних узлов `/zookeeper`.
|
|
|
|
|
|
*Примечание.* Используйте автоматическое дополнение при наборе, срабатываемое по нажатию клавиши TAB.
|
|
|
|
|
|
Теперь в корне создайте свой узел `/mynode` с данными "first_version" следующей командой:
|
|
|
```
|
|
|
create /mynode 'first_version'
|
|
|
```
|
|
|
Проверьте, что в корне появился новый узел.
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] ls /
|
|
|
[mynode, zookeeper]
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Следующие команды возвращают данные и метаданные узла:
|
|
|
```
|
|
|
get /mynode
|
|
|
stat /mynode
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 10] get /mynode
|
|
|
first_version
|
|
|
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 13] stat /mynode
|
|
|
cZxid = 0x2
|
|
|
ctime = Wed Sep 01 10:51:29 SAMT 2021
|
|
|
mZxid = 0x2
|
|
|
mtime = Wed Sep 01 10:51:29 SAMT 2021
|
|
|
pZxid = 0x2
|
|
|
cversion = 0
|
|
|
dataVersion = 0
|
|
|
aclVersion = 0
|
|
|
ephemeralOwner = 0x0
|
|
|
dataLength = 13
|
|
|
numChildren = 0
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Изучим структуру, хранимую в узле
|
|
|
|
|
|
|Поле | Описание |
|
|
|
| ----| ----|
|
|
|
|'first_version'| Хранимые данные|
|
|
|
|cZxid| Номер транзакции создания узла в системе|
|
|
|
|ctime| Время создания узла|
|
|
|
|mZxid| Номер транзакции модификации узла|
|
|
|
|mtime| Время модификации узла|
|
|
|
|pZxid| Номер транзакции модификации дочерних узлов|
|
|
|
|cversion| Количество изменений дочерних узлов|
|
|
|
|dataVersion| Количество изменений данных узла|
|
|
|
|aclVersion| Количество изменений прав доступа к данному узлу|
|
|
|
|ephemeralOwner| Идентификатор сессии владельца узла, если узел эфимерный. Иначе значение равно нулю.|
|
|
|
|dataLength| Размер данных|
|
|
|
|numChildren| Количество дочерних узлов|
|
|
|
|
|
|
Измените данные узла на "second_version":
|
|
|
```
|
|
|
set /mynode 'second_version'
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 15] get /mynode
|
|
|
second_version
|
|
|
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 16] stat /mynode
|
|
|
cZxid = 0x2
|
|
|
ctime = Wed Sep 01 10:51:29 SAMT 2021
|
|
|
mZxid = 0x3
|
|
|
mtime = Wed Sep 01 10:56:11 SAMT 2021
|
|
|
pZxid = 0x2
|
|
|
cversion = 0
|
|
|
dataVersion = 1
|
|
|
aclVersion = 0
|
|
|
ephemeralOwner = 0x0
|
|
|
dataLength = 14
|
|
|
numChildren = 0
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
В качестве результата мы получим обновлённые метаданные узла. Обратите внимание на те значения, которые изменились.
|
|
|
|
|
|
Изменилась дата модификации `mtime` и значение поля `dataVersion` стало больше на единицу, так как мы провели одно изменение. Также изменился размер данных.
|
|
|
|
|
|
Теперь создайте два нумерованных (sequential) узла в качестве дочерних mynode:
|
|
|
```
|
|
|
create -s /mynode/child 'im_sequential'
|
|
|
create -s /mynode/child 'me_too'
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 17] create -s /mynode/child 'im_sequential'
|
|
|
Created /mynode/child0000000000
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 18] create -s /mynode/child 'me_too'
|
|
|
Created /mynode/child0000000001
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Передав дополнительно флаг -s, мы указали, что создаваемый узел нумерованный. Этот способ позволяет создавать узлы с уникальными именами, по которым можно узнать порядок поступления запросов на сервер.
|
|
|
|
|
|
*Пример.* Принадлежность клиентов к группе
|
|
|
|
|
|
Несмотря на то, что ZooKeeper используется, как правило, из программного кода, мы можем эмулировать простой сценарий мониторинга принадлежности клиентов к группе в CLI.
|
|
|
|
|
|
В данном примере в корне zookeeper файловой системы будет создан узел под именем mygroup. Затем несколько сессий CLI будут эмулировать клиентов, добавляющих себя в эту группу. Клиент будет добавлять эфимерный узел в mygroup иерархию. При закрытии сессии узел автоматически будет удаляться.
|
|
|
|
|
|
*Примечание.* При использовании Vagrant управляемой виртуальной машины из VisualCode создайте несколько терминалов и установите ssh соединение в каждом командой `vagrant ssh`.
|
|
|
|
|
|
Этот сценарий может применяться для реализации сервиса разрешения имён (DNS) узлов кластера. Каждый узел регистрирует себя под своим именем и сохраняет свой url или ip адрес. Узлы, которые временно недоступны или аварийно завершили работу, в списке отсутствуют. Таким образом директория хранит актуальный список работающих узлов с их адресами.
|
|
|
|
|
|
Внутри CLI сессии, создайте узел mygroup.
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
create /mygroup 'top_node'
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Откройте две новых CLI консоли и в каждой создайте по дочернему узлу в mygroup:
|
|
|
|
|
|
*Примечание.* Удобный способ открыть CLI консоль в windows `Shift + Правая кнопка мыши -> Открыть окно PowerShell здесь` в директории zookeeper, затем выполнить `bin/zkCli.cmd`.
|
|
|
|
|
|
Консоль 1 - grue.
|
|
|
```
|
|
|
create -e /mygroup/grue 'iam_grue'
|
|
|
```
|
|
|
Консоль 2 - bleen.
|
|
|
```
|
|
|
create -e /mygroup/bleen 'iam_bleen'
|
|
|
```
|
|
|
Эфимерный тип узла задаётся ключом `-e`.
|
|
|
|
|
|
Проверьте в исходной консоли, что grue и bleen являются членами группы mygroup.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Представим теперь, что одному из клиентов нужна информация о другом клиенте (к качестве клиентов могут выступать узлы кластера). Этот сценарий эмулируется получением информации командой `get`, которую мы уже запускали ранее. Выберите консоль grue и обратитесь к информации узла bleen.
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
get /mygroup/bleen
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Информацией, которая хранится в узле клиента может быть url адрес клиента, либо любая другая информация требуемая для работы распределённого приложения.
|
|
|
|
|
|
Теперь эмулируйте аварийное отключение любого клиента. Нажмите сочетание клавиш Ctrl+D в одной из консолей, создавшей эфимерный узел.
|
|
|
|
|
|
Проверьте, что соответствующий узел пропал из mygroup. Изменение списка дочерних узлов может произойти не сразу — от 2 до 20 `tickTime`, значение которого вы можете посмотреть в `zoo.cfg`.
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 53] ls /mygroup
|
|
|
[bleen, grue]
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 54] ls /mygroup
|
|
|
[bleen, grue]
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 55] ls /mygroup
|
|
|
[bleen, grue]
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 56] ls /mygroup
|
|
|
[bleen, grue]
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 57] ls /mygroup
|
|
|
[bleen, grue]
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 58] ls /mygroup
|
|
|
[bleen, grue]
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 59] ls /mygroup
|
|
|
[bleen, grue]
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 60] ls /mygroup
|
|
|
[bleen]
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 61]
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Таким образом клиенты могут получать информацию о появлении и отключении других клиентов.
|
|
|
|
|
|
В заключении удалите узел `/mygroup`.
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
delete /mygroup
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
### Пример управления конфигурацией распределённого приложения
|
|
|
|
|
|
Хранение конфигурационной информации в ZooKeeper одно из наиболее популярных приложений. Мы будем эмулировать данную концепцию также с помощью CLI.
|
|
|
|
|
|
Использование ZooKeeper для хранения конфигурационной информации имеет два преимущества. Первое состоит в том, что новые клиенты могут узнавать конфигурацию кластера и определять свою роль самостоятельно. Второе преимущество заключается в возможности подписки на обновление конфигурационных параметров. Это позволяет динамически реагировать на изменения в конфигурации во время выполнения, что необходимо в режиме работы 24/7.
|
|
|
|
|
|
Создадим в корне узел "myconfig" в задачу которого будет входить хранение конфигурации. В нашем случае узел будет хранить строку `'sheep_count=1'`.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Во всех случаях, когда конфигурационная информация нашего гипотетического распределённого приложения будет изменяться, мы будем обновлять znode строкой с новым значением. Другим клиентам распределённого приложения достаточно проверять хранимые в этом узле данные.
|
|
|
|
|
|
Откройте новую консоль и подключитесь к ZooKeeper. Данная консоль будет играть роль физического сервера, который ожидает получить оповещение в случае изменения конфигурационной информации, записанной в `/myconfig` znode.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Следующая команда устанавливает watch-триггер на узел:
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
get /myconfig -w true
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Вернитесь к первому терминалу и измените значение myconfig:
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
set /myconfig 'sheep_count=2'
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Во втором терминале должно появиться оповещение об изменении данных!
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 87]
|
|
|
WATCHER::
|
|
|
|
|
|
WatchedEvent state:SyncConnected type:NodeDataChanged path:/myconfig
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Триггер сбрасывается после одного срабатывания, а значит его придётся 'взводить' каждый раз заново. Как правило, в приложении, в логике обработчика события присутствует такая процедура.
|
|
|
|
|
|
Удалите узел `/myconfig`. Проверьте, что эта команда выполнилась.
|
|
|
|
|
|
Примеры приложений:
|
|
|
- Эфимерные узлы в сочетании возможностью быть нумерованными позволяют реализовать механизм аварийного переключения https://ru.wikipedia.org/wiki/Аварийное_переключение, производить выбор лидера, обеспечивать координацию доступа к ресурсам.
|
|
|
- Асинхронная передача и рассылка сообщений.
|
|
|
|
|
|
Другие примеры использования ZooKeeper https://zookeeper.apache.org/doc/r3.4.5/recipes.html.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
## Мониторинг ZooKeeper
|
|
|
|
|
|
ZooKeeper позволяет проводить мониторинг его состояния с использованием 4 буквенных команд: `conf`, `cons`, `stat` и других. Полный список команд доступен по адресу https://zookeeper.apache.org/doc/r3.7.0/zookeeperAdmin.html#sc_4lw .
|
|
|
|
|
|
**Примечание. С коммита https://github.com/apache/zookeeper/commit/5fe68506f217246c7ebd96803f9c78e13ec2f11a Zookeeper 4-буквенные команды отключены по умолчанию. Вы можете их включить при запуске сервера с параметром JVM `-Dzookeeper.4lw.commands.whitelist=*`.**
|
|
|
|
|
|
Команды можно отправлять на сервер из linux терминала с помощью утилит `echo` и `netcat`. Для некоторых linux систем `netcat` может быть вызван по сокращённому имени `nc`. Синтаксис команды:
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
echo <команда> | nc <имя или адрес хоста zookeeper> <порт>
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
В Windows вы можете установить подключение к zookeeper командой telnet
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
telnet <имя или адрес хоста zookeeper> <порт>
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Для следующей команды сервер должен прислать ответ "imok", если он функционирует и доступен:
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
echo ruok | nc localhost 2181
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Узнать версию zookeeper позволяет следующая команда:
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
echo stat | nc localhost 2181
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Следующая команда возвращает конфигурационные параметры ZooKeeper сервера:
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
echo conf | nc localhost 2181
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
|
После выполнения распечатываются следующие параметры:
|
|
|
- порт клиента (`clientPort`),
|
|
|
- путь к директории, где хранятся данные (`dataDir`),
|
|
|
- путь к директории, где хранятся логи сервера (`dataLogDir`),
|
|
|
- интервал часов, указанный миллисекундах (`tickTime`),
|
|
|
- максимальное количество подключений к серверу (`maxClientCnxns`),
|
|
|
- минимальный и максимальный таймаут сессии (`minSessionTimeout`, `maxSessionTimeout`),
|
|
|
- идентификатор сервера.
|
|
|
|
|
|
Вышеперечисленные параметры могут быть указана в конфигурационном файле в директории conf (полный путь `/opt/ibm/biginsights/zookeeper/conf/`).
|
|
|
|
|
|
Отправьте команду `cons` для получения списка подключений всех клиентов с детальной информацией о сессиях.
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
echo cons | nc localhost 2181
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Команды cons и conf дают детальную информацию. Для получения более общей информации используйте stat.
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
echo stat | nc localhost 2181
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В распределённом варианте работы ZooKeeper команду dump для вывода текущих сессий и связанных с ними эфимерных узлов следует выполнять на узле-лидере. В текущей лабораторной работе все данные будут связаны с локально выполняемыми клиентскими процессами.
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
echo dump | nc localhost 2181
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для того, чтобы посмотреть информацию о watch-триггерах используйте команду wchs:
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
echo wchs | nc localhost 2181
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Существуют и другие команды, найти которые вы можете в документации по администрированию ZooKeeper (Administrator's Guide).
|
|
|
|
|
|
На этом первая часть работы завершена.
|
|
|
|
|
|
# Разработка распределённого приложения
|
|
|
|
|
|
ZooKeeper поставляется с двумя клиентами для языков C и Java. В текущей лабораторной мы будем использовать Java API для реализации приложения с барьерной синхронизацией. Аналогия с животными и зоопарком позволит лучше понять концепты ZooKeeper.
|
|
|
|
|
|
Вы создадите зоопарк, который будет представлен корневым узлом `/zoo/`. Каждое животное, ваше приложение, будет входить в зоопарк, оно будет создавать дочерний эфимерный узел в зоопарке со своим именем. После того, как все животные будут в сборе, каждое начнёт бежать и остановится через определённый период времени. В конце приложения эфимерные узлы будут явно удалены.
|
|
|
|
|
|
## Настройка среды и проекта
|
|
|
|
|
|
Разработка распределённого приложения будет вестись на языке Scala в IDE IntelliJ Idea.
|
|
|
|
|
|
Создайте новый проект SBT аналогично тому, как это делалось в лабораторной работе 4. Дождитесь когда SBT инициализирует проект. Это может занять несколько минут.
|
|
|
|
|
|
Добавьте в качестве зависимости библиотеку ZooKeeper в `build.sbt` как `provided`. Определите версию ZooKeeper. Координаты библиотеки соответствующей версии вы можете найти в https://mvnrepository.com/.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*Примечание.* При указании zookeeper зависимости может потребоваться исключения из зависимостей: `com.sun.jdmk`, `com.sun.jmx`, `javax.jms`.
|
|
|
|
|
|
## Реализация логики приложения
|
|
|
|
|
|
Инициализируйте пакет `zoo` в папке `src/main/scala/`.
|
|
|
|
|
|
В пакете `zoo` создайте scala объект `Main` и поместите туда следующий код.
|
|
|
|
|
|
```scala
|
|
|
package zoo
|
|
|
|
|
|
object Main {
|
|
|
val sleepTime = 100
|
|
|
|
|
|
def main(args: Array[String]): Unit = {
|
|
|
println("Starting animal runner")
|
|
|
|
|
|
val Seq(animalName, hostPort, partySize) = args.toSeq
|
|
|
|
|
|
val animal = Animal(animalName, hostPort, "/zoo", partySize.toInt)
|
|
|
|
|
|
try {
|
|
|
|
|
|
} catch {
|
|
|
case e: Exception => println("Animal was not permitted to the zoo. " + e)
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Этот код объявляет главный класс с методом `main`. Программа ожидает в качестве аргументов список: имя животного, адрес и порт zookeeper, размер группы животных. Далее следует создание объекта `Animal` на основе параметров: имя животного, адрес и порт zookeeper, путь к корневому узлу для узлов животных, величина группы животных. В конце метода main располагается try/catch блок, в котором будет выполняться код взаимодействующий с ZooKeeper.
|
|
|
|
|
|
*Примечание.* Приём, с помощью которого присваиваются списку имён переменных соответствующие значения списка аргументов, называется "сопоставление по шаблону" (pattern matching).
|
|
|
|
|
|
Нашей следующей задачей будет реализация класса `Animal` и заполнение тела try блока.
|
|
|
|
|
|
В методе enter объект `Animal` должен связываться с ZooKeeper, создавать эфимерный узел с именем `animalName` и подписываться на обновления группы `/zoo`.
|
|
|
|
|
|
```scala
|
|
|
animal.enter()
|
|
|
println(s"${animal.name} entered.")
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Напишите цикл, в котором с интервалом sleepTime в миллисекундах печатается сообщение о работе процесса. Количество итераций может быть случайным.
|
|
|
|
|
|
```scala
|
|
|
for (i <- 1 to Random.nextInt(100)) {
|
|
|
Thread.sleep(sleepTime)
|
|
|
println(s"${animal.name} is running...")
|
|
|
}
|
|
|
|
|
|
animal.leave()
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Перейдём к реализации класса Animal. Для удобства обращения к полям класса будем использовать case class. Инициализация Animal заключается в установлении соединения с ZooKeeper, определении переменных mutex и animalPath.
|
|
|
|
|
|
```scala
|
|
|
package zoo
|
|
|
|
|
|
import org.apache.zookeeper._
|
|
|
|
|
|
case class Animal(name:String, hostPort:String, root:String, partySize:Integer) extends Watcher {
|
|
|
val zk = new ZooKeeper(hostPort, 3000, this)
|
|
|
val mutex = new Object()
|
|
|
val animalPath = root+"/"+name
|
|
|
|
|
|
if (zk == null) throw new Exception("ZK is NULL.")
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Для реакции на события от ZooKeeper класс должен реализовывать метод process интерфейса Watcher.
|
|
|
|
|
|
```scala
|
|
|
override def process(event: WatchedEvent): Unit = {
|
|
|
// код реакции на событие
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Так как обработка событий и проверка условия барьера выполняются в разных потоках нам понадобится выполнять код методов в синхронизованном блоке. Синхронизация в Scala похожа на Java и выполняется на объекте-мьютексе. Ниже приведён пример блока синхронизации.
|
|
|
|
|
|
```scala
|
|
|
mutex.synchronized {
|
|
|
// код
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Реализуем простую реакцию $-$ вывод на экран события.
|
|
|
|
|
|
```scala
|
|
|
override def process(event: WatchedEvent): Unit = {
|
|
|
mutex.synchronized {
|
|
|
println(s"Event from keeper: ${event.getType}")
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Далее перейдём к реализации метода enter.
|
|
|
|
|
|
```scala
|
|
|
def enter():Boolean = {
|
|
|
// код создания узла и ожидания у барьера
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
В начале метода создайте эфимерный узел.
|
|
|
|
|
|
```scala
|
|
|
zk.create(animalPath, Array.emptyByteArray, ZooDefs.Ids.OPEN_ACL_UNSAFE, CreateMode.EPHEMERAL)
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Затем в синхронизованном блоке в цикле напишите код, ожидающий появления в корневом узле `/zoo` всех животных.
|
|
|
|
|
|
```scala
|
|
|
mutex.synchronized {
|
|
|
while (true) {
|
|
|
val party = zk.getChildren(root, this)
|
|
|
if (party.size() < partySize) {
|
|
|
println("Waiting for the others.")
|
|
|
mutex.wait()
|
|
|
println("Noticed someone.")
|
|
|
} else {
|
|
|
return true
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
return false
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Реализуйте оставшийся метод, который вызывается в конце приложения и удаляет созданный в начале эфимерный узел с помощью метода `delete`.
|
|
|
|
|
|
## Проверка работоспособности приложения
|
|
|
|
|
|
Запустите несколько клиентов распределённого приложения и проверьте его работу.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
*Примечание.* Перед запуском создайте корневой узел животных `/zoo`, если он ещё не создан.
|
|
|
|
|
|
*Примечание.* Убедитесь, что библиотеки, которые используются проектом (zookeeper, log4j и другие) находятся в области видимости `CLASSPATH`. Окружения этапов компиляции, тестирования и исполнения как правило различны.
|
|
|
|
|
|
## Упражнения
|
|
|
|
|
|
С использованием Zookeeper сервиса:
|
|
|
|
|
|
1. Решите проблему обедающих философов (каждый философ - отдельный процесс в системе)
|
|
|
2. Реализуйте двуфазный коммит протокол для high-available регистра (каждый регистр - отдельный процесс в системе)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
# Приложение А. Инициализация виртуальной машины с помощью Vagrant
|
|
|
|
|
|
Для работы Vagrant необходим гипервизор Oracle VM VirtualBox. Для инициализации виртуальной машины поместите следующие файлы в пустую папку, находясь в ней откройте терминал и запустите команду `vagrant up`.
|
|
|
|
|
|
Vagrantfile
|
|
|
```Vagrantfile
|
|
|
# -*- mode: ruby -*-
|
|
|
# vi: set ft=ruby :
|
|
|
|
|
|
|
|
|
# All Vagrant configuration is done below. The "2" in Vagrant.configure
|
|
|
# configures the configuration version (we support older styles for
|
|
|
# backwards compatibility). Please don't change it unless you know what
|
|
|
# you're doing.
|
|
|
Vagrant.configure("2") do |config|
|
|
|
# The most common configuration options are documented and commented below.
|
|
|
# For a complete reference, please see the online documentation at
|
|
|
# https://docs.vagrantup.com.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
# Every Vagrant development environment requires a box. You can search for
|
|
|
# boxes at https://vagrantcloud.com/search.
|
|
|
config.vm.box = "centos/7"
|
|
|
# config.vm.provider "virtualbox" do |vb|
|
|
|
# # Display the VirtualBox GUI when booting the machine
|
|
|
# vb.gui = true
|
|
|
#
|
|
|
# # Customize the amount of memory on the VM:
|
|
|
# vb.memory = "1024"
|
|
|
# end
|
|
|
#
|
|
|
# View the documentation for the provider you are using for more
|
|
|
# information on available options.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
# Enable provisioning with a shell script. Additional provisioners such as
|
|
|
# Puppet, Chef, Ansible, Salt, and Docker are also available. Please see the
|
|
|
# documentation for more information about their specific syntax and use.
|
|
|
config.vm.provision "file", source: "zookeeper.service", destination: "zookeeper.service"
|
|
|
config.vm.provision "shell", inline: <<-SHELL
|
|
|
yum install nc -y
|
|
|
yum install java-11-openjdk -y
|
|
|
yum install wget -y
|
|
|
wget http://apache-mirror.rbc.ru/pub/apache/zookeeper/zookeeper-3.4.14/zookeeper-3.4.14.tar.gz
|
|
|
tar zxf zookeeper-3.4.14.tar.gz
|
|
|
mv zookeeper-3.4.14 /opt/
|
|
|
cp /opt/zookeeper-3.4.14/conf/zoo_sample.cfg /opt/zookeeper-3.4.14/conf/zoo.cfg
|
|
|
mv zookeeper.service /etc/systemd/system/zookeeper.service
|
|
|
chmod 664 /etc/systemd/system/zookeeper.service
|
|
|
systemctl start zookeeper
|
|
|
SHELL
|
|
|
end
|
|
|
|
|
|
zookeeper.service
|
|
|
|
|
|
[Unit]
|
|
|
Description=Zookeeper
|
|
|
After=syslog.target
|
|
|
|
|
|
[Service]
|
|
|
SyslogIdentifier=zookeeper
|
|
|
TimeoutStartSec=10min
|
|
|
Type=forking
|
|
|
ExecStart=/opt/zookeeper-3.4.14/bin/zkServer.sh start
|
|
|
ExecStop=/opt/zookeeper-3.4.14/bin/zkServer.sh stop
|
|
|
|
|
|
[Install]
|
|
|
WantedBy=multi-user.target
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
# Дополнительные ссылки
|
|
|
|
|
|
1. https://www.youtube.com/c/DistributedSystemsCourse
|
|
|
2. https://www.youtube.com/c/lindseykuperwithasharpie
|
|
|
3. https://lamport.azurewebsites.net/video/videos.html (recent talk: https://www.youtube.com/watch?v=Ocxczi-CvRQ)
|
|
|
4. https://hydraconf.com/ (free talks: https://www.youtube.com/channel/UCcwI0q9tsGZYZDvz5mLsXZA)
|
|
|
5. Lynch, Nancy A. Distributed Algorithms. 1996. https://dl.acm.org/doi/book/10.5555/2821576
|
|
|
6. Martin Kleppmann. Designing Data-Intensive Applications: The Big Ideas Behind Reliable, Scalable, and Maintainable Systems
|
|
|
7. Alex Petrov. Database Internals: A Deep Dive Into How Distributed Data Systems Work.
|