【Linux运维】kafka集群部署和使用

2022-07-28 00:00:00 数据 集群 事务 查看 写入

kafka的基础架构

| kafka介绍

Apache Kafka是一个开放源代码的分布式事件流平台，成千上万的公司使用它来实现高性能数据管道，流分析，数据集成和关键任务应用程序


kafka是一个分布式的基于发布/订阅模式的消息队列(Message Queue)，主要应用于日志分析，大数据实时处理领域


| kafka基础架构概述


有关kakfa相关的术语如下所示：


kafka的架构图如下所示：

kafka高效读写数据的底层原理

| 顺序写磁盘


kafka的producer生产数据，将数据顺序写入磁盘,从而优化的磁盘的写入效率


官方有数据表明，同样的写能到600M/s，而随机写只有100K/s。这与磁盘的机械结构有关，顺序写之所以快，是因为节省去了大量磁头寻址时间


| 零拷贝技术


如下图所示，DMA的英文拼写是"Direct Memory Access"，汉语的意思就是直接内存访问，是一种不经过CPU而直接从内存存取数据的数据交换模式


温馨提示：


  1. JDK NIO零拷贝实现分为两种方案，即mmap和sendFile

  • 1>.mmap比较适合小文件读写，对文件大小有限制，一般在1.5GB~2.0GB之间;

  • 2>.sendFile比较适合大文件传输，可以利用DMA方式，减少CPU拷贝;

  • 下图中的万兆网卡我指的是服务器的硬件网卡，但也有人喜欢使用专业术语Network Interface Controller(简称"NIC")来进行说明

    •  

     

    | 异步刷盘


    kafka并不会将数据直接写入到磁盘，而是写入OS的cache，而后由OS实现数据的写入


    这样做的好处就是减少kafka源代码更多关于兼容各种厂商类型的磁盘驱动，而是交给更擅长和硬件打交道的操作系统来完成和磁盘的交互


    不得不说异步刷盘的确提高了效率，但也意味着带来了数据丢失的风险，假设数据已经写入到OS的cache page，但数据并未落盘之前服务器断电，很可能会导致数据的丢失


    | 分布式集群


    我们知道topic可以被划分多个partition，而partition可以分布在kafka集群的各个broker实例上


    分布式充分利用了各个broker节点的性能，包括但不限于CPU，内存，磁盘，网卡等

    kafka事务

    | kafka事务概述


    kafka从0.11版本开始引入了事务支持


    事务可以保证kafka在Exactly Once语义的基础上，生产和消费可以跨分区的会话，要么全部成功，要么全部失败


    | producer事务


    为了实现跨分区跨会话的事务，需要引入一个全局的Transaction ID，并将Producer获得的PID和Transaction ID绑定。这样当Producer重启后就可以通过正在进行的Transaction ID获得原来的PID


    为了管理Transaction，Kafka引入了新的组件Transaction Coordinator。Producer就是通过和Transaction Coordinator交互获得Transaction ID对应的任务状态


    Transaction Coordinator还负责所有写入kafka的内部Topic，这样即使整个服务重启，由于事务状态得到保存，进行中的事务状态可以的得到恢复，从而继续进行

     

    | Consumer事务


    上述事务机制主要从Producer方面考虑，对于Consumer而言，事务的保证就会相对较弱，尤其是无法保证Commit的信息被消费


    这是由于Consumer可以通过offset访问任意信息，而且不同的Segment File生命周期不同，同一事物的消费可能会出现重启后被删除的情况


    部署单机版的kafka环境

    | 下载Kafka软件并解压到指定目录



    wget https://archive.apache.org/dist/kafka/3.1.1/kafka_2.12-3.1.1.tgz
    tar xf kafka_2.12-3.1.1.tgz -C /oldboyedu/softwares/

    | 创建符号连接并配置环境变量




    ln -sv /oldboyedu/softwares/kafka_2.12-3.1.1 kafka

    # 配置环境变量
    cat >/etc/profile.d/kafka.sh<<EOF
    #!/bin/bash

    KAFKA_HOME="/oldboyedu/softwares/kafka"
    PATH=\$PATH:\$KAFKA_HOME/bin
    EOF

    # 变量生效
    source /etc/profile.d/kafka.sh


    | kafka的配置文件简介


    查看kafka的配置文件目录



    ls -l /oldboyedu/softwares/kafka/config/

     

    查看broker默认的配置文件



    # egrep -v "^#|^$" /oldboyedu/softwares/kafka/config/server.properties
    broker.id=0
    num.network.threads=3
    num.io.threads=8
    socket.send.buffer.bytes=102400
    socket.receive.buffer.bytes=102400
    socket.request.max.bytes=104857600
    log.dirs=/tmp/kafka-logs
    num.partitions=1
    num.recovery.threads.per.data.dir=1
    offsets.topic.replication.factor=1
    transaction.state.log.replication.factor=1
    transaction.state.log.min.isr=1
    log.retention.hours=168
    log.segment.bytes=1073741824
    log.retention.check.interval.ms=300000
    zookeeper.connect=localhost:2181
    zookeeper.connection.timeout.ms=18000
    group.initial.rebalance.delay.ms=0


    核心基础配置如下：


    • broker.id

    • log.dirs

    • zookeeper.connect



    | 修改kafka101实例的配置文件



    # grep ^[a-Z] /oldboyedu/softwares/kafka/config/server.properties
    broker.id=101
    ...
    log.dirs=/oldboyedu/data/kafka
    ...
    zookeeper.connect=10.0.0.101:2181,10.0.0.102:2181,10.0.0.103:2181
    ...


    温馨提示：


    只需修改上述3个参数即可


    | 修改broker的堆内存大小



    # grep KAFKA_HEAP_OPTS /oldboyedu/softwares/kafka/bin/kafka-server-start.sh
    ...

    if [ "x$KAFKA_HEAP_OPTS" = "x" ]; then
       # export KAFKA_HEAP_OPTS="-Xmx1G -Xms1G"
       export KAFKA_HEAP_OPTS="-Xmx256M -Xms256M"

    ...

    | 启动kafka集群



    kafka-server-start.sh -daemon $KAFKA_HOME/config/server.properties
    ss -ntl | grep 9092


    | 查看zookeeper中有关kafka的信息


    使用 zkWeb 服务通过web页面查看zookeeper，并添加zookeeper服务器配置



    查看当前zookeeper服务器中的kafka节点


    部署集群版的kafka

    | 将kafka部署在其他服务器上



    # 发送kafka到其它服务器上
    scp -rp /oldboyedu/softwares/kafka root@10.0.0.102:/oldboyedu/softwares/
    scp -rp /oldboyedu/softwares/kafka root@10.0.0.103:/oldboyedu/softwares/

    # 发送kafka环境变量文件到其它服务器上
    scp -rp /etc/profile.d/kafka.sh root@10.0.0.102:/etc/profile.d/kafka.sh
    scp -rp /etc/profile.d/kafka.sh root@10.0.0.103:/etc/profile.d/kafka.sh


    | 修改相应节点的配置文件



    在102节点上
    # grep ^broker /oldboyedu/softwares/kafka/config/server.properties
    broker.id=102

    在103节点上
    # grep ^broker /oldboyedu/softwares/kafka/config/server.properties
    broker.id=103

     

    | 编写kafka集群管理脚本



    # 安装ansible
    yum -y install ansible

    # 配置ansible
    cat >/etc/ansible/hosts<<EOF
    [kafka]
    10.0.0.101
    10.0.0.102
    10.0.0.103
    EOF

    # 编写启动脚本
    cat >/oldboyedu/softwares/kafka/bin/manager-kafka.sh<<EOF
    #!/bin/bash

    #判断用户是否传参
    if [ \$# -ne 1 ];then
       echo "参数，用法为: \$0 {start|stop}"
       exit
    fi

    #获取用户输入的命令
    cmd=\$1

    for (( i=101 ; i<=103 ; i++ )) ; do
      tput setaf 2
       echo "****** zk\${i}.oldboyedu.com ---> [`basename \$0`: \$cmd ] ******"
      tput setaf 9
      case \$cmd in
           start)
               ssh zk\${i}.oldboyedu.com  "source /etc/profile.d/kafka.sh; kafka-server-start.sh -daemon /oldboyedu/softwares/kafka/config/server.properties"
    echo zk\${i}.oldboyedu.com  "服务已启动"
              ;;
           stop)
               ssh zk\${i}.oldboyedu.com  "source /etc/profile.d/kafka.sh; kafka-server-stop.sh"
               echo zk\${i}.oldboyedu.com  "服务已停止"
              ;;
          status)
              ansible kafka -m shell -a 'jps'
               exit
              ;;
          *)
               echo "参数，用法为: $0 {start|stop|status}"
               exit
              ;;
        esac
    done
    EOF

    # 为脚本添加执行权限
    chmod +x /oldboyedu/softwares/kafka/bin/manager-kafka.sh

     

    | 启动kafka集群



    # 使用kafka启动脚本来启动kafka集群
    manager-kafka.sh status
    manager-kafka.sh start
    manager-kafka.sh status


    | 使用zkWeb工具查看kafka在zookeeper存储的数据信息



    相关znode功能说明如下:


    kafka集群topic管理

    | 查看现有的topic名称



    kafka-topics.sh --bootstrap-server 10.0.0.101:9092 --list


    温馨提示：


    1. 我们可以基于"--zookeeper"指令去zookeeper查询现有的topic信息；

    2. 我们也可以基于"--bootstrap-server"指令去kafka broker查询现有的topic信息，官方推荐使用"--bootstrap-server"的方式去管理topic

     

    | 创建topic



    # 创建topic
    # 注意，创建的副本数必须小于等于集群的数量！
    kafka-topics.sh --bootstrap-server 10.0.0.101:9092 --create --topic demo2022 --partitions 2  --replication-factor 3

    # 查看创建结果
    kafka-topics.sh --bootstrap-server 10.0.0.101:9092 --list

    温馨提示：




    | 查看某个topic的详细信息



    kafka-topics.sh --bootstrap-server 10.0.0.101:9092 --describe --topic demo2022


    温馨提示：


    如果不使用"--topic"指定topic的名称，则默认查看所有的topic信息哟



    | 修改topic的信息



    # 修改topic的信息
    kafka-topics.sh --bootstrap-server 10.0.0.101:9092 --alter --topic demo2022 --partitions 8

    # 查看topic的详细信息
    kafka-topics.sh --bootstrap-server 10.0.0.101:9092 --describe --topic demo2022

    # 将分区数设置为5会失败，因为分区数只能扩容，无法缩容!
    kafka-topics.sh --bootstrap-server 10.0.0.101:9092 --alter --topic demo2022 --partitions 5  


    | 删除topic



    kafka-topics.sh --bootstrap-server 10.0.0.101:9092 --delete --topic demo2022
    kafka-topics.sh --bootstrap-server 10.0.0.101:9092 --list

    kafka集群生产者管理

    | 创建一个生产者往topic写入数据



    kafka-console-producer.sh --topic myNginx --broker-list 10.0.0.101:9092


    温馨提示：


    生产者创建成功后，我们可以就手动自定义写入测试数据，而后开启一个消费者进行数据消费，如果能正常获取数据，则说明集群启动是正常运行的

    kafka集群消费者管理

    | 从头开始消费数据



    kafka-console-consumer.sh --topic myNginx --bootstrap-server 10.0.0.101:9092 --from-beginning


    温馨提示：

    我们可以不使用"--from-beginning"参数，则有可能生产者要比消费者先启动一段时间，而且也将数据写入到kafka集群中了，但如果我们不想要在消费者启动时之前的数据可以不加该参数，如果使用该参数则表示从头进行消费


    | 查看消费者组信息


    kafka-consumer-groups.sh --bootstrap-server 10.0.0.101:9092 --list

    总结

    在本教程中，我们通过一些示例学习了如何去部署kafka集群和对kafka的基础使用


    感谢您的阅读，由于文档整理较费时费力，难免会有疏漏和不妥当地方，敬请谅解


    原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/ds6CVT6b208py0TEDYhinA

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