【运维】Kafka高可用： KRaft（不依赖zookeeper）集群搭建

本文主要介绍了

• kafka raft集群架构：
  与旧架构的不同点，有哪些优势，哪些问题
  架构成员有哪些，怎么规划。
• 三节点集群安装、启动与测试

一. kafka kraft 集群介绍

1. KRaft架构

在旧的架构中

Kafka集群包含多个broker节点和一个ZooKeeper 集群。如上图集群结构：4个broker节点和3个ZooKeeper节点。Kafka 集群的controller在被选中后，会从 ZooKeeper 中加载它的状态。选举controller的过程是由zookeeper自动完成的。

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在新的架构中

三个 controller 节点替代三个ZooKeeper节点。 controller节点和 broker 节点运行在不同的进程中。这些controller 节点中会选择一个成为Leader。新的架构中，controller不会向 broker 推送更新，而是 broker 从 controller Leader 拉取元数据的更新信息。

尽管 controller 进程在逻辑上与 broker 进程是分离的，但它们不需要在物理上分离。即在某些情况下，部分或所有 controller 进程和 broker 进程是可以是同一个进程，即一个broker节点即是broker也是controller。

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2. Controller 服务器

在KRaft模式下，通过指定某些服务器作为控制器，在Server.properties的Process.roles 参数里面配置。

不像基于ZooKeeper的模式，（zk去做的事情，我们手动配置不了）任何服务器都可以成为控制器。这带来了一个非常优秀的好处，即如果我们认为 controller 节点的负载会比其他只当做broker节点高，那么可以为 controller 节点使用高配的机器。这就解决了在1.0, 2.0架构中， controller 节点会比其他节点负载高，却无法控制哪些节点能成为 controller 节点的问题。

被（手动配置）选中的 controller 节点将参与元数据集群的选举。对于当前的 controller 节点，每个控制器服务器要么是Active的，要么是Standby的。

用户通常会选择3或5台(奇数台)服务器成为 controller 节点，3和5的个数问题和Raft的原理一样，少数服从多数。

就像使用ZooKeeper一样，为了保持可用性，你必须让大部分 controller 保持active状态。如果你有3个controller，你可以容忍1个故障；在5个控制器中，您可以容忍2个故障。

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3. Process Roles

在KRaft模式下，每个Kafka服务器都有一个新的配置项，叫做process.roles, 这个参数可以有以下值:

• 如果process.roles = broker, 服务器在KRaft模式中充当 broker。
• 如果process.roles = controller, 服务器在KRaft模式下充当 controller。
• 如果process.roles = broker,controller，服务器在KRaft模式中同时充当 broker 和controller。

注意：如果process.roles 没有设置。那么集群就假定是运行在ZooKeeper模式下。

对于简单的场景，组合节点更容易运行和部署，可以避免多进程运行时，JVM带来的相关的固定内存开销。但controller将较少地与系统的其余部分隔离。例如，如果代理上的活动导致内存不足，controller也会受到例如OOM的影响。

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4. Quorum Voters

系统中的所有节点都必须设置 controller.quorum.voters 配置。用于配置所有想成为controller的节点。

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如果你有10个broker和 3个controller1，分别命名为controller1、controller2、controller3，你可能在 controller1上有以下配置:

process.roles=controller
node.id=1
listeners=CONTROLLER://controller1.example.com:9093
controller.quorum.voters=1@controller1.com:9093,2@controller2.com:9093,3@controller3.com:9093

controller.quorum.voters配置格式说明：nodeid1@controller-node1:9093,nodeid2@controller-node2:9093,nodeid3@controller-node3:9093

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如果你只有三个节点，每个节点都是controller，broker角色，那么每个节点都这样配置

process.roles=broker,controller
listeners=CONTROLLER://controller1.example.com:9093
controller.quorum.voters=1@controller1.com:9093,2@controller2.com:9093,3@controller3.com:9093

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二. 集群安装

进行三个节点的安装，如下规划：

节点	node.id	角色
node1	1	controller,broker
node2	2	controller,broker
node3	3	controller,broker

1. 安装

kafka下载: https://kafka.apache.org/downloads
解压

tar -zxvf kafka_2.13-3.0.0.tgz

1.1. 配置

在node1中配置：server.properties

在{KAFKA_HOME}/config/kraft/server.properties

############################# Server Basics #############################

java.home=/opt/jvm/java

# The role of this server. Setting this puts us in KRaft mode
process.roles=broker,controller

# The node id associated with this instance's roles
node.id={{broker_id}}

# The connect string for the controller quorum
# 每个节点配置都一样：格式：{{broker_id_1}}@{{hostname1}}:9093,{{broker_id_2}}@{{hostname2}}:9093,{{broker_id_3}}@{{hostname3}}:9093
controller.quorum.voters={{voters}}


############################# Log Basics #############################

# A comma separated list of directories under which to store log files
# 数据存储目录
log.dirs=/opt/kafka3.5.0/logs

配置node2、node3，其余两个节点配置除了node.id不同，其他配置都相同。node.id配置如上节点规划。

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1.2. 格式化

生成集群 ID

整个集群唯一的ID标志

$ ./bin/kafka-storage.sh random-uuid
qGuAL6YzRyWQdzt4cQTZgA

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格式化存储目录

使用上面生成集群 uuid, 在三个节点上都执行格式化存储目录命令：

$ ./bin/kafka-storage.sh format \
-t xtzWWN4bTjitpL3kfd9s5g \
-c ./config/kraft/server.properties

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2. 启动测试

2.1. 启功节点服务

在每个节点上执行

$ ./bin/kafka-server-start.sh ./config/kraft/server.properties

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2.2. 测试

# 创建topic
$ bin/kafka-topics.sh --create \
--topic quickstart-events \
--bootstrap-server localhost:9092


# 查看topic信息
$ bin/kafka-topics.sh --describe \
--topic quickstart-events \
--bootstrap-server localhost:9092

Topic: quickstart-events        TopicId: NPmZHyhbR9y00wMglMH2sg PartitionCount: 1       ReplicationFactor: 1	Configs:
    Topic: quickstart-events Partition: 0    Leader: 0   Replicas: 0 Isr: 0


# 生产消息
$ bin/kafka-console-producer.sh \
--topic quickstart-events  \
--bootstrap-server localhost:9092

This is my first event
This is my second event


#消费数据
$ bin/kafka-console-consumer.sh \
--topic quickstart-events \
--from-beginning --bootstrap-server localhost:9092

This is my first event
This is my second event

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