consul高可用集群

consul高可用集群架构图: 

此图是官网提供的一个事例系统图，图中的Server是consul服务端高可用集群，Client是consul客户端。consul客户端不保存数据，客户端将接收到的请求转发给响应的Server端。Server之间通过局域网或广域网通信实现数据一致性。每个Server或Client都是一个consul agent。Consul集群间使用了GOSSIP协议通信和raft一致性算法。上面这张图涉及到了很多术语：

　　Agent——agent是一直运行在Consul集群中每个成员上的守护进程。通过运行 consul agent来启动。agent可以运行在client或者server模式。指定节点作为client或者server是非常简单的，除非有其他agent实例。所有的agent都能运行DNS或者HTTP接口，并负责运行时检查和保持服务同步。

　　Client——一个Client是一个转发所有RPC到server的代理。这个client是相对无状态的。client唯一执行的后台活动是加入LANgossip池。这有一个最低的资源开销并且仅消耗少量的网络带宽。

　　Server——一个server是一个有一组扩展功能的代理，这些功能包括参与Raft选举，维护集群状态，响应RPC查询，与其他数据中心交互WANgossip和转发查询给leader或者远程数据中心。

　　DataCenter——虽然数据中心的定义是显而易见的，但是有一些细微的细节必须考虑。例如，在EC2中，多个可用区域被认为组成一个数据中心？我们定义数据中心为一个私有的，低延迟和高带宽的一个网络环境。这不包括访问公共网络，但是对于我们而言，同一个EC2中的多个可用区域可以被认为是一个数据中心的一部分。

　　Consensus——在我们的文档中，我们使用Consensus来表明就leader选举和事务的顺序达成一致。由于这些事务都被应用到有限状态机上，Consensus暗示复制状态机的一致性。

　　Gossip——Consul建立在Serf的基础之上，它提供了一个用于多播目的的完整的gossip协议。Serf提供成员关系，故障检测和事件广播。更多的信息在gossip文档中描述。这足以知道gossip使用基于UDP的随机的点到点通信。

　　LAN Gossip——它包含所有位于同一个局域网或者数据中心的所有节点。 WAN

　　Gossip——它只包含Server。这些server主要分布在不同的数据中心并且通常通过因特网或者广域网通信。

在每个数据中心，client和server是混合的。一般建议有3-5台server。这是基于有故障情况下的可用性和性能之间的权衡结果，因为越多的机器加入达成共识越慢。然而，并不限制client的数量，它们可以很容易的扩展到数千或者数万台。

 

同一个数据中心的所有节点都必须加入gossip协议。这意味着gossip协议包含一个给定数据中心的所有节点。这服务于几个目的：

　　第一: 不需要在client上配置server地址。发现都是自动完成的。

　　第二: 检测节点故障的工作不是放在server上，而是分布式的。这是的故障检测相比心跳机制有更高的可扩展性。

　　第三: 它用来作为一个消息层来通知事件，比如leader选举发生时。

 

每个数据中心的server都是Raft节点集合的一部分。这意味着它们一起工作并选出一个leader，一个有额外工作的server。leader负责处理所有的查询和事务。作为一致性协议的一部分，事务也必须被复制到所有其他的节点。因为这一要求，当一个非leader得server收到一个RPC请求时，它将请求转发给集群leader。

 

server节点也作为WAN gossip Pool的一部分。这个Pool不同于LAN Pool，因为它是为了优化互联网更高的延迟，并且它只包含其他Consul server节点。这个Pool的目的是为了允许数据中心能够以lowtouch的方式发现彼此。这使得一个新的数据中心可以很容易的加入现存的WAN gossip。因为server都运行在这个pool中，它也支持跨数据中心请求。当一个server收到来自另一个数据中心的请求时，它随即转发给正确数据中想一个server。该server再转发给本地leader。

 

这使得数据中心之间只有一个很低的耦合，但是由于故障检测，连接缓存和复用，跨数据中心的请求都是相对快速和可靠的。

Consul的核心知识

Gossip协议

传统的监控，如ceilometer，由于每个节点都会向server报告状态，随着节点数量的增加server的压力随之增大。在所有的Agent之间（包括服务器模式和普通模式）运行着Gossip协议。服务器节点和普通Agent都会加入这个Gossip集群，收发Gossip消息。每隔一段时间，每个节点都会随机选择几个节点发送Gossip消息，其他节点会再次随机选择其他几个节点接力发送消息。这样一段时间过后，整个集群都能收到这条消息。示意图如下。 

RAFT一致性算法

为了实现集群中多个ConsulServer中的数据保持一致性，consul使用了基于强一致性的RAFT算法。

在Raft中，任何时候一个服务器可以扮演下面角色之一：

　　1. Leader: 处理所有客户端交互，日志复制等，一般一次只有一个Leader.

　　2. Follower: 类似选民，完全被动

　　3. Candidate（候选人）: 可以被选为一个新的领导人。

Leader全权负责所有客户端的请求，以及将数据同步到Follower中（同一时刻系统中只存在一个Leader）。Follower被动响应请求RPC，从不主动发起请求RPC。Candidate由Follower向Leader转换的中间状态

关于RAFT一致性算法有一个经典的动画http://thesecretlivesofdata.com/raft/，其中详细介绍了选举，数据同步的步骤:

Consul 集群搭建 

首先需要有一个正常的Consul集群，有Server，有Leader。这里在服务器Server1、Server2、Server3上分别部署了Consul Server。（这些服务器上最好只部署Consul程序，以尽量维护Consul Server的稳定）

服务器Server4和Server5上通过Consul Client分别注册Service A、B、C，这里每个Service分别部署在了两个服务器上，这样可以避免Service的单点问题。（一般微服务和Client绑定）

在服务器Server6中Program D需要访问Service B，这时候Program D首先访问本机Consul Client提供的HTTP API，本机Client会将请求转发到Consul Server，Consul Server查询到Service B当前的信息返回

（1） 准备环境 

Agent 以 client 模式启动的节点。在该模式下，该节点会采集相关信息，通过 RPC 的方式向server 发送。Client模式节点有无数个，官方建议搭配微服务配置

Agent 以 server 模式启动的节点。一个数据中心中至少包含 1 个 server 节点。不过官方建议使用3 或 5 个 server 节点组建成集群，以保证高可用且不失效率。server 节点参与 Raft、维护会员信息、注册服务、健康检查等功能。

（2） 安装consul并启动

在每个consul节点上安装consul服务，下载安装过程和单节点一致。 

##从官网下载最新版本的Consul服务
wget https://releases.hashicorp.com/consul/1.5.3/consul_1.5.3_linux_amd64.zip
##使用unzip命令解压
unzip consul_1.5.3_linux_amd64.zip
##将解压好的consul可执行命令拷贝到/usr/local/bin目录下
cp consul /usr/local/bin
##测试一下
consul

启动每个consul server节点 

##登录s1虚拟机，以server形式运行
consul agent -server -bootstrap-expect 3 -data-dir /etc/consul.d -node=server-1 
-bind=192.168.74.101 -ui -client 0.0.0.0 &
##登录s2 虚拟机，以server形式运行
consul agent -server -bootstrap-expect 2 -data-dir /etc/consul.d -node=server-2 
-bind=192.168.74.102 -ui -client 0.0.0.0 & 
##登录s3 虚拟机，以server形式运行
consul agent -server -bootstrap-expect 2 -data-dir /etc/consul.d -node=server-3 
-bind=192.168.74.103 -ui -client 0.0.0.0 &

-server： 以server身份启动。

-bootstrap-expect：集群要求的最少server数量，当低于这个数量，集群即失效。

-data-dir：data存放的目录，更多信息请参阅consul数据同步机制

-node：节点id，在同一集群不能重复。 

-bind：监听的ip地址。

-client：客户端的ip地址(0.0.0.0表示不限制)

& ：在后台运行，此为linux脚本语法

至此三个Consul Server模式服务全部启动成功

##在本地电脑中使用client形式启动consul
consul agent -client=0.0.0.0  -data-dir /etc/consul.d -node=client-1

（3） 每个节点加入集群

在s2，s3，s4 服务其上通过consul join 命令加入 s1中的consul集群中 

##加入consul集群
consul join 192.168.74.101

（4） 测试

在任意一台服务器中输入 consul members查看集群中的所有节点信息

##查看consul集群节点信息
consul members

Consul 常见问题

（1）节点和服务注销

当服务或者节点失效，Consul不会对注册的信息进行剔除处理，仅仅标记已状态进行标记（并且不可使用）。如果担心失效节点和失效服务过多影响监控。可以通过调用HTTP API的形式进行处理节点和服务的注销可以使用HTTP API:

　　注销任意节点和服务：/catalog/deregister

　　注销当前节点的服务：/agent/service/deregister/:service_id

如果某个节点不继续使用了，也可以在本机使用consul leave命令，或者在其它节点使用consul force-leave 节点Id。

（2）健康检查与故障转移

在集群环境下，健康检查是由服务注册到的Agent来处理的，那么如果这个Agent挂掉了，那么此节点的健康检查就处于无人管理的状态。 

从实际应用看，节点上的服务可能既要被发现，又要发现别的服务，如果节点挂掉了，仅提供被发现的功能实际上服务还是不可用的。当然发现别的服务也可以不使用本机节点，可以通过访问一个Nginx实现的若干Consul节点的负载均衡来实现。