高效实用Kafka-Kafka集群维护(分区平衡机制、kafka分区日志迁移)

分手后的思念是犯贱 2023-05-31 15:16 10阅读 0赞

> **导语**  
>   昨天的分享中，从微观的层面上了解了关于Kafka消息处理机制，但是当面对一个kafka集群的时候从宏观的角度上来说怎么保证kafka集群的高可用性呢？下面就来看看

### 文章目录 ###

*   *  Kafka集群基本信息实时查看和修改
     *  Kafka集群Leader平衡机制
     *  集群分区日志迁移
     *   *  写入JSON文件格式如下
         *  使用-generate生成迁移计划，将某些或者某个topic迁移到某个机器上
         *  使用 -execute执行计划 会看到如下的效果。
         *  使用上面的操作进行验证
         *  使用--verify 验证是否已经迁移完成
     *  注意
 *  总结

## Kafka集群基本信息实时查看和修改 ##

**Kafka提供的集群信息实时查看工具是topic工具**

*  列出集群当前所有可用的topic

kafka-topics.sh --list --zookeeper 10.2.116.192:2181

![在这里插入图片描述][20191018185148496.png]  
会看到在上面这张图中有两个可以看懂的topic，一个是在创建集群的时候测试的topic，一个是通过SpringBoot调用客户端自己创建的hello topic。

*  查看集群中特定的topic信息

kafka-topics.sh --list --zookeeper 10.2.116.192:2181 --topic test-topic

kafka-topics.sh --describe --zookeeper 10.2.116.192:2181 --topic test-topic

![在这里插入图片描述][20191018185648952.png]

**集群信息实时修改topic工具**

*  创建topic

[root@bogon ~]# kafka-topics.sh --create --zoookeeper 10.2.116.192:2181 --replication-factor 1 --partitions 1 --topic nihui
    Exception in thread "main" joptsimple.UnrecognizedOptionException: zoookeeper is not a recognized option
    	at joptsimple.OptionException.unrecognizedOption(OptionException.java:108)
    	at joptsimple.OptionParser.handleLongOptionToken(OptionParser.java:510)
    	at joptsimple.OptionParserState$2.handleArgument(OptionParserState.java:56)
    	at joptsimple.OptionParser.parse(OptionParser.java:396)
    	at kafka.admin.TopicCommand$TopicCommandOptions.<init>(TopicCommand.scala:576)
    	at kafka.admin.TopicCommand$.main(TopicCommand.scala:49)
    	at kafka.admin.TopicCommand.main(TopicCommand.scala)
    [root@bogon ~]#

会发现为什么上面会报错呢？是因为创建的时候不小心在Zookeeper多加了一个o。下面就创建成功了

[root@bogon ~]# kafka-topics.sh --create --zookeeper 10.2.116.192:2181 --replication-factor 1 --partitions 1 --topic nihui
    Created topic nihui.
    [root@bogon ~]#

使用查看命令进行查看会发现由于在集群状态下Zookeeper会进行主从同步所以对于节点A上的数据在节点B上同样可以查询到

[root@bogon ~]# kafka-topics.sh --list --zookeeper 10.2.116.190:2181
    __consumer_offsets
    hello
    nihui
    test-topic
    [root@bogon ~]#

*  增加(不能减少)partition  
    注意这个有个警告，但是实际操作是成功的

[root@bogon ~]# kafka-topics.sh --zookeeper 10.2.116.120:2181 --alter --topic nihui --partitions 4
    WARNING: If partitions are increased for a topic that has a key, the partition logic or ordering of the messages will be affected
    Adding partitions succeeded!
    [root@bogon ~]#

查看详细信息

[root@bogon ~]# kafka-topics.sh --describe --zookeeper 10.2.116.190:2181 --topic nihui
    Topic:nihui	PartitionCount:4	ReplicationFactor:1	Configs:
    	Topic: nihui	Partition: 0	Leader: 3	Replicas: 3	Isr: 3
    	Topic: nihui	Partition: 1	Leader: 1	Replicas: 1	Isr: 1
    	Topic: nihui	Partition: 2	Leader: 2	Replicas: 2	Isr: 2
    	Topic: nihui	Partition: 3	Leader: 3	Replicas: 3	Isr: 3
    [root@bogon ~]#

当然对于Topic-level configuration 配置都能修改，通过kafka官方提供的可修改列表。对于kafka的操作就介绍这么，如果有需要其他命令，可以在需要的时候进行查看具体的使用方式。通过直接输入命令然后会提示命令参数。

## Kafka集群Leader平衡机制 ##

拿上面topic 为nihui来说，每个partition的所有replicas叫做“assigned replicas”，“assigned replicas”中的第一个replicas叫做“preferred replica”，刚刚创建的topic 一般 “preferred replica” 是Leader。就如下面图中所展示的一样，Partition 0的broker 3 就是 preferred replica。默认会成为该分区的Leader。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25paHVpMTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
  那么集群平衡是怎么实现的呢？  
  由于机器的频繁的上下线，就会导致集群不断的进行选主操作，那么就会导致preferred replica分区不是Leader，就要重新去选 ，就可以通过如下的操作进行。

[root@bogon ~]# kafka-preferred-replica-election.sh --zookeeper 10.2.116.190
    Warning: --zookeeper is deprecated and will be removed in a future version of Kafka.
    Use --bootstrap-server instead to specify a broker to connect to.
    Created preferred replica election path with __consumer_offsets-22,__consumer_offsets-30,__consumer_offsets-8,__consumer_offsets-21,__consumer_offsets-4,__consumer_offsets-27,__consumer_offsets-7,__consumer_offsets-9,__consumer_offsets-46,nihui-0,__consumer_offsets-25,__consumer_offsets-35,__consumer_offsets-41,__consumer_offsets-33,__consumer_offsets-23,__consumer_offsets-49,__consumer_offsets-47,__consumer_offsets-16,__consumer_offsets-28,__consumer_offsets-31,__consumer_offsets-36,__consumer_offsets-42,__consumer_offsets-3,__consumer_offsets-18,__consumer_offsets-37,__consumer_offsets-15,__consumer_offsets-24,__consumer_offsets-38,__consumer_offsets-17,nihui-2,__consumer_offsets-48,hello-0,__consumer_offsets-19,__consumer_offsets-11,__consumer_offsets-13,__consumer_offsets-2,__consumer_offsets-43,__consumer_offsets-6,__consumer_offsets-14,nihui-3,test-topic-0,__consumer_offsets-20,nihui-1,__consumer_offsets-0,__consumer_offsets-44,__consumer_offsets-39,__consumer_offsets-12,__consumer_offsets-45,__consumer_offsets-1,__consumer_offsets-5,__consumer_offsets-26,__consumer_offsets-29,__consumer_offsets-34,__consumer_offsets-10,__consumer_offsets-32,__consumer_offsets-40
    Successfully started preferred replica election for partitions Set(__consumer_offsets-22, __consumer_offsets-30, __consumer_offsets-8, __consumer_offsets-21, __consumer_offsets-4, __consumer_offsets-27, __consumer_offsets-7, __consumer_offsets-9, __consumer_offsets-46, nihui-0, __consumer_offsets-25, __consumer_offsets-35, __consumer_offsets-41, __consumer_offsets-33, __consumer_offsets-23, __consumer_offsets-49, __consumer_offsets-47, __consumer_offsets-16, __consumer_offsets-28, __consumer_offsets-31, __consumer_offsets-36, __consumer_offsets-42, __consumer_offsets-3, __consumer_offsets-18, __consumer_offsets-37, __consumer_offsets-15, __consumer_offsets-24, __consumer_offsets-38, __consumer_offsets-17, nihui-2, __consumer_offsets-48, hello-0, __consumer_offsets-19, __consumer_offsets-11, __consumer_offsets-13, __consumer_offsets-2, __consumer_offsets-43, __consumer_offsets-6, __consumer_offsets-14, nihui-3, test-topic-0, __consumer_offsets-20, nihui-1, __consumer_offsets-0, __consumer_offsets-44, __consumer_offsets-39, __consumer_offsets-12, __consumer_offsets-45, __consumer_offsets-1, __consumer_offsets-5, __consumer_offsets-26, __consumer_offsets-29, __consumer_offsets-34, __consumer_offsets-10, __consumer_offsets-32, __consumer_offsets-40)
    [root@bogon ~]#

直接通过在配置文件中添加配置项的方式来进行配置，当然这里展示的是一个自己搭建的测试集群这个测试没有办法完成，加上这个配置之后就可以实现PR的平衡机制了。

auto.leader.rebalance.enable=true

## 集群分区日志迁移 ##

假设开始的时候只有现在的三台机器，日志都集中到了现有的三台机器上面，后期如果研究的需要需要新增加机器，由于新增加的机器上并没有任何的数据，就需要将现有的机器上的数据移到新机器上，那么就需要集群分区日志迁移。  
  集群分区日志迁移主要分为两种情况

*  将某个TOPIC上的数据全部进行迁移
 *  只需要将某个TOPIC的某个分区进行迁移

**迁移整个TOPIC的信息到其他broker**

### 写入JSON文件格式如下 ###

{ "topics": [{ "topic": "foo1"},
                { "topic": "foo2"}],
     "version":1
    }

创建两个测试TOPIC

[root@bogon ~]# kafka-topics.sh --create --zookeeper 10.2.116.192:2181 --replication-factor 1 --partitions 1 --topic ftest
    Created topic ftest.
    [root@bogon ~]# kafka-topics.sh --create --zookeeper 10.2.116.192:2181 --replication-factor 1 --partitions 1 --topic stest
    Created topic stest.
    [root@bogon ~]#

[root@bogon ~]# kafka-topics.sh --describe --zookeeper 10.2.116.190:2181 --topic ftest
    Topic:ftest	PartitionCount:1	ReplicationFactor:1	Configs:
    	Topic: ftest	Partition: 0	Leader: 1	Replicas: 1	Isr: 1
    [root@bogon ~]# kafka-topics.sh --describe --zookeeper 10.2.116.190:2181 --topic stest
    Topic:stest	PartitionCount:1	ReplicationFactor:1	Configs:
    	Topic: stest	Partition: 0	Leader: 2	Replicas: 2	Isr: 2
    [root@bogon ~]#

![在这里插入图片描述][20191018194655653.png]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25paHVpMTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

### 使用-generate生成迁移计划，将某些或者某个topic迁移到某个机器上 ###

下面的操作是将topic ftest stest 迁移到 broker 5，6 上

[root@bogon kafka]# kafka-reassign-partitions.sh --zookeeper 10.2.116.190:2181 --topic-to-move-json-file topic-to-move.json --broker-list "5,6" -generate

当然这一步完成之后只是做了一个计划，并没有实际的去操作数据

[root@bogon kafka]# kafka-reassign-partitions.sh --zookeeper 10.2.116.190:2181 --topic-to-move-json-file topic-to-move.json --broker-list "3" -generate
    Exception in thread "main" joptsimple.UnrecognizedOptionException: topic-to-move-json-file is not a recognized option
    	at joptsimple.OptionException.unrecognizedOption(OptionException.java:108)
    	at joptsimple.OptionParser.handleLongOptionToken(OptionParser.java:510)
    	at joptsimple.OptionParserState$2.handleArgument(OptionParserState.java:56)
    	at joptsimple.OptionParser.parse(OptionParser.java:396)
    	at kafka.admin.ReassignPartitionsCommand$ReassignPartitionsCommandOptions.<init>(ReassignPartitionsCommand.scala:500)
    	at kafka.admin.ReassignPartitionsCommand$.validateAndParseArgs(ReassignPartitionsCommand.scala:416)
    	at kafka.admin.ReassignPartitionsCommand$.main(ReassignPartitionsCommand.scala:52)
    	at kafka.admin.ReassignPartitionsCommand.main(ReassignPartitionsCommand.scala)
    [root@bogon kafka]#

命令写错了应该是下面这样子的

[root@bogon kafka]# kafka-reassign-partitions.sh --zookeeper 10.2.116.190:2181 --topics-to-move-json-file topic-to-move.json --broker-list "3" -generate
    Current partition replica assignment
    { "version":1,"partitions":[{ "topic":"ftest","partition":0,"replicas":[1],"log_dirs":["any"]},{ "topic":"stest","partition":0,"replicas":[2],"log_dirs":["any"]}]}
    
    Proposed partition reassignment configuration
    { "version":1,"partitions":[{ "topic":"ftest","partition":0,"replicas":[3],"log_dirs":["any"]},{ "topic":"stest","partition":0,"replicas":[3],"log_dirs":["any"]}]}
    [root@bogon kafka]#

进行查看之后发现并没有发生变化

[root@bogon kafka]# kafka-topics.sh --describe --zookeeper 10.2.116.190:2181 --topic ftest
    Topic:ftest	PartitionCount:1	ReplicationFactor:1	Configs:
    	Topic: ftest	Partition: 0	Leader: 1	Replicas: 1	Isr: 1
    [root@bogon kafka]# kafka-topics.sh --describe --zookeeper 10.2.116.190:2181 --topic stest
    Topic:stest	PartitionCount:1	ReplicationFactor:1	Configs:
    	Topic: stest	Partition: 0	Leader: 2	Replicas: 2	Isr: 2
    [root@bogon kafka]#

下面将第二个json文件进行如下的操作

[root@bogon kafka]# vim expand-cluster-reassignment.json

{ "version":1,"partitions":[{ "topic":"ftest","partition":0,"replicas":[3],"log_dirs":["any"]},{ "topic":"stest","partition":0,"replicas":[3],"log_dirs":["any"]}]}

### 使用 -execute执行计划 会看到如下的效果。 ###

[root@bogon kafka]# kafka-reassign-partitions.sh --zookeeper 10.2.116.190 --reassignment-json-file expand-cluster-reassignment.json --execute
    Current partition replica assignment
    
    { "version":1,"partitions":[{ "topic":"ftest","partition":0,"replicas":[1],"log_dirs":["any"]},{ "topic":"stest","partition":0,"replicas":[2],"log_dirs":["any"]}]}
    
    Save this to use as the --reassignment-json-file option during rollback
    Successfully started reassignment of partitions.
    [root@bogon kafka]#

我们会看到，其实在执行成功之后会显示回滚的语句并且，提供了回滚的方式，

当然在执行之前最好先保存当前的操作，以防出错进行回滚操作。也就是上面的结果中的第一个结果进行备份，如果没有迁移成功就可以进行回滚。

### 使用上面的操作进行验证 ###

[root@bogon kafka]# kafka-topics.sh --describe --zookeeper 10.2.116.190:2181 --topic ftest
    Topic:ftest	PartitionCount:1	ReplicationFactor:1	Configs:
    	Topic: ftest	Partition: 0	Leader: 3	Replicas: 3	Isr: 3
    [root@bogon kafka]# kafka-topics.sh --describe --zookeeper 10.2.116.190:2181 --topic stest
    Topic:stest	PartitionCount:1	ReplicationFactor:1	Configs:
    	Topic: stest	Partition: 0	Leader: 3	Replicas: 3	Isr: 3
    [root@bogon kafka]#

到这里整个的备份迁移就完成了，这个就是整个TOPIC实现了数据的迁移。

上面的是展示了如何将整个的TOPIC进行迁移，那么下面就来看看如何将其中的一部分进行迁移。上面我们将ftest和stest都迁移到了3上面，那么如果现在想将ftest迁回到1上那么应该如何操作呢？那么就需要修改刚刚执行的配置文件了。

\[root@bogon kafka\]\# cat expand-cluster-reassignment.json

{ "version":1,"partitions":[{ "topic":"ftest","partition":0,"replicas":[3],"log_dirs":["any"]},{ "topic":"stest","partition":0,"replicas":[3],"log_dirs":["any"]}]}

{ "version":1,"partitions":[{ "topic":"ftest","partition":0,"replicas":[1],"log_dirs":["any"]},{ "topic":"stest","partition":0,"replicas":[3],"log_dirs":["any"]}]}

[root@bogon kafka]# vim expand-cluster-reassignment.json
    [root@bogon kafka]# kafka-reassign-partitions.sh --zookeeper 10.2.116.190 --reassignment-json-file expand-cluster-reassignment.json --execute
    Current partition replica assignment
    
    { "version":1,"partitions":[{ "topic":"ftest","partition":0,"replicas":[3],"log_dirs":["any"]},{ "topic":"stest","partition":0,"replicas":[3],"log_dirs":["any"]}]}
    
    Save this to use as the --reassignment-json-file option during rollback
    Successfully started reassignment of partitions.
    [root@bogon kafka]#

查看结果

### 使用–verify 验证是否已经迁移完成 ###

[root@bogon kafka]# kafka-reassign-partitions.sh --zookeeper 10.2.116.190 --reassignment-json-file expand-cluster-reassignment.json --verify
    Status of partition reassignment:
    Reassignment of partition stest-0 completed successfully
    Reassignment of partition ftest-0 completed successfully
    [root@bogon kafka]#

到这里就和之前的平衡机制挂钩了，如果操作了很多的这样的操作，就会导致集群的某个分区PR分区不是Leader了，利用平衡机制就是将整个集群的Leader可以在各个机器上平衡分布，数据量也会做到均匀分布

## 注意 ##

分区日志迁移工具会复制磁盘上的日志文件，只有当完全复制完成才会删除迁移之前磁盘上的日志文件，执行分区日志迁移需要注意一下几点

*  1、迁移工具的粒度只能到broker，不能到broker的目录，如果broker上有多个目录，按照磁盘上面已驻留的分区数来均匀分配，如果topic之间的数据，或者topic的partition之间的数据本省就是不均匀的，就会导致磁盘数据的不均匀。
 *  2、对于分区数据较多的分区进行数据迁移会消耗大量的时间，所以在topic数据量少或者磁盘有效数据较少的情况下执行数据迁移操作。
 *  3、正如上面提到的，进行分区迁移的时候最好保留一个分区在原来的磁盘，这样既不会影响正常消费和生产，假设，如果目的是将分区5 broker 1，5 迁移到broker 2，3，可以先将5迁移到2，1，最后在迁移2，3，而不是直接进行操作，否则会导致正常的生产和消费不能正常执行。

# 总结 #

从上面可以看到如果想实现这样的一个集群操作的练习，第一需要直接到测试环境或者生产环境去练习，第二就是按照规则自己搭建一个数据自己的Kafka集群像是博主一样。通过这样的练习，可以加深对于Kafka集群的了解，为合理的开发提供理论和实践支持。

[20191018185148496.png]: /images/20230531/ba5c83cc838a4d9ea5fdde37fc908012.png
[20191018185648952.png]: /images/20230531/1cec0d858c044edf9c523a7b214cf311.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L25paHVpMTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230531/60c90b0485454ac8a15d69bc504c79ff.png
[20191018194655653.png]: /images/20230531/6caa178118d0465a950dd4f273b81219.png
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