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Apache ZooKeeper

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Apache ZooKeeper es un servicio de datos en estructura de árbol. El servicio es centralizado, replicado, de alta disponibilidad y escalable; y garantiza la integridad en accesos concurrentes y el orden de modificación de los datos de manera secuencial. El sistema está formado por un conjunto distribuido de instancias denominado quorum que sirven la misma información.

El servicio es centralizado porque solo una de las instancias en ejecución hace las veces de instancia maestra, es la única que puede modificar los datos y que los replica al resto de las instancias. Esto garantiza el orden de los cambios, la atomicidad transaccional y la integridad concurrente de la información. Cuando la instancia maestra cae, el algoritmo de elección de líder, decide qué instancia es la nueva instancia maestra. El acceso de lectura, sin embargo, puede hacerse a cualquiera de las instancias levantadas del sistema. Esto por un lado garantiza la disponibilidad, al poder cualquier nodo convertirse en líder, y el rendimiento y la escabilidad, al permitir poder añadir todas las instancias que queramos al quorum para repartir la carga. Este diseño lo hace más adecuado para situaciones en que la lectura de datos es mucho más habitual que la escritura (al menos 1:10 según la documentación).

El servicio es rápido porque los datos se encuentran en memoria de cada instancia y solo se replican a disco para garantizar su persistencia. También es muy sencillo, tanto en el modo en que almacena la información; como en el modo en que se accede a la misma, con un conjunto de operaciones que son muy básicas y reducidas en número.

La forma en que se estructuran, organizan y acceden los conjuntos de datos es en estructura de árbol. Muy parecido a lo que sería un sistema de ficheros clásico pero siendo todos los nodos iguales, sin que haya distinción entre directorios y ficheros: todos los nodos son accesibles, pueden contener datos y pueden tener nodos hijos. Cada nodo puede contener cualquier tipo de información ya que el acceso es binario, pero el sistema está diseñado para que sean de un tamaño moderado, unos pocos kilobytes como mucho.

Los clientes tienen configuradas una o varias de las instancias del quorum, que no tienen por qué ser todas los integrantes, y que son los que se encargan de presentar al cliente al líder en ese momento.

Los usos más habituales de este servicio es como repositorio de información de configuración y nombres, o para proveer mecanismos de sincronización (lock, mutex,…) para soluciones distribuidas.

Un ejemplo de uso que me parece muy apropiado puede ser como repositorio de configuración de un conjunto de componentes muy numeroso, por ejemplo los sistemas de red de una gran organización o los diferentes servicios de una granja de servidores. Cada nodo hoja de la estructura de árbol puede ser un sistema o servicio y la información que contiene su configuración o estado. Los nodos rama nos permiten organizar, agrupar y clasificar los sistemas o servicios de la manera más adecuada para la organización. La configuración de todos los sistemas o servicios se gestiona de manera centralizada (solo hay una configuración aún estando replicada), la solución es muy escalable y tiene alta disponibilidad (levantando más instancias podemos servir a más clientes) y es también deslocalizable (al permitir desplegar instancias en diferentes lugares buscando la idoneidad específica para cada cliente).

Es también común verla como mecanismo de sincronización o como monitor de soluciones distribuidas como en Druid, por ejemplo.

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