HBase分享 | 云HBase之OpenTSDB时序引擎压缩优化

16lz 2021-03-30

摘要：在中国HBase技术社区第十届MeetUp--HBase生态实践（杭州站）上，阿里云技术专家郭泽晖为大家介绍了云HBase之时序引擎OpenTSDB的介绍及压缩优化，向大家展示了使用OpenTSDB所遇到的一些问题及优化方案，并对云OpenTSDB的集中使用模式进行了相应的介绍。

本文根据演讲视频以及PPT整理而成。

本文将主要围绕以下四个方面进行分享：

OpenTSDB的介绍
OpenTSDB的常见问题
OpenTSDB的压缩优化
云OpenTSDB的使用模式

本文首先会对OpenTSDB简单介绍，以及使用OpenTSDB时所遇到的常见问题，之后则会重点介绍相对于社区版的OpenTSDB所做的相应改进，最后介绍云OpenTSDB的几种使用模式。

一.OpenTSDB的介绍

OpenTSDB是一款基于HBase构建的时序数据库，时序数据具有以下特点：
（1）数据为数值类型，常用于监控。
（2）数据通常按照时间顺序抵达。
（3）数据基本不会被更新。
（4）写入较多，读入较少。目前用户在阿里云上部署时序数据库所选择的架构通常为对SLB进行挂载后，对一定数量的OpenTSDB进行部署，最后底层与HBase相关联。

OpenTSDB对时序数据具有如下定义，首先在数据存储过程中会创建Metric，可以理解为一个监控的group，并用Tags对数据进行进一步的标识，Metric+Tags的组合代表一个具体的时间线，每一条时间线上会存储多个数据点，其中数据点是一个包含时间和值的二元组，每一条时间线会不断的产生相关数据并进行写入。对于时间精度，OpenTSDB支持秒级和毫秒级的时间精度，在写入的数据中如果数据点的时间戳为10位，则时间精度为秒，如果写入的时间戳为13位，则时间精度为毫秒。接下来简单介绍一下OpenTSDB的存储结构，以写metric=host.cpu, timestamp=1552643656, tags={region:HangZhou,host:30,43,111,255}, value=100为例，这条数据到达HBase存储层后经过了如下转换，其中存储数据metric=host.cpu时，将其映射成唯一UID进行存储。为了减少存储空间，每条时间线每一小时存储一行。因此对于timestamp=1552643656，会将数据转换成小时的起始整秒，同样，对于tags的信息，也会映射成唯一UID进行存储。至此整个RowKey部分便存储完成，对于Column部分，将会记录和这个小时起始时间的偏移量，以及value的值。

下面对RowKey和Column的数据格式进行更为详细的介绍，实际上，为了避免同一个Metric拥有很多条时间线导致的写入热点问题，在Metric前面会有加盐的一位数据salt，来打散同一Metric下不同时间线的热点。同时Metric和Tag的默认长度为3个字节，即最多只能分配16777216个UID，为了防止UID超量的问题，可以通过修改相应的参数（tsd.storage.uid.width.metric, tsd.storage.uid.width.tagk, tsd.storage.uid.width.tagv）来进行调整，但需要注意的是，一旦集群已经写入数据后参数便无法再次进行修改。对于Column部分的数据格式来说，秒级和毫秒级的数据格式是有差异的，毫秒级的数据需要更多的空间来进行存储。

二.OpenTSDB的常见问题
接下来介绍OpenTSDB的常见问题，在上文提到，为了避免同一个Metric拥有很多条时间线导致的写入热点问题，会通过对数据加盐一位来将热点打散，但打散后会将Metric分到多个buckets中，此时在进行查询时，有多少个buckets便会并发多少个查询请求到HBase中，此时便有了写入热点与并发查询的权衡问题，过多的并发度很容易将HBase打爆，因此需要考虑实际的HBase的业务规模来进行参数的设置。同样需要注意的一点，该项设置写入数据后，也无法进行修改。

第二个问题是Tags的笛卡儿积影响查询效率，假设一个监控机器CPU情况的mertric=host.cpu有三个tag，分别是机房区域region，主机名host，cpu单核编号core。这三个tag的数量分别为10，100，8。那么该mertric会包含101008=8000条时间线，假使现在需要查询某一条时间线上的数据，也需要访问8000条时间线上的数据才能得到所需要的结果，其根本原因在于tag是没有索引的，目前常见的解决办法主要有两种，一种是将tag提至RowKey前，来进行索引的建立，另一种是在RowKey中拼接tag的部分信息来减少笛卡儿积。OpenTSDB还有一些其他的查询问题，比如数据不是流式处理，数据点要全部放入到TSDB内存后才会开始进行聚合处理，容易OOM；一个大的查询只会分配给一台TSDB上进行处理，不能分布式处理；即使只查询15分钟的数据，也需要遍历一小时的数据等。

第三个问题便是OpenTSDB的压缩问题，即整点压缩对HBase产生流量冲击。为了节省存储空间，OpenTSDB会将离散的KV合成为一个大的KV，来减少重复字段，所以在整点时间便会有读取-压缩-重写-删除一系列的操作产生，这些操作会对HBase发起大量的IO请求，导致长时间的数倍流量波峰，很容易将HBase打爆。因此需要更高的机器规模来抵抗波峰。

三.OpenTSDB的压缩优化

事实上，如果能够消除流量波峰，可以极大的降低运营成本，提高系统的稳定性。传统数据压缩的步骤是先从HBase中读取上一个小时写入的所有数据，然后在OpenTSDB中压缩这些读出的数据，并将压缩好的数据写入HBase中，最后将旧的数据从HBase中删除，可以看出压缩数据中存在了大量的OpenTSDB对于HBase的IO请求。为了解决这一问题，需要对OpenTSDB的压缩进行优化，具体的实现思路是将OpenTSDB的压缩过程下沉到底层HBase中，因为HBaes自身压缩数据时便会对数据进行读写，在此时对数据进行处理，复用HBase压缩过程的流量，在合并HFile的时候将KV按照OpenTSDB的数据格式进行合并，便可以避免OpenTSDB对HBase发起大量的IO请求，从而避免了流量波峰。

四.云OpenTSDB的使用模式

最后介绍一下云OpenTSDB的几种使用模式，一种是独享模式，即完全独立部署的时序数据库，适合时序业务较重，需要分离部署的情况。

另一种是共享模式，可以复用已经购买的云HBase，适合时序业务较小，或者使用HBase云资源较小的情况，可以在一定程度上节约成本。

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