時序列資料庫武鬥大會之 OpenTSDB 篇

OneAPM官方技術部落格發表於2016-04-22
資料庫

【編者按】 劉斌，OneAPM後端研發工程師，擁有10多年程式設計經驗，參與過大型金融、通訊以及Android手機操作系的開發，熟悉Linux及後臺開發技術。曾參與翻譯過《第一本Docker書》、《GitHub入門與實踐》、《Web應用安全權威指南》、《WEB+DB PRESS》、《Software Design》等書籍，也是Docker入門與實踐課程主講人。本文所闡述的「時間序列資料庫」，系筆者所負責產品 Cloud Insight 對效能指標進行聚合、分組、過濾過程中的梳理和總結。

什麼是 OpenTSDB

OpenTSDB ，可以認為是一個時系列資料（庫），它基於HBase儲存資料，充分發揮了HBase的分散式列儲存特性，支援數百萬每秒的讀寫，它的特點就是容易擴充套件，靈活的tag機制。

架構簡介

這裡我們簡單看一下它的架構，如下圖所示：

時序列資料庫武鬥大會之 OpenTSDB 篇

其最主要的部件就是TSD了，這是接收資料並儲存到HBase處理的核心所在。而帶有C（collector）標誌的Server，則是資料採集源，將資料發給 TSD服務。

安裝 OpenTSDB

為了安裝 OpenTSDB ，都需要以下條件和軟體：

  • Linux作業系統

  • JRE 1.6 or later

  • HBase 0.92 or later

  • 安裝GnuPlot

如果你還想使用自帶的介面，則需要安裝GnuPlot 4.2及以後版本，以及gd和gd-devel等。這裡我們選擇了GnuPlot 5.0.1的版本。

根據情況執行（沒有就裝），安裝所需軟體

$ sudo yum install -y gd gd-devel libpng libpng-devel

之後安裝GnuPlot：

$ tar zxvf gnuplot-5.0.1.tar.gz$ cd gnuplot-5.0.1$ ./configure$ make$ sudo make install

安裝HBase

首先，確保設定了JAVA_HOME：

$ echo $JAVA_HOME/usr

這個不多說了，非常簡單，只需要按照 https://hbase.apache.org/book.html#quickstart 這裡所說，下載、解壓、修改配置檔案、啟動即可。

這時候，再設定HBASE_HOME：

$ echo $HBASE_HOME/opt/hbase-1.0.1.1

之後便可啟動hbase：

$ /opt/hbase-1.0.1.1/bin/start-hbase.sh
starting master, logging to /opt/hbase-1.0.1.1/logs/hbase-vagrant-master-localhost.localdomain.out

安裝 OpenTSDB

這個也很簡單，如果build失敗，那肯定是缺少Make或者Autotools等東西，用包管理器安裝即可。

$ git clone git://github.com/OpenTSDB/opentsdb.git$ cd opentsdb$ ./build.sh

建立表OpenTSDB所需要的表結構：

$ env COMPRESSION=NONE ./src/create_table.sh2016-01-08 06:17:58,045 WARN [main] util.NativeCodeLoader: Unable to load native-hadoop library for your platform… using builtin-java classes where applicable
HBase Shell; enter ‘help‘ for list of supported commands.
Type “exit” to leave the HBase Shell
Version 1.0.1.1, re1dbf4df30d214fca14908df71d038081577ea46, Sun May 17 12:34:26 PDT 2015create ‘tsdb-uid’,
{NAME => ‘id’, COMPRESSION => ‘NONE’, BLOOMFILTER => ‘ROW’},
{NAME => ‘name’, COMPRESSION => ‘NONE’, BLOOMFILTER => ‘ROW’}0 row(s) in 1.3180 secondsHbase::Table – tsdb-uidcreate ‘tsdb’,
{NAME => ‘t’, VERSIONS => 1, COMPRESSION => ‘NONE’, BLOOMFILTER => ‘ROW’}0 row(s) in 0.2400 secondsHbase::Table – tsdbcreate ‘tsdb-tree’,
{NAME => ‘t’, VERSIONS => 1, COMPRESSION => ‘NONE’, BLOOMFILTER => ‘ROW’}0 row(s) in 0.2160 secondsHbase::Table – tsdb-treecreate ‘tsdb-meta’,
{NAME => ‘name’, COMPRESSION => ‘NONE’, BLOOMFILTER => ‘ROW’}0 row(s) in 0.4480 secondsHbase::Table – tsdb-meta

在habse shell裡，可以看到表已經建立成功。

> listTABLE
tsdb
tsdb-metatsdb-treetsdb-uid4 row(s) in 0.0160 seconds

表建立之後，即可啟動tsd服務，只需要執行如下命令：

$ build/tsdb tsd

如果看到輸出：

2016-01-09 05:51:10,875 INFO [main] TSDMain: Ready to serve on /0.0.0.0:4242

即可認為啟動成功。

儲存資料到OpenTSDB.

在安裝並啟動所有服務之後，我們就來嘗試傳送1條資料吧。

最簡單的儲存資料方式就是使用telnet。

$ telnet localhost 4242put sys.cpu.user 1436333416 23 host=web01 user=10001

這時，從 OpenTSDB 自帶介面都可以看到這些資料。 由於sys.cpu.sys的資料只有一條，所以 OpenTSDB 只能看到一個點。

下圖為 OpenTSDB 自帶的查詢介面，訪問http://localhost:4242即可。

時序列資料庫武鬥大會之 OpenTSDB 篇

OpenTSDB中的資料儲存結構

我們來看看 OpenTSDB 的重要概念uid，先從HBase中儲存的資料開始吧，我們來看一下它都有哪些表，以及這些表都是幹什麼的。

tsdb：儲存資料點

hbase(main):003:0> scan 'tsdb'
ROW                           COLUMN+CELL  

 \x00\x00\x01U\x9C\xAEP\x00\x column=t:q\x80,timestamp=1436350142588, value=\x17   

 00\x01\x00\x00\x01\x00\x00\x   

 02\x00\x00\x02  

1 row(s) in 0.2800 seconds

可以看出，該表只有一條資料，我們先不管rowid，只來看看列，只有一列，值為0x17，即十進位制23，即該metric的值。

左面的row key則是 OpenTSDB 的特點之一，其規則為：

metric + timestamp + tagk1 + tagv1… + tagkN + tagvN

以上屬性值均為對應名稱的uid。

我們上面新增的metric為：

sys.cpu.user 1436333416 23 host=web01 user=10001

一共涉及到5個uid，即名為sys.cpu.user的metric，以及host和user兩個tagk及其值web01和10001。

上面資料的row key為：

\x00\x00\x01U\x9C\xAEP\x00\x00\x01\x00\x00\x01\x00\x00\x02\x00\x00\x02

具體這個row key是怎麼算出來的，我們來看看tsdb-uid表。

tsdb-uid：儲存name和uid的對映關係

下面tsdb-uid表的資料，各行之間人為加了空行，為方便顯示。

tsdb-uid用來儲存名字和UID（metric，tagk，tagv）之間互相對映的關係，都是成組出現的，即給定一個name和uid，會儲存（name,uid）和（uid,name）兩條記錄。

時序列資料庫武鬥大會之 OpenTSDB 篇

我們一共看到了8行資料。

前面我們在tsdb表中已經看到，metric資料的row key為\x00\x00\x01U\x9C\xAEP\x00\x00\x01\x00\x00\x01\x00\x00\x02\x00\x00\x02 ，我們將其分解下，用+號連起來（從name到uid的對映為最後5行）：

 \x00\x00\x01 + U + \x9C\xAE + P + \x00\x00\x01 + \x00\x00\x01 + \x00\x00\x02  + \x00\x00\x02
sys.cpu.user       1436333416           host    =      web01          user     =    10001

可以看出，這和我們前面說到的row key的構成方式是吻合的。

需要著重說明的是時間戳的儲存方式。 雖然我們指定的時間是以秒為單位的，但是，row key中用到的卻是以一小時為單位的，即：1436333416 – 1436333416 % 3600 = 1436331600。

1436331600轉換為16進位制，即0x55 0x9c 0xae 0x50，而0x55即大寫字母U，0x50為大寫字母P，這就是4個位元組的時間戳儲存方式。相信下面這張圖能幫助各位更好理解這個意思，即一小時只有一個row key，每秒鐘的資料都會存為一列，大大提高查詢的速度。

時序列資料庫武鬥大會之 OpenTSDB 篇

反過來，從uid到name也一樣，比如找uid為\x00\x00\x02的tagk，我們從上面結果可以看到，該row key（\x00\x00\x02）有4列，而column=name:tagk的value就是user，非常簡單直觀。

重要：我們看到，上面的metric也好，tagk或者tagv也好，uid只有3個位元組，這是 OpenTSDB 的預設配置，三個位元組，應該能表示1600多萬的不同資料，這對metric名或者tagk來說足夠長了，對tagv來說就不一定了，比如tagv是ip地址的話，或者電話號碼，那麼這個欄位就不夠長了，這時可以通過修改原始碼來重新編譯 OpenTSDB 就可以了，同時要注意的是，重編以後，老資料就不能直接使用了，需要匯出後重新匯入。

tsdb-meta：後設資料表

我們再看下第三個表tsdb-meta，這是用來儲存時間序列索引和後設資料的表。這也是一個可選特性，預設是不開啟的，可以通過配置檔案來啟用該特性，這裡不做特殊介紹了。

時序列資料庫武鬥大會之 OpenTSDB 篇

tsdb-tree：樹形表

第4個表是tsdb-tree，用來以樹狀層次關係來表示metric的結構，只有在配置檔案開啟該特性後，才會使用此表，這裡我們不介紹了，可以自己嘗試。

通過HTTP介面儲存資料

儲存資料除了我們前面用到的telnet方式，也可以選擇HTTP API或者批量匯入工具

import（ http://opentsdb.net/docs/build/html/user_guide/cli/import.html ）

這裡我們再對HTTP API進行簡單示例說明。

假設我們有如下資料，儲存為檔案mysql.json：

[
    {
        "metric": "mysql.innodb.row_lock_time",
        "timestamp": 1435716527,
        "value": 1234,
        "tags": {
           "host": "web01",
           "dc": "beijing"        }    },
    {
        "metric": "mysql.innodb.row_lock_time",
        "timestamp": 1435716529,
        "value": 2345,
        "tags": {
           "host": "web01",
           "dc": "beijing"        }    },
    {
        "metric": "mysql.innodb.row_lock_time",
        "timestamp": 1435716627,
        "value": 3456,
        "tags": {
           "host": "web02",
           "dc": "beijing"        }    },
    {
        "metric": "mysql.innodb.row_lock_time",
        "timestamp": 1435716727,
        "value": 6789,
        "tags": {
           "host": "web01",
           "dc": "tianjin"        }    }
]

之後執行如下命令：

$ curl -X POST -H “Content-Type: application/json” http://localhost:4242/api/put -d @mysql.json

即可將資料儲存到 OpenTSDB 了。

查詢資料

看完了如何儲存資料，我們再來看看如何查詢資料。

查詢資料可以使用query介面，它既可以使用get的query string方式，也可以使用post方式以JSON格式指定查詢條件，這裡我們以後者為例，對剛才儲存的資料進行說明。

首先，儲存如下內容為search.json：

{
    "start": 1435716527,
    "queries": [
        {
            "metric": "mysql.innodb.row_lock_time",
            "aggregator": "avg",
            "tags": {
                "host": "*",
                "dc": "beijing"            }        }
    ]}

執行如下命令進行查詢：

$ curl -s -X POST -H "Content-Type: application/json" http://localhost:4242/api/query -d @search.json | jq .
[
  {    "metric": "mysql.innodb.row_lock_time",    "tags": {      "host": "web01",      "dc": "beijing"
    },    "aggregateTags": [],    "dps": {      "1435716527": 1234,      "1435716529": 2345
    }
  },
  {    "metric": "mysql.innodb.row_lock_time",    "tags": {      "host": "web02",      "dc": "beijing"
    },    "aggregateTags": [],    "dps": {      "1435716627": 3456
    }
  }
]

可以看出，我們儲存了dc=tianjin的資料，但是並沒有在此查詢中返回，這是因為，我們指定了dc=beijing這一條件。

值得注意的是，tags引數在新版本2.2中，將不被推薦，取而代之的是filters引數。

總結

可以看出來， OpenTSDB 還是非常容易上手的，尤其是單機版，安裝也很簡單。有HBase作為後盾，查詢起來也非常快，很多大公司，類似雅虎等，也都在用此軟體。

但是，大規模用起來，多個TDB以及多儲存節點等，應該都需要專業、細心的運維工作了。

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這是本系列文章的其他部分：

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本文轉自 OneAPM 官方部落格

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