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HBase怎么确保高可用

2024-04-02 19:55

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HBase怎么确保高可用,针对这个问题,这篇文章详细介绍了相对应的分析和解答,希望可以帮助更多想解决这个问题的小伙伴找到更简单易行的方法。

HBase是一个基于Hadoop面向列的非关系型分布式数据库(NoSQL),设计概念来源于谷歌的BigTable模型,面向实时读写、随机访问大规模数据集的场景,是一个高可靠性、高性能、高伸缩的分布式存储系统,在大数据相关领域应用广泛。

HBase系统支持对所存储的数据进行透明切分,从而使得系统的存储以及计算具有良好的水平扩展性。

知乎从2017年起开始逐渐采用HBase系统存储各类在线业务数据,并在HBase服务之上构建各类应用模型以及数据计算任务。

背景

知乎对HBase的使用经验不算太长,在2017年初的时候,HBase服务主要用于离线算法、推荐、反作弊,还有基础数据仓库数据的存储计算,通过MapReduce和Spark来进行访问。而在当时知乎的在线存储主要采用MySQL和Redis系统,其中:

针对以上两种在线存储所存在的一些问题,我们希望建立一套在线存储NoSQL服务,对以上两种存储作为一个补充。

选型期间我们也考虑过Cassandra,早期一些业务曾尝试使用Cassandra作为存储,隔壁团队在运维了一段时间的Cassandra系统之后,遇到不少的问题,Cassandra系统可操作性没有达到预期,目前除了Tracing相关的系统,其他业务已经放弃使用Cassandra。

我们从已有的离线存储系统出发,在衡量了稳定性、性能、代码成熟度、上下游系统承接、业界使用场景以及社区活跃度等方面之后,选择了HBase,作为知乎在线存储的支撑组件之一。

一、HBase On Kubernetes

在这样的场景下,我们对在线HBase服务的需求是明确的:

隔离性

资源利用率:从运维的角度,资源的分配要合理,尽可能的提升主机cpu,内存包括磁盘的有效利用率;

成本控制:团队用最小的成本去得到相对较大的运维收益,所以需要提供便捷的调用接口,能够灵活的进行HBase集群的申请、扩容、管理、监控。同时成本包括机器资源,还有工程师。当时我们线上的这套系统是由一位工程师独立去进行维护。

综合以上需求,参考我们团队之前对基础设施平台化的经验,最终的目标是把HBase服务做成基础组件服务平台向提供给上游业务,这个也是知乎技术平台部门工作思路之一,尽可能的把所有的组件对业务都黑盒化,接口化,服务化。同时在使用和监控的粒度上尽可能的准确,细致,全面。这是我们构建在线HBase管理运维系统的一个初衷。

二、Why Kubernetes?

前文说到我们希望将整个HBase系统平台服务化,那就涉及到如何管理和运维HBase系统,知乎在微服务和容器方面的工作积累和经验是相当丰富的。

Kubernetes[3]是谷歌开源的容器集群管理系统,是Google多年大规模容器管理技术Borg的开源版本。Kubernetes提供各种维度组件的资源管理和调度方案,隔离容器的资源使用,各个组件的HA工作,同时还有较为完善的网络方案。

Kubernetes被设计作为构建组件和工具的生态系统平台,可以轻松地部署、扩展和管理应用程序。有着Kubernetes大法的加持,我们很快有了最初的落地版本([4])。

三、初代

最初的落地版本架构见下图,平台在共享的物理集群上通过Kubernetes(以下简称K8S)API建立了多套逻辑上隔离的HBase集群,每套集群由一组Master和若干个Regionserver(以下简称RS)构成,集群共享一套HDFS存储集群,各自依赖的Zookeeper集群独立;集群通过一套管理系统Kubas服务来进行管理([4])。

HBase怎么确保高可用

初代架构

模块定义

在K8S中如何去构建HBase集群,首先需要用K8S本身的基础组件去描述HBase的构成;K8S的资源组件有以下几种:

结合之前Kafka on  K8S的经验,出于高可用和扩展性的考虑,我们没有采用一个Pod里带多个容器的部署方式,统一用一个ReplicationController定义一类HBase组件,就是上图中的Master,Regionserver还有按需创建的Thriftserver;通过以上概念,我们在K8S上就可以这样定义一套最小HBase集群:

四、高可用以及故障恢复

作为面向在线业务服务的系统,高可用和故障转移是必需在设计就要考虑的事情,在整体设计中,我们分别考虑组件级别、集群级别和数据存储级别的可用性和故障恢复问题。

1、组件级别

HBase本身已经考虑了很多故障切换和恢复的方案:

2、集群级别

3、数据级别

所有在K8S上构建的HBase集群都共享了一套HDFS集群,数据的可用性由HDFS集群的多副本来提供。

五、实现细节

1、资源分配

初期物理节点统一采用2*12核心的cpu,128G内存和4T的磁盘,其中磁盘用于搭建服务的HDFS,CPU和内存则在K8S环境中用于建立HBase相关服务的节点。

Master组件的功能主要是管理HBase集群,Thriftserver组件主要承担代理的角色,所以这两个组件资源都按照固定额度分配。

在对Regionserver组件进行资源分配设计的时候,考虑两种方式去定义资源:

HBase怎么确保高可用

资源分配方式

按照业务需求分配:

统一规格的资源分配:

2、参数配置

基础镜像基于cdh6.5.0-hbase1.0.0构建:

# Example for hbase dockerfile  # install cdh6.5.0-hbase1.0.0 ADD hdfs-site.xml /usr/lib/hbase/conf/ ADD core-site.xml /usr/lib/hbase/conf/ ADD env-init.py /usr/lib/hbase/bin/ ENV JAVA_HOME /usr/lib/jvm/java-8-oracle ENV HBASE_HOME /usr/lib/hbase ENV HADOOP_PREFIX /usr/lib/hadoop ADD env-init.py /usr/lib/hbase/bin/ ADD hadoop_xml_conf.sh /usr/lib/hbase/bin/

通过上面的参数KubasService启动Docker时,在启动命令中利用hadoop_xml_conf.sh和env-init.py修改hbase-site.xml和hbase-env.sh来完成配置注入,如下所示:

source /usr/lib/hbase/bin/hadoop_xml_conf.sh && put_config --file /etc/hbase/conf/hbase-site.xml --property hbase.regionserver.codecs --value snappy && put_config --file /etc/hbase/conf/hbase-site.xml --property zookeeper.znode.parent --value /test-cluster && put_config --file /etc/hbase/conf/hbase-site.xml --property hbase.rootdir --value hdfs://namenode01:8020/tmp/hbase/test-cluster && put_config --file /etc/hbase/conf/hbase-site.xml --property hbase.zookeeper.quorum --value zookeeper01,zookeeper02,zookeeper03 && put_config --file /etc/hbase/conf/hbase-site.xml --property hbase.zookeeper.property.clientPort --value 2181 && service hbase-regionserver start && tail -f /var/log/hbase/hbase-hbase-regionserver.log

3、网络通信

网络方面,采用了Kubernetes上原生的网络模式,每一个Pod都有自己的IP地址,容器之间可以直接通信,同时在Kubernetes集群中添加了DNS自动注册和反注册功能,以Pod的标识名字作为域名,在Pod创建和重启和销毁时将相关信息同步全局DNS。

在这个地方我们遇到过问题,当时我们的DNS解析不能在Docker网络环境中通过IP反解出对应的容器域名,这就使得Regionserver在启动之后向Master注册和向Zookeeper集群注册的服务名字不一致,导致Master中对同一个Regionserver登记两次,造成Master与Regionserver无法正常通信,整个集群无法正常提供服务。

经过我们对源码的研究和实验之后,我们在容器启动Regionserver服务之前修改/etc/hosts文件,将Kubernetes对注入的hostname信息屏蔽。

这样的修改让容器启动的HBase集群能够顺利启动并初始化成功,但是也给运维提升了复杂度,因为现在HBase提供的Master页现在看到的Regionserver都是IP形式的记录,给监控和故障处理带来了诸多不便。

六、存在问题

初代架构顺利落地,在成功接入了近十个集群业务之后,这套架构面临了以下几个问题:

管理操作业务HBase集群较为繁琐

HBase配置

HDFS隔离

监控运维

七、重构

为了进一步解决初版架构存在的问题,优化HBase的管控流程,我们重新审视了已有的架构,并结合Kubernetes的新特性,对原有的架构进行升级改造,重新用Golang重写了整个Kubas管理系统的服务(初版使用了Python进行开发)。

并在Kubas管理系统的基础上,开发了多个用于监控和运维的基础微服务,提高了在Kubernetes上进行HBase集群部署的灵活性,架构如下图所示:

HBase怎么确保高可用

二代架构图

1、Deployment&ConfigMap

Deployment

HBase怎么确保高可用

Deployment部署

ConfigMap

HBase怎么确保高可用

ConfigMap存档

2、组件参数配置

在引入了ConfigMap功能之后,之前创建集群的请求信息也随之改变。

RequestData {   "name": "performance-test-rmwl",   "namespace": "online",   "app": "kubas",   "config_template": "online-example-base.v1",   "status": "Ready",   "properties": {     "hbase.regionserver.codecs": "snappy",     "hbase.rootdir": "hdfs://zhihu-example-online:8020/user/online-tsn/performance-test-rmwl",     "hbase.zookeeper.property.clientPort": "2181",     "hbase.zookeeper.quorum": "zookeeper01,zookeeper02,zookeeper03",     "zookeeper.znode.parent": "/performance-test-rmwl"   },   "client_type": "java",   "cluster_uid": "k8s-example-hbase---performance-test-rmwl---example" }

其中config_template指定了该集群使用的配置信息模板,之后所有和该HBase集群有关的组件配置都由该配置模板渲染出具体配置。

config_template中还预先约定了HBase组件的基础运行配置信息,如组件类型,使用的启动命令,采用的镜像文件,初始的副本数等。

servers: {   "master": {     "servertype": "master",     "command": "service hbase-master start && tail -f /var/log/hbase/hbase-hbase-master.log",     "replicas": 1,     "image": "dockerimage.zhihu.example/apps/example-master:v1.1",     "requests": {       "cpu": "500m",       "memory": "5Gi"     },     "limits": {       "cpu": "4000m"     }   }, }

Docker镜像文件配合ConfigMap功能,在预先约定的路径方式存放配置文件信息,同时在真正的HBase配置路径中加入软链文件。

RUN mkdir -p /data/hbase/hbase-site RUN mv /etc/hbase/conf/hbase-site.xml /data/hbase/hbase-site/hbase-site.xml RUN ln -s /data/hbase/hbase-site/hbase-site.xml /etc/hbase/conf/hbase-site.xml RUN mkdir -p /data/hbase/hbase-env RUN mv /etc/hbase/conf/hbase-env.sh /data/hbase/hbase-env/hbase-env.sh RUN ln -s /data/hbase/hbase-env/hbase-env.sh /etc/hbase/conf/hbase-env.sh

3、构建流程

结合之前对Deployment以及ConfigMap的引入,以及对Dockerfile的修改,整个HBase构建流程也有了改进:

HBase怎么确保高可用

HBaseonKubernetes构建流程

通过结合K8S的ConfigMap功能的配置模板,以及KubasAPI调用,我们就可以在短时间部署出一套可用的HBase最小集群(2Master +  3Region Server +  2Thriftserver),在所有宿主机Host都已经缓存Docker镜像文件的场景下,部署并启动一整套HBase集群的时间不超过15秒。

同时在缺少专属前端控制台的情况下,可以完全依托Kubernetesdashboard完成HBase集群组件的扩容缩容,以及组件配置的查询修改更新以及重新部署。

八、资源控制

在完成重构之后,HBase服务面向知乎内部业务进行开放,短期内知乎HBase集群上升超过30+集群,伴随着HBase集群数量的增多,有两个问题逐渐显现:

为了解决如上的两个问题,同时又不能打破资源隔离的需求,我们将HBaseRSGroup功能加入到了HBase平台的管理系统中。

优化后的架构如下:

HBase怎么确保高可用

RSGroup的使用

由于平台方对业务HBase集群的管理本身就具有隔离性,所以在进行更进一步资源管理的时候,平台方采用的是降级的方式来管理HBase集群。

通过监听每个单独集群的指标,如果业务集群的负载在上线一段时间后低于阈值,平台方就会配合业务方,将该HBase集群迁移到一套MixedHBase集群上。

同时如果在MixedHBase集群中运行的某个HBase业务负载增加,并持续一段时间超过阈值后,平台方就会考虑将相关业务提升至单独的集群。

九、多IDC优化

随着知乎业务的发展和扩大,知乎的基础架构逐渐升级至多机房架构,知乎HBase平台管理方式也在这个过程中进行了进一步升级,开始构建多机房管理的管理方式;基本架构如下图所示:

HBase怎么确保高可用

多IDC访问方式

十、数据同步

在各类业务场景中,都存在跨HBase集群的数据同步的需求,比如数据在离线HBase集群和在线集群同步、多IDC集群数据同步等,对于HBase的数据同步来说,分为全量复制和增量复制两种方式。

HBase怎么确保高可用

HBase数据同步

在知乎HBase平台中,我们采用两种方式进行HBase集群间的数据同步:

HBase Snapshot

全量数据复制我们采用了HBaseSnapshot的方式进行;主要应用在离线数据同步在线数据的场景;

WALTransfer

主要用于HBase集群之间的的增量数据同步;增量复制我们没有采用HBaseReplication,相关同步方式我们通过自研的WALTransfer组件来对HBase数据进行增量同步;

WALTransfer通过读取源数据HBase集群提供WAL文件列表,于HDFS集群中定位对应的WAL文件,将HBase的增量数据按序写入到目的集群,相关的细节我们会在以后的文章中详细解析。

十一、监控

从之前重构后的架构图上我们可以看到,在Kubas服务中我们添加了很多模块,这些模块基本属于HBase平台的监控管理模块。

1、Kubas-Monitor组件

基本的监控模块,采用轮询的方式发现新增HBase集群,通过订阅Zookeeper集群发现HBase集群Master以及Regionserver组。

采集Regionserver Metric中的数据,主要采集数据包括:

其他维度的指标如容器CPU以及Mem占用来自Kubernetes平台监控,磁盘IO,磁盘占用等来自主机监控:

HBase怎么确保高可用

HBase部分监控

2、Kubas-Region-Inspector组件

HBase怎么确保高可用

HBaseRegion分布监控

通过以上模块采集的监控信息,基本可以描述在Kubernetes上运行的HBase集群的状态信息,并能够辅助运维管理人员对故障进行定位排除。

十二、Future Work

随着公司业务的快速发展,知乎的HBase平台业务同时也在不断的迭代优化,短期内我们会从以下几个方向进一步提升知乎HBase平台的管理服务能力:

关于HBase怎么确保高可用问题的解答就分享到这里了,希望以上内容可以对大家有一定的帮助,如果你还有很多疑惑没有解开,可以关注亿速云行业资讯频道了解更多相关知识。

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