騰訊雲ClickHouse如何實現自動化的數據均衡？

1、引言

ClickHouse 是一個用於聯機分析( OLAP )的列式數據庫管理系統( DBMS )。它於 2016 年以 Apache 2.0 協議開源，以優秀的查詢性能，深受廣大大數據工程師歡迎。
爲了服務客戶業務，騰訊雲於 2020 年 4 月正式上線 ClickHouse 服務。服務上線以來，迅速得到內外客戶普遍支持，服務業務數量成規模增加。與此同時，運維與管控壓力也隨之而來，用戶對彈性伸縮能力的呼聲愈來愈大。
事實上，ClickHouse 是典型的 Share-Nothing 架構，自然支持彈性伸縮能力。不管是增長節點數量，仍是增長數據分片副本數量都很是容易。
圖1 ClickHouse Share-Nothing 架構
可是，ClickHouse 集羣在增長節點後，集羣上的數據集沒法自動均衡分佈。須要人工干預，確保數據均衡。同理，下線集羣節點前，也須要人工干預，將被下線節點的機器遷移到其餘節點。
在生產環境中，運維工做強度隨着集羣中表的數量，數據規模增長而急劇加強。爲了緩解雲上 ClickHouse 用戶運維壓力，將 ClickHouse 數據均衡運維工做自動化是很是有價值的。
本文將帶你們瞭解騰訊雲 ClickHouse 是如何實現無人值守的數據均衡服務，但願與你們一同交流。

2、ClickHouse集羣數據均衡功能缺失

在生產環境中，一般 ClickHouse 一般以集羣模式部署。在 ClickHouse 集羣中，用戶根據業務需求將集羣節點劃分爲若干子集合。每一個集合存儲若干數據集， 在使用層面，用戶經過分佈式表( Distributed Engine )來查詢整個數據集。
在 ClickHouse 的語義中，有一個 Cluster 概念，它是一個節點的集合，而且定義了存儲在該 Cluster 上的數據集的分片數量，以及分片的副本數量，以及其存儲節點。
如上圖 1 所示，一個名爲 cluster-dataset 的 Cluster, 定義了 4 個分片( SHARD ), 每一個分片有 2 個副本。當存儲在這個 Cluster 上的數據集，一般會分散存儲在 4 個分片中，而且每一個分片數據會存儲 2 個副本。
爲 Cluster 增長分片是很是容易，分配機器，修改配置便可。 以下圖 所示 ，給 cluster-dataset 增長一個分片。 可是已存的數據數據集仍然在分片 SHARED1-4 上。 很明顯，新增的節點存在資源浪費的問題，包括計算資源和存儲資源。
圖2：擴容節點示意圖
爲了解決這樣問題，有若干方案解決：

• 將數據所有刪除掉，從後備數據源從新導入數據到 ClickKhouse;

• 增長新節點的權重，過必定時間後待數據均衡後，從新調整新增節點權重；

• 其餘，如人工搬運數據到新增節點

可是不管使用上述哪種種方法，都存在缺陷。好比對於第一個方案而言，若是 ClickHouse 中數據並沒有後備數據源，那麼該方案不可行。即便有後備數據源，從新導入數據耗時，且停服時間與數據量成正比，代價大。
對於第二種方案，須要對新節點進行屢次權限調整。在調整期間，數據存儲壓力向新增節點傾斜，沒法充分利用集羣優點。且容易致使新近數據集中在新增節點上，致使集羣資源浪費，下降查詢效率。
對於第三種方案而言，操做繁雜，在表多，數據量大的狀況下，易出錯。

3、雲上ClickHouse解決方案

爲了解決 ClickHouse 集羣數據均衡功能缺失，帶來的運維壓力，騰訊雲 ClickHouse 提供了數據自動均衡功能。
簡而言之，在得到用戶受權後，用戶在控制檯上簡單配置，填寫數據遷移網絡帶寬上限，便可啓動數據均衡任務。
後臺管控系統根據機器當期磁盤可用容量，合理安排數據遷移計劃。而後，根據網絡帶寬上限，執行遷移計劃。最終，使得數據在節點上分佈趨於均衡。
舉一個例子來進行說明，在雲上申請一個 ClickHouse 實例，2 個節點。在其中一個節點上建立一個名爲 lineorder 的表，並導入測試數據。查看該表在該節點上的存儲容量，結果以下所示：

另一個節點上沒有該表的數據，也沒有表的 schema。咱們經過數據遷移功能完成數據均衡。接下來經過控制檯，咱們完成數據遷移。 具體步驟以下：
1. 選擇Cluster
選擇 Cluster，選擇 ClickHouse 實例，點擊集羣服務，選擇 ClickHouse 組件，在"操做"下拉列表中，選擇數據遷移菜單項。選擇數據均衡模式。

2. 選擇遷移節點
在肯定 Cluster 後，能夠選擇數據遷出與遷入節點。

3. 選擇遷移數據表
在肯定了遷移節點後，咱們能夠選擇待遷移的表。

4. 確認信息

最後，提交任務。ClickHouse 就開始數據遷移工做。在任務中心能夠看到數據遷移進度。

任務結束時候，也能夠查看遷移任務詳情信息。

待數據遷移完成後，咱們能夠查看數據在兩個節點上數據分佈狀況。在集羣節點上數據量狀況以下：

能夠看到，數據遷移完成後，數據條數和數據量是徹底吻合的。

4、結語

雲上數據遷移功能旨在解決 ClickHouse 彈性伸縮時數據遷移問題。使用場景包括：

• 新擴容節點後，使用數據遷移功能，遷移部分數據至新節點，讓數據在集羣節點上趨於均衡；

• 縮容節點前，將待下線節點上的數據遷移到其餘節點，避免數據丟失。

數據遷移功能極大的緩解了集羣版 ClickHouse 運維壓力。須要注意的是，數據均衡任務運行過程當中，被遷移的表沒法被業務訪問。