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ElasticSearch 是一種基于 Lucene 的分布式全文搜索引擎，攜程用 ES 處理日志，目前服務器規(guī)模 500+，日均日志接入量大約 200TB。
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圖片來自 Pexels
隨著日志量不斷增加，一些問題逐漸暴露出來：
- 一方面 ES 服務器越來越多，投入的成本越來越高。
- 另一方面用戶的滿意度不高，日志寫入延遲、查詢慢甚至查不出來的問題一直困擾著用戶。
而從運維人員的角度看，ES 的運維成本較高，運維的壓力越來越大。
為什么選擇 ClickHouse
ClickHouse 是一款高性能列式分布式數據庫管理系統(tǒng)，我們對 ClickHouse 進行了測試，發(fā)現有下列優(yōu)勢：
①ClickHouse 寫入吞吐量大，單服務器日志寫入量在 50MB 到 200MB/s，每秒寫入超過 60w 記錄數，是 ES 的 5 倍以上。
②在 ES 中比較常見的寫 Rejected 導致數據丟失、寫入延遲等問題，在 ClickHouse 中不容易發(fā)生。
③查詢速度快，官方宣稱數據在 pagecache 中，單服務器查詢速率大約在 2-30GB/s;沒在 pagecache 的情況下，查詢速度取決于磁盤的讀取速率和數據的壓縮率。經測試 ClickHouse 的查詢速度比 ES 快 5-30 倍以上。
ClickHouse 比 ES 服務器成本更低：
- 一方面 ClickHouse 的數據壓縮比比 ES 高，相同數據占用的磁盤空間只有 ES 的 1/3 到 1/30，節(jié)省了磁盤空間的同時，也能有效的減少磁盤 IO，這也是 ClickHouse 查詢效率更高的原因之一。
- 另一方面 ClickHouse 比 ES 占用更少的內存，消耗更少的 CPU 資源。我們預估用 ClickHouse 處理日志可以將服務器成本降低一半。
④相比 ES，ClickHouse 穩(wěn)定性更高，運維成本更低。
⑤ES 中不同的 Group 負載不均衡，有的 Group 負載高，會導致寫 Rejected 等問題，需要人工遷移索引;在 ClickHouse 中通過集群和 Shard 策略，采用輪詢寫的方法，可以讓數據比較均衡的分布到所有節(jié)點。
⑥ES 中一個大查詢可能導致 OOM 的問題;ClickHouse 通過預設的查詢限制，會查詢失敗，不影響整體的穩(wěn)定性。
⑦ES 需要進行冷熱數據分離，每天 200T 的數據搬遷，稍有不慎就會導致搬遷過程發(fā)生問題，一旦搬遷失敗，熱節(jié)點可能很快就會被撐爆，導致一大堆人工維護恢復的工作。
⑧ClickHouse 按天分 Partition，一般不需要考慮冷熱分離，特殊場景用戶確實需要冷熱分離的，數據量也會小很多，ClickHouse 自帶的冷熱分離機制就可以很好的解決。
⑨ClickHouse 采用 SQL 語法，比 ES 的 DSL 更加簡單，學習成本更低。
結合攜程的日志分析場景，日志進入 ES 前已經格式化成 JSON，同一類日志有統(tǒng)一的 Schema，符合 ClickHouse Table 的模式。
日志查詢的時候，一般按照某一維度統(tǒng)計數量、總量、均值等，符合 ClickHouse 面向列式存儲的使用場景。
偶爾有少量的場景需要對字符串進行模糊查詢，也是先經過一些條件過濾掉大量數據后，再對少量數據進行模糊匹配，ClickHouse 也能很好的勝任。
另外我們發(fā)現 90% 以上的日志沒有使用 ES 的全文索引特性，因此我們決定嘗試用 ClickHouse 來處理日志。
用 ClickHouse 處理日志
ClickHouse 高可用部署方案
①容災部署與集群規(guī)劃
我們采用多 Shards、2 Replicas 的方式，通過 Zookeeper 進行服務器間互相備份，允許一個 Shard 一臺服務器 Down 機數據不丟失。
為了接入不同規(guī)模的日志，我們將集群分成 6 臺、20 臺兩種規(guī)模的多個集群。
②跨 IDC 部署
借助于 ClickHouse 分布式表的特性，我們實現了跨集群搜索。攜程有多個 IDC，日志分布在不同的 IDC。
為了避免跨 IDC 搬遷日志，我們在每個 IDC 都部署一套 ClickHouse，然后配置 ClickHouse 的跨 IDC 的 Cluster，創(chuàng)建分布式表，實現跨多個 IDC 數據搜索。
如下圖所示：
③幾個重要的參數說明
如下所示：
- max_threads：32 #用于控制一個用戶的查詢線程數。
- max_memory_usage：10000000000 #單個查詢最多能夠使用內存大小 9.31G。
- max_execution_time：30 #單個查詢最大執(zhí)行時間。
- skip_unavailable_shards：1 #在通過分布式表查詢的時候，當某一個 Shard 無法訪問時，其他 Shard 的數據仍然可以查詢。
④踩過的坑
我們之前將 Cluster 的配置放在 config.d 的目錄下，當 ClickHouse 意外重啟后，發(fā)現查詢分布式表時部分 Shard 訪問不到的問題，因此我們現在不再使用 config.d 配置方式，Cluster 配置放在 metrika.xml 中。
消費數據到 ClickHouse
我們使用 gohangout 消費數據到 ClickHouse，關于數據寫入的幾點建議：
- 采用輪詢的方式寫 ClickHouse 集群的所有服務器，保證數據基本均勻分布。
- 大批次低頻率的寫入，減少 parts 數量，減少服務器 merge，避免 Too many parts 異常。通過兩個閾值控制數據的寫入量和頻次，超過 10w 記錄寫一次或者 30s 寫一次。
- 寫本地表，不要寫分布式表，因為分布式表接收到數據后會將數據拆分成多個 parts，并轉發(fā)數據到其它服務器，會引起服務器間網絡流量增加、服務器 merge 的工作量增加，導致寫入速度變慢，并且增加了 Too many parts 的可能性。
- 建表時考慮 partition 的設置，之前遇到過有人將 partition 設置為 timestamp，導致插入數據一直報 Too many parts 的異常。我們一般按天分 partition。
- 主鍵和索引的設置、數據的亂序等也會導致寫入變慢。
數據展示
我們調研了像 Supperset、Metabase、Grafana 等幾個工具，最終還是決定采用在 Kibana3 上開發(fā)支持 ClickHouse 實現圖表展示。
主要原因是 Kibana3 這種強大的數據過濾功能，很多系統(tǒng)都不具備，另外也考慮到遷移到其他系統(tǒng)成本較高，用戶短期內難以適應。
目前 K3 上幾種常用的圖表(terms、histogram、percentiles、ranges、table)，我們都開發(fā)了對應的 ClickHouse 版本，用戶體驗與原版基本保持一直，查詢效率經過優(yōu)化大幅提升。
查詢優(yōu)化
Kibana 中的 Table Panel 用于顯示日志的明細數據，一般查詢最近 1 小時所有字段的數據，最終只展示前 500 條記錄。這種場景對于 ClickHouse 來說非常不友好。
針對這個問題，我們將 table Panel 的查詢分兩次進行：
- 第一次查詢單位時間間隔的數據量，根據最終顯示的數據量計算出合理查詢的時間范圍。
- 第二次根據修正后的時間范圍，結合 Table Panel 中配置的默認顯示的 Column 查詢明細數據。
經過這些優(yōu)化，查詢的時間可以縮短到原來的 1/60，查詢的列可以減少 50%，最終查詢數據量減少到原來的 1/120。
ClickHouse 提供了多種近似計算的方法，用于提供相對較高準確性的同時減少計算量。
使用 MATERIALIZED VIEW 或者 MATERIALIZED COLUMN 將計算量放在平常完成，也能有效降低查詢的數據量和計算量。
Dashboard 遷移
因為 Kibana3 上的 Dashboard 很多，我們開發(fā)了一個 Dashboard 遷移工具，通過修改 kibana-init-* 索引中 Dashboard 的配置來進行 Dashboard 遷移。
接入 ClickHouse 的效果
目前我們一個集群的日志量 100T 左右(壓縮前 600T 左右)，ClickHouse 服務器主要監(jiān)控指標如下：
ClickHouse 相對 ES 占用更少的內存。ES 為了提高查詢效率會將很多數據放在內存中，如：segment 的索引數據、filter cache、field data cache、indexing buffer 等。
ES 內存的使用量與索引量、數據量、寫入量、查詢量等成正比。刪除(下線)索引、遷移索引或者擴容是應對 ES 內存問題的常用手段。
但是刪除(下線)索引導致用戶希望保存更長時間數據的需求無法滿足，而服務器擴容導致又了成本上升。
ClickHouse 的內存消耗主要包括內存型的 engine，數據索引，加載到內存中待計算的數據，搜索的結果等。在 ClickHouse 中日志的數據量和保存時間主要和磁盤有關。
相比 ES，ClickHouse 后至少可以節(jié)省 60% 的磁盤空間。
如上圖所示，Netflow 的日志占用的磁盤空間 ClickHouse 是 ES 的 32%，CDN 日志占用磁盤空間 ClickHouse 是 ES 的 18%，Dblog 的日志 ClickHouse 是 ES 的 22.5%。
比較查詢速度提升，ClickHouse 比 ES 提升了 4.4 倍到 38 倍不等，原來 ES 上查詢不出來的問題基本得到了解決，查詢慢的問題有了很大的提升。
Netflow 由于數據量非常大，導致 ES 無法查詢，ClickHouse 中經過優(yōu)化，查詢耗時 29.5s，CDN 的查詢 CK 和 ES 快 38 倍，dbLog 的查詢 CK 比 ES 快 4.4 倍。
關于查詢速度的對比，因為在生產環(huán)境，無法保證 ES 和 ClickHouse 的環(huán)境一樣，ES 使用的是 40 核 256G 的服務器，一臺服務器部署一個 ES 實例，單服務器數據量 3T 左右。
ClickHouse 采用的是 32 核 128G 的服務器，單服務器數據量大約 18T 左右，一臺服務器部署一個 ClickHouse 實例。
用 ClickHouse 處理日志查詢速度得到了很大的提升，基本解決了數據保存時間短的問題，用戶使用體驗也得到了提升。
我們預估使用現在 ES 日志集群 50% 的服務器資源就能就能夠完成現有 ES 日志的處理，并能提供比現在更好的用戶體驗。
ClickHouse 基本運維
總體來說 ClickHouse 的運維比 ES 簡單，主要包括以下幾個方面的工作：
①新日志的接入、性能優(yōu)化。
②過期日志的清理，我們通過一個定時任務每天刪除過期日志的 partition。
③ClickHouse 的監(jiān)控，使用 ClickHouse-exporter+VictoriaMetrics+Grafana 的實現。
④數據遷移，通過 ClickHouse 分布式表的特性我們一般不搬遷歷史數據，只要將新的數據接入新集群，然后通過分布式表跨集群查詢。
隨著時間的推移，歷史數據會被清理下線，當老集群數據全部下線后，新老集群的遷移就完成了。
確實需要遷移數據時，采用 ClickHouse_copier 或者復制數據的方式實現。
⑤常見問題處理：
慢查詢：通過 kill query 終止慢查詢的執(zhí)行，并通過前面提到的優(yōu)化方案進行優(yōu)化。
Too many parts 異常：Too many parts 異常是由于寫入的 part 過多 part 的 merge 速度跟不上產生的速度。
導致 part 過多的原因主要包括幾個方面：
- 設置不合。
- 小批量、高頻次寫 ClickHouse。
- 寫的是 ClickHouse 的分布式表。
- ClickHouse 設置的 merge 線程數太少了。
無法啟動：之前遇到過 ClickHouse 無法啟動的問題。
主要包括兩個方面：
- 文件系統(tǒng)損壞，通過修復文件系統(tǒng)可以解決。
- 某一個表的數據異常導致 ClickHouse 加載失敗，可以刪除異常數據后啟動，也可以把異常的文件搬到 detached 目錄，等 ClickHouse 起來后再 attach 文件恢復數據。
總結
將日志從 ES 遷移到 ClickHouse 可以節(jié)省更多的服務器資源，總體運維成本更低，而且提升了查詢速度，特別是當用戶在緊急排障的時候，這種查詢速度的成倍提升，對用戶的使用體驗有明顯的改善。
我們將繼續(xù)致力于將 ES 的日志遷移到 ClickHouse，并優(yōu)化日志查詢性能，讓 ClickHouse 在日志分析領域為用戶提供更大的價值。
但是 ClickHouse 畢竟不是 ES，在很多業(yè)務場景中 ES 仍然不可替代，ClickHouse 也不僅只能處理日志，進一步深入研究 ClickHouse，讓 ClickHouse 在更多領域發(fā)揮更大的價值，是我們一直努力的方向。
作者：Gavin Zhu
簡介：攜程軟件技術專家，負責監(jiān)控系統(tǒng)運維開發(fā)、ES 系統(tǒng)運維及 Clickhouse 技術應用推廣及運維工作。
編輯：陶家龍
出處：轉載自公眾號攜程技術(ID：ctriptech)
文章題目：為什么我們要從ES遷移到ClickHouse？
轉載源于：http://www.5511xx.com/article/coejdhe.html
