蔣鴻翔：網易資料基礎平臺建設
導讀： 首先簡單介紹一下網易杭州研究院情況簡介，如下圖所示：
我們公司主要從事平臺技術開發和建設方面，工作的重點方向主要在解決使用者在資料治理中的各種問題，讓使用者能更高效地管理自己的資料，進而產生更大的價值，比如如何整合現有功能流程，節省使用者使用成本；增加新平臺不斷調研，豐富平臺功能；新平臺功能、效能改造，從而滿足使用者大規模使用需求；根據業務實際需求，輸出相應的解決方案等。今天分享的內容主要是從資料庫核心到巨量資料平臺底層技術開發，分享網易資料科學中心多年的巨量資料建設經驗。
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01 資料庫技術
資料技術主要有InnoSQL和NTSDB，NTSDB是最近研發的新產品，預計明年將向外推薦此產品，InnoSQL屬於MySQL分支方面的研究大概從2011年開始的，InnoSQL的主要目標是提供更好的效能以及高可用性，同時便於DBA的運維以及監控管理。
RocksDB是以樹的形式組織資料的產品，MySQL有一個MyRocks產品，我們內部將其整合到InnoSQL分支上。這樣做的原因是公司有很多業務，很多都是利用快取保持其延遲，其規模會越來越大，這樣就導致快取、記憶體成本很高；其業務對延遲要求不是特別高，但要保持延遲穩定（小於50毫秒）。
RocksDB能夠很好地將快取控制的很好，隨著快取越來越大，有的公司會將其放到HBase上，但是其延遲有時波動會很大，如小米HBase很強，但還是做了一個基於K-V模式的快取處理，主要解決延遲波動問題。我們主要是基於開源產品來解決，如將RocksDB整合起來解決公司業務對延遲穩定的一些需求。
InnoRocks由於是基於LSM，因此對寫入支援非常好，後續有內部測試資料可以展示。還有就是LSM壓縮比很高，網易一種是替換快取，一種是普通資料庫儲存，目前還是用InnoDB儲存，如果用InnoRocks儲存會節省很多儲存空間；還有一個就是結合DB做擴充套件，將其整合到公司內部。
上圖是寫入對比，是一個普通的寫入測試，其主媒介是遞增型的，對於兩個都是一個順序讀寫過程；如果要完全對比還要測試RFID寫入測試，這樣能夠明顯反應RocksDB和InnoDB的差距。圖中RocksDB寫入效能比InnoDB要好，讀取效能InnoDB效能比RocksDB。300GB原始資料，分別匯入到Inno DB(未壓縮)和Inno Rocks後的儲存容量對比，Inno DB為315GB左右，Inno Rocks為50 ~ 60GB，儲存容量是Inno DB的20%到30%。
InnoRock一般場景是替換InnoDB寫入，因為其寫入效能、壓縮效能更好、成本也更低。另一方面能夠解決InnoDB延遲不穩定，替換大量的快取應用，只要其對相應時間沒有特殊要求。
- （1）大量資料寫入場景，比如紀錄檔、訂單等；
- （2）需要高壓縮以便儲存更多的資料，Inno DB --> Inno Rocks；
- （3）對寫入延遲波動比較敏感，HBase --> Inno Rocks；
- （4）相對較低的延遲要求(10 ~ 50ms)下替換快取場景(延遲<5ms)，節省記憶體成本， Redis --> Inno Rocks。
InnoSQL是MySQL一個分支，同時還做了一個時序資料庫。其不依賴第三方儲存，重新做了一套。其架構也是列式儲存，支援倒排索引等不同索引組織形式。對大型資料公司時序資料庫集中在存取時通過什麼去存取，我們提供SQL層給外部應用去存取，應用簡單。
NTSDB特點有聚合運算相關演演算法，時序資料庫相對於關係型資料庫沒有特別複雜的查詢，最常見的使用型別是寬表使用，在此基礎上做一些聚合演演算法、插值查詢。
NTSDB應用場景很多，很多應用都可以基於時序資料庫來做，最常見的就是監控系統，有一些外部應用也會對接監控系統。外部應用中，現在RIT比較火，時序是其中比較重要的一環，很多裝置目前都需要聯網，資料的產生都是以時間的形式產生，有的通過規則引擎處理儲存在時序資料庫中。
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02 巨量資料技術
我們巨量資料平臺整合了一些開源社群的一些元件，內部進行一些產品化的改造和bug修復。最頂層是巨量資料接入層，作為巨量資料平臺，業務平臺很多資料來源於資料庫，也有很大一部分來源於紀錄檔。通過NDC做全量資料匯入，如有些資料在Oracle中，通過NDC匯入，後續可以通過資料變更來進行同步，還有一個通過dataStream將紀錄檔資料錄入巨量資料平臺。資料儲存層大都差不多，都用HDFS 儲存，搭載一些HBase分散式儲存；資料計算大都是離線計算平臺，記憶體計算是基於Spark；資料加工和一般巨量資料平臺都差不多，我們加入了自助分析、任務運維，後續會詳細介紹。接下來介紹自助分析裡面應用的一個外掛Impala，以及分散式儲存系統中的Kudu平臺。
應用Impala目標是解決巨量資料量下的ad-hoc查詢問題，ad-hoc是介於OITP和OIAP中間的一層，OITP是響應層很快，毫秒級；OIAP查詢有時會耗時很久。ad-hoc定位與1分鐘到幾分鐘，現在很多業務需要ad-hoc提供，如公司報表，有時需要實時計算，響應在5秒-1分鐘延遲。
Impala架構特點就是每一個節點都是無狀態節點，節點查詢地位一樣，查詢無論傳送到哪一個節點都可以生成查詢計劃、產生結果。查詢打到哪一個節點就能生成執行計劃，將對應的節點分配給對應的處理節點，將所有節點返回後做一個規則，然後做一個返回。基本所有的MPP架構都是類似。
選擇Impala而不選擇其他工具的原因：首先它有後設資料快取，好處是節點快取後設資料做查詢時不用再去獲取後設資料，缺點就是後設資料爆炸問題；再者就是Impala相容Hive，後設資料可以和Hive共用；同時還支援很多運算元下推。Impala最好使用方式是通過Impala自己insert然後通過其自己去查，實際過程是通過Hive和Spark寫入巨量資料平臺，通過Impala來做查詢。這種方式有些限制就是寫入時Impala無法感知寫入，還有在Hive更改後設資料，Impala能讀取資料但是無法動態感知，為了解決這個問題官方提供手動重新整理操作。
Impala缺陷就是所有節點都是MPP結構，沒有統一的Master入口，負載均衡不易控制。底層資料許可權粒度控制不夠，HDFS轉HBase是以同級HBase身份存取，Impala存取底層需要以Impala身份存取。這種問題尤其在同一平臺下分有很多業務時，用Hive寫資料時，存取許可權就會有問題，因此我們在內部許可權存取方面做了改造。每個coordinator節點都能接收SQL，沒有集中統一的SQL管理，如果掛掉所有歷史資訊都無法追蹤。
我們基於Impala問題做了相應整改：
- （1）首先是基於Zookeeper的Load Balance機制；
- （2）管理服務解決SQL無法持續化問題，管理伺服器儲存最近幾天的SQL和執行過程，便於後續SQL審計，超時SQL自動kill；
- （3）管理許可權將底層許可權分得很細；
- （4）後設資料快取問題，增加與Hive的後設資料同步功能，Hive記錄後設資料變更，Impala拉取變更自動同步，這種只能緩解後設資料爆炸問題。
遺留的問題就是後設資料容量，過濾智慧解決部分問題；還有一個就是底層IO問題，因為離線寫入和Impala查詢是同一份資料，如果寫入吃掉很多IO，查詢就會出現問題。離線本身對IO敏感很低。除此之外我們還引入了ES技術，公司ES業務也有很多，碰到問題就是ES在SQL支援方面不是很好，目前我們的Impala支援一些ES的查詢。
Kudu用於解決離線資料實時性問題，HDFS存K-v資料，類似IOAP存取，Hive是來做離線分析的，Kudu就是想同時做這兩件事情的背景下產生的。行為資料是在離線平臺上，使用者資料是實時在資料庫中，如快遞行業經常需要追蹤快遞的位置，離線平臺就要經常做自助分析，需要將資料庫中的狀態實時同步到離線平臺上去。目前做法就是資料庫批次寫入Hive表中，同時你的批次不能太小，容易產生很多小檔案，這樣可能造成資料實時性很差，一般是半小時到一小時的延遲。大部分業務可接受，但是對於對延遲敏感的業務可能不支援，Kudu就是解決半小時到一小時的資料實時性。
Kudu是一個儲存平臺，不依賴於任何第三方儲存系統，目前更類似於資料庫形式，Impala既能存取Hive中的資料，也能存取Kudu中的資料，這樣的好處是兩邊的資料可以進行聯合查詢。Kudu現在也支援Spark，也可以直接通過API存取。上圖是Kudu的結構劃分到內部資料組織形式，Kudu支援Tablelet操作而HDFS不支援。前面的結構和HBase挺像，不同的是資料組織形式是不一樣的，Kudu可以做一些分析性的業務查詢。最主要的區別是資料儲存格式不一樣，Kudu是Column Family級別列存，先整個切一塊然後再做列組形式。
Kudu跟HDFS相比效能還是有差距，Kudu由於需要支援update，在記憶體 & 磁碟上資料的儲存採用Base + delta形式，Base記錄基本的資料，delta記錄修改的資料，所以資料讀取時需要同時讀取Base + delta兩部分資料。
Kudu優化主要是：
- （1）支援Kudu tablet的split；
- （2）支援指定列的TTL功能；
- （3）支援Kudu資料Runtime Filter功能；
- （4）支援Kudu建立Bitmap索引。
我們主要是按照HBase進行優化，在有需要情況下優化，HBase有而Kudu沒有就對照的做。
Impala裡面對HDFS有一個Runtime Filter功能，Kudu表上沒有，我們先分析下它到底有什麼作用，是不是有效能上的改進，將其移植過來。Runtime Filter主要是用在大表和小表做關聯時使用，在關聯時做成hash表，繫結到所有大表節點上去，在大表掃資料時利用hash表做過濾，因此在底層掃描就已經過濾掉很多資料，就可以省略很多不必要的計算。上圖是Kudu的是否有Runtime Filter的結果對比，可以看出減少了很多計算量，原先需要幾秒，現在只需秒級顯示結果。結果對比有了很大的改進，雖然還是有差距，目前也在改進，目標是和Impala相差不是很大。
還有一個場景就是在Kudu上做Bitmap索引，主要面向的業務是寬表的多維過濾，有些表的查詢會依據後面的範例去確定查詢，這種用Bitmap做比一個個找出來查詢效能要優越很多。另一個好處就是group by，因為其要將相同型別合併到一列，主要是做hash或者排序，這種查詢會很快，而不用做全域性排序。Bitmap應用的限制就是資料離散性不能太好，dinstct count的值不能太多，向資料庫中主鍵不適合做Bitmap，像省份等值比較少的適合做Bitmap。
應用後用TPC-H中的一張表測試，Bitmap主要應用多維場景過濾，從一列過濾、兩列過濾、到五維過濾整個表現很好，效能提升有十幾倍提升。如果資料從資料庫匯入巨量資料平臺離線分析其實時性比較慢，主要侷限小檔案以及匯入批次大小問題,利用Kudu就不用考慮，可以直接通過Kudu實現資料變更匯入巨量資料支援實時聯查。而且可以實時同步Oracle和MySQL資料到Kudu中，進行聯查就可以了，如果沒有就需要同步查詢可能需要半小時才能返回結果。
今天的分享就到這裡，謝謝大家。
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