摘要：本文所闡述的時間序列數(shù)據(jù)庫，系筆者所負責(zé)產(chǎn)品對性能指標進行聚合分組過濾過程中的梳理和總結(jié)。而帶有標志的，則是數(shù)據(jù)采集源，將數(shù)據(jù)發(fā)給服務(wù)。左面的則是的特點之一，其規(guī)則為以上屬性值均為對應(yīng)名稱的。

【編者按】 劉斌，OneAPM后端研發(fā)工程師，擁有10多年編程經(jīng)驗，參與過大型金融、通信以及Android手機操作系的開發(fā)，熟悉Linux及后臺開發(fā)技術(shù)。曾參與翻譯過《第一本Docker書》、《GitHub入門與實踐》、《Web應(yīng)用安全權(quán)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「時間序列數(shù)據(jù)庫」，系筆者所負責(zé)產(chǎn)品 Cloud Insight 對性能指標進行聚合、分組、過濾過程中的梳理和總結(jié)。

OpenTSDB ，可以認為是一個時系列數(shù)據(jù)（庫），它基于HBase存儲數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮了HBase的分布式列存儲特性，支持數(shù)百萬每秒的讀寫，它的特點就是容易擴展，靈活的tag機制。

這里我們簡單看一下它的架構(gòu)，如下圖所示：

其最主要的部件就是TSD了，這是接收數(shù)據(jù)并存儲到HBase處理的核心所在。而帶有C（collector）標志的Server，則是數(shù)據(jù)采集源，將數(shù)據(jù)發(fā)給 TSD服務(wù)。

為了安裝 OpenTSDB ，都需要以下條件和軟件：

Linux操作系統(tǒng)

JRE 1.6 or later

HBase 0.92 or later

安裝GnuPlot

如果你還想使用自帶的界面，則需要安裝GnuPlot 4.2及以后版本，以及gd和gd-devel等。這里我們選擇了GnuPlot 5.0.1的版本。

根據(jù)情況執(zhí)行（沒有就裝），安裝所需軟件

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

之后安裝GnuPlot：

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

首先，確保設(shè)置了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 這里所說，下載、解壓、修改配置文件、啟動即可。

這時候，再設(shè)置HBASE_HOME：

$ echo $HBASE_HOME/opt/hbase-1.0.1.1

之后便可啟動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

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

創(chuàng)建表OpenTSDB所需要的表結(jié)構(gòu)：

$ 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里，可以看到表已經(jīng)創(chuàng)建成功。

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

表創(chuàng)建之后，即可啟動tsd服務(wù)，只需要運行如下命令：

$ 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。

在安裝并啟動所有服務(wù)之后，我們就來嘗試發(fā)送1條數(shù)據(jù)吧。

最簡單的保存數(shù)據(jù)方式就是使用telnet。

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

這時，從 OpenTSDB 自帶界面都可以看到這些數(shù)據(jù)。 由于sys.cpu.sys的數(shù)據(jù)只有一條，所以 OpenTSDB 只能看到一個點。

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

我們來看看 OpenTSDB 的重要概念uid，先從HBase中存儲的數(shù)據(jù)開始吧，我們來看一下它都有哪些表，以及這些表都是干什么的。

tsdb：存儲數(shù)據(jù)點

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

 x00x00x01Ux9CxAEPx00x column=t:qx80,timestamp=1436350142588, value=x17   
 
 00x01x00x00x01x00x00x   
 
 02x00x00x02  
 
1 row(s) in 0.2800 seconds

可以看出，該表只有一條數(shù)據(jù)，我們先不管rowid，只來看看列，只有一列，值為0x17，即十進制23，即該metric的值。

左面的row key則是 OpenTSDB 的特點之一，其規(guī)則為：

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

以上屬性值均為對應(yīng)名稱的uid。

我們上面添加的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。

上面數(shù)據(jù)的row key為：

x00x00x01Ux9CxAEPx00x00x01x00x00x01x00x00x02x00x00x02

具體這個row key是怎么算出來的，我們來看看tsdb-uid表。

tsdb-uid：存儲name和uid的映射關(guān)系

下面tsdb-uid表的數(shù)據(jù)，各行之間人為加了空行，為方便顯示。

tsdb-uid用來保存名字和UID（metric，tagk，tagv）之間互相映射的關(guān)系，都是成組出現(xiàn)的，即給定一個name和uid，會保存（name,uid）和（uid,name）兩條記錄。

我們一共看到了8行數(shù)據(jù)。

前面我們在tsdb表中已經(jīng)看到，metric數(shù)據(jù)的row key為x00x00x01Ux9CxAEPx00x00x01x00x00x01x00x00x02x00x00x02 ，我們將其分解下，用+號連起來（從name到uid的映射為最后5行）：

 x00x00x01 + U + x9CxAE + P + x00x00x01 + x00x00x01 + x00x00x02  + x00x00x02
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(gòu)成方式是吻合的。

需要著重說明的是時間戳的存儲方式。
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(zhuǎn)換為16進制，即0x55 0x9c 0xae 0x50，而0x55即大寫字母U，0x50為大寫字母P，這就是4個字節(jié)的時間戳存儲方式。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，每秒鐘的數(shù)據(jù)都會存為一列，大大提高查詢的速度。

反過來，從uid到name也一樣，比如找uid為x00x00x02的tagk，我們從上面結(jié)果可以看到，該row key（x00x00x02）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個字節(jié)，這是 OpenTSDB 的默認配置，三個字節(jié)，應(yīng)該能表示1600多萬的不同數(shù)據(jù)，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，那么這個字段就不夠長了，這時可以通過修改源代碼來重新編譯 OpenTSDB 就可以了，同時要注意的是，重編以后，老數(shù)據(jù)就不能直接使用了，需要導(dǎo)出后重新導(dǎo)入。

tsdb-meta：元數(shù)據(jù)表

我們再看下第三個表tsdb-meta，這是用來存儲時間序列索引和元數(shù)據(jù)的表。這也是一個可選特性，默認是不開啟的，可以通過配置文件來啟用該特性，這里不做特殊介紹了。

tsdb-tree：樹形表

第4個表是tsdb-tree，用來以樹狀層次關(guān)系來表示metric的結(jié)構(gòu)，只有在配置文件開啟該特性后，才會使用此表，這里我們不介紹了，可以自己嘗試。

保存數(shù)據(jù)除了我們前面用到的telnet方式，也可以選擇HTTP API或者批量導(dǎo)入工具

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

這里我們再對HTTP API進行簡單示例說明。

假設(shè)我們有如下數(shù)據(jù)，保存為文件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"        }    }
]

之后執(zhí)行如下命令：

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

即可將數(shù)據(jù)保存到 OpenTSDB 了。

看完了如何保存數(shù)據(jù)，我們再來看看如何查詢數(shù)據(jù)。

查詢數(shù)據(jù)可以使用query接口，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，這里我們以后者為例，對剛才保存的數(shù)據(jù)進行說明。

首先，保存如下內(nèi)容為search.json：

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

執(zhí)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，我們保存了dc=tianjin的數(shù)據(jù)，但是并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參數(shù)在新版本2.2中，將不被推薦，取而代之的是filters參數(shù)。

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作為后盾，查詢起來也非常快，很多大公司，類似雅虎等，也都在用此軟件。

但是，大規(guī)模用起來，多個TDB以及多存儲節(jié)點等，應(yīng)該都需要專業(yè)、細心的運維工作了。

這是本系列文章的其他部分：

時序列數(shù)據(jù)庫武斗大會之什么是TSDB

時序列數(shù)據(jù)庫武斗大會之TSDB名錄 Part 1

時序列數(shù)據(jù)庫武斗大會之TSDB名錄 Part 2

時序列數(shù)據(jù)庫武斗大會之KairosDB篇

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本文轉(zhuǎn)自 OneAPM 官方博客