Druid.io系列（三）： Druid集群节点

原文链接: https://blog.csdn.net/njpjsoftdev/article/details/52955937

1 Historical Node

Historical Node的职责单一，就是负责加载Druid中非实时窗口内且满足加载规则的所有历史数据的Segment。每一个Historical Node只与Zookeeper保持同步，不与其他类型节点或者其他Historical Node进行通信。

根据上节知晓，Coordinator Nodes会定期（默认为1分钟）去同步元信息库，感知新生成的Segment，将待加载的Segment信息保存在Zookeeper中在线的Historical Nodes的load queue目录下，当Historical Node感知到需要加载新的Segment时，首先会去本地磁盘目录下查找该Segment是否已下载，如果没有，则会从Zookeeper中下载待加载Segment的元信息，此元信息包括Segment存储在何处、如何解压以及如何如理该Segment。Historical Node使用内存文件映射方式将index.zip中的XXXXX.smoosh文件加载到内存中，并在Zookeeper中本节点的served segments目录下声明该Segment已被加载，从而该Segment可以被查询。对于重新上线的Historical Node，在完成启动后，也会扫描本地存储路径，将所有扫描到的Segment加载如内存，使其能够被查询。

2 Broker Node

Broker Node是整个集群查询的入口，作为查询路由角色，Broker Node感知Zookeeper上保存的集群内所有已发布的Segment的元信息，即每个Segment保存在哪些存储节点上，Broker Node为Zookeeper中每个dataSource创建一个timeline，timeline按照时间顺序描述了每个Segment的存放位置。我们知道，每个查询请求都会包含dataSource以及interval信息，Broker Node根据这两项信息去查找timeline中所有满足条件的Segment所对应的存储节点，并将查询请求发往对应的节点。

对于每个节点返回的数据，Broker Node默认使用LRU缓存策略；对于集群中存在多个Broker Node的情况，Druid使用memcached共享缓存。对于Historical Node返回的结果，Broker Node认为是“可信的”，会缓存下来，而Real-Time Node返回的实时窗口内的数据，Broker Node认为是可变的，“不可信的”，故不会缓存。所以对每个查询请求，Broker Node都会先查询本地缓存，如果不存在才会去查找timeline，再向相应节点发送查询请求。

3 Coordinator Node

Coordinator Node主要负责Druid集群中Segment的管理与发布，包括加载新Segment、丢弃不符合规则的Segment、管理Segment副本以及Segment负载均衡等。如果集群中存在多个Coordinator Node，则通过选举算法产生Leader，其他Follower作为备份。

Coordinator会定期（默认一分钟）同步Zookeeper中整个集群的数据拓扑图、元信息库中所有有效的Segment信息以及规则库，从而决定下一步应该做什么。对于有效且未分配的Segment，Coordinator Node首先按照Historical Node的容量进行倒序排序，即最少容量拥有最高优先级，新的Segment会优先分配到高优先级的Historical Node上。由3.3.4.1节可知，Coordinator Node不会直接与Historical Node打交道，而是在Zookeeper中Historical Node对应的load queue目录下创建待加载Segment的临时信息，等待Historical Node去加载该Segment。

Coordinator在每次启动后都会对比Zookeeper中保存的当前数据拓扑图以及元信息库中保存的数据信息，所有在集群中已被加载的、却在元信息库中标记为失效或者不存在的Segment会被Coordinator Node记录在remove list中，其中也包括我们在3.3.3节中所述的同一Segment对应的新旧version，旧version的Segments同样也会被放入到remove list中，最终被逻辑丢弃。

对于离线的Historical Node，Coordinator Node会默认该Historical Node上所有的Segment已失效，从而通知集群内的其他Historical Node去加载该Segment。但是，在生产环境中，我们会遇到机器临时下线，Historical Node在很短时间内恢复服务的情况，那么如此“简单粗暴”的策略势必会加重整个集群内的网络负载。对于这种场景，Coordinator会为集群内所有已丢弃的Segment保存一个生存时间(lifetime)，这个生存时间表示Coordinator Node在该Segment被标记为丢弃后，允许不被重新分配最长等待时间，如果该Historical Node在该时间内重新上线，则Segment会被重新置为有效，如果超过该时间则会按照加载规则重新分配到其他Historical Node上。

考虑一种最极端的情况，如果集群内所有的Coordinator Node都停止服务，整个集群对外依然有效，不过新Segment不会被加载，过期的Segment也不会被丢弃，即整个集群内的数据拓扑会一直保持不变，直到新的Coordinator Node服务上线。

4 Indexing Service

Indexing Service是负责“生产”Segment的高可用、分布式、Master/Slave架构服务。主要由三类组件构成：负责运行索引任务(indexing task)的Peon，负责控制Peon的MiddleManager，负责任务分发给MiddleManager的Overlord；三者的关系可以解释为：Overlord是MiddleManager的Master，而MiddleManager又是Peon的Master。其中，Overlord和MiddleManager可以分布式部署，但是Peon和MiddleManager默认在同一台机器上。图3.5给出了Indexing Service的整体架构。

Overlord
Overlord负责接受任务、协调任务的分配、创建任务锁以及收集、返回任务运行状态给调用者。当集群中有多个Overlord时，则通过选举算法产生Leader，其他Follower作为备份。

Overlord可以运行在local（默认）和remote两种模式下，如果运行在local模式下，则Overlord也负责Peon的创建与运行工作，当运行在remote模式下时，Overlord和MiddleManager各司其职，根据图3.6所示，Overlord接受实时/批量数据流产生的索引任务，将任务信息注册到Zookeeper的/task目录下所有在线的MiddleManager对应的目录中，由MiddleManager去感知产生的新任务，同时每个索引任务的状态又会由Peon定期同步到Zookeeper中/Status目录，供Overlord感知当前所有索引任务的运行状况。

Overlord对外提供可视化界面，通过访问http://:/console.html，我们可以观察到集群内目前正在运行的所有索引任务、可用的Peon以及近期Peon完成的所有成功或者失败的索引任务。

MiddleManager
MiddleManager负责接收Overlord分配的索引任务，同时创建新的进程用于启动Peon来执行索引任务，每一个MiddleManager可以运行多个Peon实例。

在运行MiddleManager实例的机器上，我们可以在${ java.io.tmpdir}目录下观察到以XXX_index_XXX开头的目录，每一个目录都对应一个Peon实例；同时restore.json文件中保存着当前所有运行着的索引任务信息，一方面用于记录任务状态，另一方面如果MiddleManager崩溃，可以利用该文件重启索引任务。

Peon
Peon是Indexing Service的最小工作单元，也是索引任务的具体执行者，所有当前正在运行的Peon任务都可以通过Overlord提供的web可视化界面进行访问。

5 Real-Time Node

在流式处理领域，有两种数据处理模式，一种为Stream Push，另一种为Stream Pull。

Stream Pull
如果Druid以Stream Pull方式自主地从外部数据源拉取数据从而生成Indexing Service Tasks，我们则需要建立Real-Time Node。Real-Time Node主要包含两大“工厂”：一个是连接流式数据源、负责数据接入的Firehose（中文翻译为水管，很形象地描述了该组件的职责）；另一个是负责Segment发布与转移的Plumber（中文翻译为搬运工，同样也十分形象地描述了该组件的职责）。在Druid源代码中，这两个组件都是抽象工厂方法，使用者可以根据自己的需求创建不同类型的Firehose或者Plumber。Firehose和Plumber给我的感觉，更类似于Kafka_0.9.0版本后发布的Kafka Connect框架，Firehose类似于Kafka Connect Source，定义了数据的入口，但并不关心接入数据源的类型；而Plumber类似于Kafka Connect Sink，定义了数据的出口，也不关心最终输出到哪里。

Stream Push
如果采用Stream Push策略，我们需要建立一个“copy service”，负责从数据源中拉取数据并生成Indexing Service Tasks，从而将数据“推入”到Druid中，我们在druid_0.9.1版本之前一直使用的是这种模式，不过这种模式需要外部服务Tranquility，Tranquility组件可以连接多种流式数据源，比如Spark-Streaming、Storm以及Kafka等，所以也产生了Tranquility-Storm、Tranquility-Kafka等外部组件。Tranquility-Kafka的原理与使用将在3.4节中进行详细介绍。

6 外部拓展

Druid集群依赖一些外部组件，与其说依赖，不如说正是由于Druid开放的架构，所以用户可以根据自己的需求，使用不同的外部组件。

Deep Storage
Druid目前支持使用本地磁盘(单机模式)、NFS挂载磁盘、HDFS、Amazon S3等存储方式保存Segments以及索引任务日志。

Zookeeper
Druid使用Zookeeper作为分布式集群内部的通信组件，各类节点通过Curator Framework将实例与服务注册到Zookeeper上，同时将集群内需要共享的信息也存储在Zookeeper目录下，从而简化集群内部自动连接管理、leader选举、分布式锁、path缓存以及分布式队列等复杂逻辑。

Metadata Storage
Druid集群元信息使用MySQL 或者PostgreSQL存储，单机版使用derby。在Druid_0.9.1.1版本中，元信息库druid主要包含十张表，均以“druid_”开头，如图3.7所示。

7 加载数据

对于加载外部数据，Druid支持两种模式：实时流(real-time ingestion)和批量导入(batch ingestion)。

Real-Time Ingestion
实时流过程可以采用Apache Storm、Apache Spark Streaming等流式处理框架产生数据，再经过pipeline工具，比如Apache Kafka、ActiveMQ、RabbitMQ等消息总线类组件，使用Stream Pull 或者Stream Push模式生成Indexing Service Tasks，最终存储在Druid中。

Batch Ingestion
批量导入模式可以采用结构化信息作为数据源，比如JSON、Avro、Parquet格式的文本，Druid内部使用Map/Reduce批处理框架导入数据。

8 高可用性

Druid高可用性可以总结以下几点：

Historical Node
如3.3.4.1节中所述，如果某个Historical Node离线时长超过一定阈值，Coordinator Node会将该节点上已加载的Segments重新分配到其他在线的Historical Nodes上，保证满足加载规则的所有Segments不丢失且可查询。

Coordinator Node
集群可配置多个Coordinator Node实例，工作模式为主从同步，采用选举算法产生Leader，其他Follower作为备份。当Leader宕机时，其他Follower能够迅速failover。
即使当所有Coordinator Node均失效，整个集群对外依然有效，不过新Segments不会被加载，过期的Segments也不会被丢弃，即整个集群内的数据拓扑会一直保持不变，直到新的Coordinator Node服务上线。

Broker Node
Broker Node与Coordinator Node在HA部署方面一致。

Indexing Service
Druid可以为同一个Segment配置多个Indexing Service Tasks副本保证数据完整性。

Real-Time
Real-Time过程的数据完整性主要由接入的实时流语义(semantics)决定。我们在0.9.1.1版本前使用Tranquility-Kafka组件接入实时数据，由于存在时间窗口，即在时间窗口内的数据会被提交给Firehose，时间窗口外的数据则会被丢弃；如果Tranquility-Kafka临时下线，会导致Kafka中数据“过期”从而被丢弃，无法保证数据完整性，同时这种“copy service”的使用模式不仅占用大量CPU与内存，又不满足原子操作，所以在0.9.1.1版本后，我们使用Druid的新特性Kafka Indexing Service，Druid内部使用Kafka高级Consumer API保证exactly-once semantics，尽最大可能保证数据完整性。不过我们在使用中，依然发现有数据丢失问题。

Metadata Storage
如果Metadata Storage失效，Coordinator则无法感知新Segment的生成，整个集群中数据拓扑亦不会改变，不过不会影响老数据的访问。

Zookeeper
如果Zookeeper失效，整个集群的数据拓扑不会改变，由于Broker Node缓存的存在，所以在缓存中的数据依然可以被查询。

9 数据分层

Druid访问控制策略采用数据分层(tier)，有以下两种用途：

将不同的Historical Node划分为不同的group，从而控制集群内不同权限(priority)用户在查询时访问不同group。
通过划分tier，让Historical Node加载不同时间范围的数据。例如tier_1加载2016年Q1数据，tier_2加载2016年Q2数据，tier_3加载2016年Q3数据等；那么根据用户不同的查询需求，将请求发往对应tier的Historical Node，不仅可以控制用户访问请求，同时也可以减少响应请求的Historical Node数量，从而加速查询。