TDengine的运营与维护

容量规划

使用TDengine来搭建一个物联网大数据平台,计算资源、存储资源需要根据业务场景进行规划。下面分别讨论系统运行所需要的内存、CPU以及硬盘空间。

内存需求

每个DB可以创建固定数目的vnode,默认与CPU核数相同,可通过maxVgroupsPerDb配置;每个vnode会占用固定大小的内存(大小与数据库的配置参数blocks和cache有关);每个Table会占用与标签总长度有关的内存;此外,系统会有一些固定的内存开销。因此,每个DB需要的系统内存可通过如下公式计算:

Memory Size = maxVgroupsPerDb * (blocks * cache + 10Mb) + numOfTables * (tagSizePerTable + 0.5Kb)

示例:假设是4核机器,cache是缺省大小16M, blocks是缺省值6,假设有10万张表,标签总长度是256字节,则总的内存需求为:4*(16*6+10) + 100000*(0.25+0.5)/1000 = 499M。

实际运行的系统往往会根据数据特点的不同,将数据存放在不同的DB里。因此做规划时,也需要考虑。

如果内存充裕,可以加大Blocks的配置,这样更多数据将保存在内存里,提高查询速度。

CPU需求

CPU的需求取决于如下两方面:

  • 数据插入 TDengine单核每秒能至少处理一万个插入请求。每个插入请求可以带多条记录,一次插入一条记录与插入10条记录,消耗的计算资源差别很小。因此每次插入,条数越大,插入效率越高。如果一个插入请求带200条以上记录,单核就能达到每秒插入100万条记录的速度。但对前端数据采集的要求越高,因为需要缓存记录,然后一批插入。
  • 查询需求 TDengine提供高效的查询,但是每个场景的查询差异很大,查询频次变化也很大,难以给出客观数字。需要用户针对自己的场景,写一些查询语句,才能确定。

因此仅对数据插入而言,CPU是可以估算出来的,但查询所耗的计算资源无法估算。在实际运营过程中,不建议CPU使用率超过50%,超过后,需要增加新的节点,以获得更多计算资源。

存储需求

TDengine相对于通用数据库,有超高的压缩比,在绝大多数场景下,TDengine的压缩比不会低于5倍,有的场合,压缩比可达到10倍以上,取决于实际场景的数据特征。压缩前的原始数据大小可通过如下方式计算:

Raw DataSize = numOfTables * rowSizePerTable * rowsPerTable

示例:1000万台智能电表,每台电表每15分钟采集一次数据,每次采集的数据128字节,那么一年的原始数据量是:10000000*128*24*60/15*365 = 44.8512T。TDengine大概需要消耗44.851/5=8.97024T空间。

用户可以通过参数keep,设置数据在磁盘中的最大保存时长。为进一步减少存储成本,TDengine还提供多级存储,最冷的数据可以存放在最廉价的存储介质上,应用的访问不用做任何调整,只是读取速度降低了。

为提高速度,可以配置多块硬盘,这样可以并发写入或读取数据。需要提醒的是,TDengine采取多副本的方式提供数据的高可靠,因此不再需要采用昂贵的磁盘阵列。

物理机或虚拟机台数

根据上面的内存、CPU、存储的预估,就可以知道整个系统需要多少核、多少内存、多少存储空间。如果数据副本数不为1,总需求量需要再乘以副本数。

因为TDengine具有很好的水平扩展能力,根据总量,再根据单个物理机或虚拟机的资源,就可以轻松决定需要购置多少台物理机或虚拟机了。

立即计算CPU、内存、存储,请参见:资源估算方法

容错和灾备

容错

TDengine支持WAL(Write Ahead Log)机制,实现数据的容错能力,保证数据的高可用。

TDengine接收到应用的请求数据包时,先将请求的原始数据包写入数据库日志文件,等数据成功写入数据库数据文件后,再删除相应的WAL。这样保证了TDengine能够在断电等因素导致的服务重启时从数据库日志文件中恢复数据,避免数据的丢失。

涉及的系统配置参数有两个:

  • walLevel:WAL级别,0:不写wal; 1:写wal, 但不执行fsync; 2:写wal, 而且执行fsync。
  • fsync:当walLevel设置为2时,执行fsync的周期。设置为0,表示每次写入,立即执行fsync。

如果要100%的保证数据不丢失,需要将walLevel设置为2,fsync设置为0。这时写入速度将会下降。但如果应用侧启动的写数据的线程数达到一定的数量(超过50),那么写入数据的性能也会很不错,只会比fsync设置为3000毫秒下降30%左右。

灾备

TDengine的集群通过多个副本的机制,来提供系统的高可用性,实现灾备能力。

TDengine集群是由mnode负责管理的,为保证mnode的高可靠,可以配置多个mnode副本,副本数由系统配置参数numOfMnodes决定,为了支持高可靠,需要设置大于1。为保证元数据的强一致性,mnode副本之间通过同步方式进行数据复制,保证了元数据的强一致性。

TDengine集群中的时序数据的副本数是与数据库关联的,一个集群里可以有多个数据库,每个数据库可以配置不同的副本数。创建数据库时,通过参数replica 指定副本数。为了支持高可靠,需要设置副本数大于1。

TDengine集群的节点数必须大于等于副本数,否则创建表时将报错。

当TDengine集群中的节点部署在不同的物理机上,并设置多个副本数时,就实现了系统的高可靠性,无需再使用其他软件或工具。TDengine企业版还可以将副本部署在不同机房,从而实现异地容灾。

服务端配置

TDengine系统后台服务由taosd提供,可以在配置文件taos.cfg里修改配置参数,以满足不同场景的需求。配置文件的缺省位置在/etc/taos目录,可以通过taosd命令行执行参数-c指定配置文件目录。比如taosd -c /home/user来指定配置文件位于/home/user这个目录。

下面仅仅列出一些重要的配置参数,更多的参数请看配置文件里的说明。各个参数的详细介绍及作用请看前述章节,而且这些参数的缺省配置都是工作的,一般无需设置。注意:配置修改后,需要重启taosd服务才能生效。

  • firstEp: taosd启动时,主动连接的集群中首个dnode的end point, 默认值为localhost:6030。
  • fqdn:数据节点的FQDN,缺省为操作系统配置的第一个hostname。如果习惯IP地址访问,可设置为该节点的IP地址。
  • serverPort:taosd启动后,对外服务的端口号,默认值为6030。
  • httpPort: RESTful服务使用的端口号,所有的HTTP请求(TCP)都需要向该接口发起查询/写入请求, 默认值为6041。
  • dataDir: 数据文件目录,所有的数据文件都将写入该目录。默认值:/var/lib/taos。
  • logDir:日志文件目录,客户端和服务器的运行日志文件将写入该目录。默认值:/var/log/taos。
  • arbitrator:系统中裁决器的end point, 缺省值为空。
  • role:dnode的可选角色。0-any; 既可作为mnode,也可分配vnode;1-mgmt;只能作为mnode,不能分配vnode;2-dnode;不能作为mnode,只能分配vnode
  • debugFlag:运行日志开关。131(输出错误和警告日志),135( 输出错误、警告和调试日志),143( 输出错误、警告、调试和跟踪日志)。默认值:131或135(不同模块有不同的默认值)。
  • numOfLogLines:单个日志文件允许的最大行数。默认值:10,000,000行。
  • logKeepDays:日志文件的最长保存时间。大于0时,日志文件会被重命名为taosdlog.xxx,其中xxx为日志文件最后修改的时间戳,单位为秒。默认值:0天。
  • maxSQLLength:单条SQL语句允许最长限制。默认值:65380字节。
  • telemetryReporting: 是否允许 TDengine 采集和上报基本使用信息,0表示不允许,1表示允许。 默认值:1。

注意:对于端口,TDengine会使用从serverPort起13个连续的TCP和UDP端口号,请务必在防火墙打开。因此如果是缺省配置,需要打开从6030都6042共13个端口,而且必须TCP和UDP都打开。

不同应用场景的数据往往具有不同的数据特征,比如保留天数、副本数、采集频次、记录大小、采集点的数量、压缩等都可完全不同。为获得在存储上的最高效率,TDengine提供如下存储相关的系统配置参数:

  • days:一个数据文件存储数据的时间跨度,单位为天,默认值:10。
  • keep:数据库中数据保留的天数,单位为天,默认值:3650。
  • minRows: 文件块中记录的最小条数,单位为条,默认值:100。
  • maxRows: 文件块中记录的最大条数,单位为条,默认值:4096。
  • comp: 文件压缩标志位,0:关闭,1:一阶段压缩,2:两阶段压缩。默认值:2。
  • walLevel:WAL级别。1:写wal, 但不执行fsync; 2:写wal, 而且执行fsync。默认值:1。
  • fsync:当wal设置为2时,执行fsync的周期。设置为0,表示每次写入,立即执行fsync。单位为毫秒,默认值:3000。
  • cache: 内存块的大小,单位为兆字节(MB),默认值:16。
  • blocks: 每个VNODE(TSDB)中有多少cache大小的内存块。因此一个VNODE的用的内存大小粗略为(cache * blocks)。单位为块,默认值:4。
  • replica:副本个数,取值范围:1-3。单位为个,默认值:1
  • precision:时间戳精度标识,ms表示毫秒,us表示微秒。默认值:ms

对于一个应用场景,可能有多种数据特征的数据并存,最佳的设计是将具有相同数据特征的表放在一个库里,这样一个应用有多个库,而每个库可以配置不同的存储参数,从而保证系统有最优的性能。TDengine允许应用在创建库时指定上述存储参数,如果指定,该参数就将覆盖对应的系统配置参数。举例,有下述SQL:

 create database demo days 10 cache 32 blocks 8 replica 3;

该SQL创建了一个库demo, 每个数据文件存储10天数据,内存块为32兆字节,每个VNODE占用8个内存块,副本数为3,而其他参数与系统配置完全一致。

TDengine集群中加入一个新的dnode时,涉及集群相关的一些参数必须与已有集群的配置相同,否则不能成功加入到集群中。会进行校验的参数如下:

  • numOfMnodes:系统中管理节点个数。默认值:3。
  • balance:是否启动负载均衡。0:否,1:是。默认值:1。
  • mnodeEqualVnodeNum: 一个mnode等同于vnode消耗的个数。默认值:4。
  • offlineThreshold: dnode离线阈值,超过该时间将导致该dnode从集群中删除。单位为秒,默认值:86400*10(即10天)。
  • statusInterval: dnode向mnode报告状态时长。单位为秒,默认值:1。
  • maxTablesPerVnode: 每个vnode中能够创建的最大表个数。默认值:1000000。
  • maxVgroupsPerDb: 每个数据库中能够使用的最大vnode个数。
  • arbitrator: 系统中裁决器的end point,缺省为空。
  • timezone、locale、charset 的配置见客户端配置。

为方便调试,可通过SQL语句临时调整每个dnode的日志配置,系统重启后会失效:

ALTER DNODE <dnode_id> <config>
  • dnode_id: 可以通过SQL语句"SHOW DNODES"命令获取
  • config: 要调整的日志参数,在如下列表中取值
    > resetlog 截断旧日志文件,创建一个新日志文件
    > debugFlag < 131 | 135 | 143 > 设置debugFlag为131、135或者143

例如:

    alter dnode 1 debugFlag 135;

客户端配置

TDengine系统的前台交互客户端应用程序为taos,它与taosd共享同一个配置文件taos.cfg。运行taos时,使用参数-c指定配置文件目录,如taos -c /home/cfg,表示使用/home/cfg/目录下的taos.cfg配置文件中的参数,缺省目录是/etc/taos。本节主要说明 taos 客户端应用在配置文件 taos.cfg 文件中使用到的参数。

客户端配置参数

  • firstEp: taos启动时,主动连接的集群中第一个taosd实例的end point, 缺省值为 localhost:6030。

  • locale

    默认值:系统中动态获取,如果自动获取失败,需要用户在配置文件设置或通过API设置

    TDengine为存储中文、日文、韩文等非ASCII编码的宽字符,提供一种专门的字段类型nchar。写入nchar字段的数据将统一采用UCS4-LE格式进行编码并发送到服务器。需要注意的是,编码正确性是客户端来保证。因此,如果用户想要正常使用nchar字段来存储诸如中文、日文、韩文等非ASCII字符,需要正确设置客户端的编码格式。

    客户端的输入的字符均采用操作系统当前默认的编码格式,在Linux系统上多为UTF-8,部分中文系统编码则可能是GB18030或GBK等。在docker环境中默认的编码是POSIX。在中文版Windows系统中,编码则是CP936。客户端需要确保正确设置自己所使用的字符集,即客户端运行的操作系统当前编码字符集,才能保证nchar中的数据正确转换为UCS4-LE编码格式。

    在 Linux 中 locale 的命名规则为: <语言>_<地区>.<字符集编码> 如:zh_CN.UTF-8,zh代表中文,CN代表大陆地区,UTF-8表示字符集。字符集编码为客户端正确解析本地字符串提供编码转换的说明。Linux系统与 Mac OSX 系统可以通过设置locale来确定系统的字符编码,由于Windows使用的locale中不是POSIX标准的locale格式,因此在Windows下需要采用另一个配置参数charset来指定字符编码。在Linux 系统中也可以使用charset来指定字符编码。

  • charset

    默认值:系统中动态获取,如果自动获取失败,需要用户在配置文件设置或通过API设置

    如果配置文件中不设置charset,在Linux系统中,taos在启动时候,自动读取系统当前的locale信息,并从locale信息中解析提取charset编码格式。如果自动读取locale信息失败,则尝试读取charset配置,如果读取charset配置也失败,则中断启动过程。

    在Linux系统中,locale信息包含了字符编码信息,因此正确设置了Linux系统locale以后可以不用再单独设置charset。例如:

    locale zh_CN.UTF-8

    在Windows系统中,无法从locale获取系统当前编码。如果无法从配置文件中读取字符串编码信息,taos默认设置为字符编码为CP936。其等效在配置文件中添加如下配置:

    charset CP936

    如果需要调整字符编码,请查阅当前操作系统使用的编码,并在配置文件中正确设置。

    在Linux系统中,如果用户同时设置了locale和字符集编码charset,并且locale和charset的不一致,后设置的值将覆盖前面设置的值。

    locale zh_CN.UTF-8
    charset GBK

    则charset的有效值是GBK。

    charset GBK
    locale zh_CN.UTF-8

    charset的有效值是UTF-8。

    日志的配置参数,与server 的配置参数完全一样。

  • timezone

    默认值:从系统中动态获取当前的时区设置

    客户端运行系统所在的时区。为应对多时区的数据写入和查询问题,TDengine 采用 Unix 时间戳(Unix Timestamp)来记录和存储时间戳。Unix 时间戳的特点决定了任一时刻不论在任何时区,产生的时间戳均一致。需要注意的是,Unix时间戳是在客户端完成转换和记录。为了确保客户端其他形式的时间转换为正确的 Unix 时间戳,需要设置正确的时区。

    在Linux系统中,客户端会自动读取系统设置的时区信息。用户也可以采用多种方式在配置文件设置时区。例如:

    timezone UTC-8
    timezone GMT-8
    timezone Asia/Shanghai

    均是合法的设置东八区时区的格式。

    时区的设置对于查询和写入SQL语句中非Unix时间戳的内容(时间戳字符串、关键词now的解析)产生影响。例如:

    SELECT count(*) FROM table_name WHERE TS<'2019-04-11 12:01:08';

    在东八区,SQL语句等效于

    SELECT count(*) FROM table_name WHERE TS<1554955268000;

    在UTC时区,SQL语句等效于

    SELECT count(*) FROM table_name WHERE TS<1554984068000;

    为了避免使用字符串时间格式带来的不确定性,也可以直接使用Unix时间戳。此外,还可以在SQL语句中使用带有时区的时间戳字符串,例如:RFC3339格式的时间戳字符串,2013-04-12T15:52:01.123+08:00或者ISO-8601格式时间戳字符串2013-04-12T15:52:01.123+0800。上述两个字符串转化为Unix时间戳不受系统所在时区的影响。

    启动taos时,也可以从命令行指定一个taosd实例的end point,否则就从taos.cfg读取。

  • maxBinaryDisplayWidth

    Shell中binary 和 nchar字段的显示宽度上限,超过此限制的部分将被隐藏。默认值:30。可在 shell 中通过命令 set max_binary_display_width nn 动态修改此选项。

用户管理

系统管理员可以在CLI界面里添加、删除用户,也可以修改密码。CLI里SQL语法如下:

CREATE USER <user_name> PASS <'password'>;

创建用户,并指定用户名和密码,密码需要用单引号引起来,单引号为英文半角

DROP USER <user_name>;

删除用户,限root用户使用

ALTER USER <user_name> PASS <'password'>;

修改用户密码, 为避免被转换为小写,密码需要用单引号引用,单引号为英文半角

ALTER USER <user_name> PRIVILEGE <super|write|read>;

修改用户权限为:super/write/read,不需要添加单引号

SHOW USERS;

显示所有用户

注意:SQL 语法中,< >表示需要用户输入的部分,但请不要输入< >本身

数据导入

TDengine提供多种方便的数据导入功能,一种按脚本文件导入,一种按数据文件导入,一种是taosdump工具导入本身导出的文件。

按脚本文件导入

TDengine的shell支持source filename命令,用于批量运行文件中的SQL语句。用户可将建库、建表、写数据等SQL命令写在同一个文件中,每条命令单独一行,在shell中运行source命令,即可按顺序批量运行文件中的SQL语句。以‘#’开头的SQL语句被认为是注释,shell将自动忽略。

按数据文件导入

TDengine也支持在shell对已存在的表从CSV文件中进行数据导入。CSV文件只属于一张表且CSV文件中的数据格式需与要导入表的结构相同, 在导入的时候,其语法如下

insert into tb1 file 'path/data.csv';

注意:如果CSV文件首行存在描述信息,请手动删除后再导入

例如,现在存在一个子表d1001, 其表结构如下:

taos> DESCRIBE d1001
             Field              |        Type        |   Length    |    Note    |
=================================================================================
 ts                             | TIMESTAMP          |           8 |            |
 current                        | FLOAT              |           4 |            |
 voltage                        | INT                |           4 |            |
 phase                          | FLOAT              |           4 |            |
 location                       | BINARY             |          64 | TAG        |
 groupid                        | INT                |           4 | TAG        |

要导入的data.csv的格式如下:

'2018-10-04 06:38:05.000',10.30000,219,0.31000
'2018-10-05 06:38:15.000',12.60000,218,0.33000
'2018-10-06 06:38:16.800',13.30000,221,0.32000
'2018-10-07 06:38:05.000',13.30000,219,0.33000
'2018-10-08 06:38:05.000',14.30000,219,0.34000
'2018-10-09 06:38:05.000',15.30000,219,0.35000
'2018-10-10 06:38:05.000',16.30000,219,0.31000
'2018-10-11 06:38:05.000',17.30000,219,0.32000
'2018-10-12 06:38:05.000',18.30000,219,0.31000

那么可以用如下命令导入数据

taos> insert into d1001 file '~/data.csv';
Query OK, 9 row(s) affected (0.004763s)

taosdump工具导入

TDengine提供了方便的数据库导入导出工具taosdump。用户可以将taosdump从一个系统导出的数据,导入到其他系统中。具体使用方法,请参见博客:TDengine DUMP工具使用指南

数据导出

为方便数据导出,TDengine提供了两种导出方式,分别是按表导出和用taosdump导出。

按表导出CSV文件

如果用户需要导出一个表或一个STable中的数据,可在shell中运行

select * from <tb_name> >> data.csv;

这样,表tb_name中的数据就会按照CSV格式导出到文件data.csv中。

用taosdump导出数据

TDengine提供了方便的数据库导出工具taosdump。用户可以根据需要选择导出所有数据库、一个数据库或者数据库中的一张表,所有数据或一时间段的数据,甚至仅仅表的定义。具体使用方法,请参见博客:TDengine DUMP工具使用指南

系统连接、任务查询管理

系统管理员可以从CLI查询系统的连接、正在进行的查询、流式计算,并且可以关闭连接、停止正在进行的查询和流式计算。CLI里SQL语法如下:

SHOW CONNECTIONS;

显示数据库的连接,其中一列显示ip:port, 为连接的IP地址和端口号。

KILL CONNECTION <connection-id>;

强制关闭数据库连接,其中的connection-id是SHOW CONNECTIONS中显示的第一列的数字。

SHOW QUERIES;

显示数据查询,其中第一列显示的以冒号隔开的两个数字为query-id,为发起该query应用连接的connection-id和查询次数。

KILL QUERY <query-id>;

强制关闭数据查询,其中query-id是SHOW QUERIES中显示的 connection-id:query-no字串,如“105:2”,拷贝粘贴即可。

SHOW STREAMS;

显示流式计算,其中第一列显示的以冒号隔开的两个数字为stream-id, 为启动该stream应用连接的connection-id和发起stream的次数。

KILL STREAM <stream-id>;

强制关闭流式计算,其中的中stream-id是SHOW STREAMS中显示的connection-id:stream-no字串,如103:2,拷贝粘贴即可。

系统监控

TDengine启动后,会自动创建一个监测数据库log,并自动将服务器的CPU、内存、硬盘空间、带宽、请求数、磁盘读写速度、慢查询等信息定时写入该数据库。TDengine还将重要的系统操作(比如登录、创建、删除数据库等)日志以及各种错误报警信息记录下来存放在log库里。系统管理员可以从CLI直接查看这个数据库,也可以在WEB通过图形化界面查看这些监测信息。

这些监测信息的采集缺省是打开的,但可以修改配置文件里的选项enableMonitor将其关闭或打开。

文件目录结构

安装TDengine后,默认会在操作系统中生成下列目录或文件:

目录/文件 说明
/usr/local/taos/bin TDengine可执行文件目录。其中的执行文件都会软链接到/usr/bin目录下。
/usr/local/taos/connector TDengine各种连接器目录。
/usr/local/taos/driver TDengine动态链接库目录。会软链接到/usr/lib目录下。
/usr/local/taos/examples TDengine各种语言应用示例目录。
/usr/local/taos/include TDengine对外提供的C语言接口的头文件。
/etc/taos/taos.cfg TDengine默认[配置文件]
/var/lib/taos TDengine默认数据文件目录,可通过[配置文件]修改位置.
/var/log/taos TDengine默认日志文件目录,可通过[配置文件]修改位置

可执行文件

TDengine的所有可执行文件默认存放在 /usr/local/taos/bin 目录下。其中包括:

  • taosd:TDengine服务端可执行文件
  • taos: TDengine Shell可执行文件
  • taosdump:数据导入导出工具
  • remove.sh:卸载TDengine的脚本, 请谨慎执行,链接到/usr/bin目录下的rmtaos命令。会删除TDengine的安装目录/usr/local/taos,但会保留/etc/taos、/var/lib/taos、/var/log/taos。

您可以通过修改系统配置文件taos.cfg来配置不同的数据目录和日志目录。