Kafka消息处理与集群维护

    xiaoxiao2021-03-25  60

    磁盘重认识 

    当需要从磁盘读取数据时,要确定读的数据在哪个磁道,哪个扇区:

    首先必须找到柱面,即磁头需要移动对准相应磁道,这个过程叫做寻道,所耗费时间叫做寻道时间;

    然后目标扇区旋转到磁头下,这个过程耗费的时间叫做旋转时间;

    一次访盘请求(读/写)完成过程由三个动作组成

    寻道(时间):磁头移动定位到指定磁道; 旋转延迟(时间):等待指定扇区从磁头下旋转经过; 数据传输(时间):数据在磁盘、内存与网络之间的实际传输

    由于存储介质的特性,磁盘本身存取就比主存慢,再加上机械运动耗费,磁盘的存取速度往往是主存的几百分之一甚至几千分支一

    怎么样才能提高磁盘的读写效率呢?

    根据数据的局部性原理 ,有以下两种方法

    预读或者提前读; 合并写——多个逻辑上的写操作合并成一个大的物理写操作中;

    即采用磁盘顺序读写(不需要寻道时间,只需很少的旋转时间)。实验结果:在一个6 7200rpm SATA RAID-5 的磁盘阵列上线性写的速度大概是300M/秒,但是随机写的速度只有50K/秒,两者相差将近10000倍。

    RAID说明:

        好处:能够将多块小磁盘合并为一块大磁盘,并且RAID-5允许一块磁盘挂掉,RAID-6允许2块磁盘挂掉

        弊端:多块小磁盘的同时并发读写的效率远大于RAID单块大磁盘的读写效率

    Kafka消息的写入原理

    一般的将数据从文件传到套接字的路径:

    操作系统将数据从磁盘读到内核空间的页缓存中; 应用将数据从内核空间读到用户空间的缓存中; 应用将数据写回内存空间的套接字缓存中 操作系统将数据从套接字缓存写到网卡缓存中,以便将数据经网络发出;

    这样做明显是低效的,这里有四次拷贝,两次系统调用。如果使用sendfile(Java 为: FileChannel.transferTo   api),两次拷贝可以被避免:允许操作系统将数据直接从页缓存发送到网络上。优化后,只有最后一步将数据拷贝到网卡缓存中是需要的

    Kafka topic信息

    [root@localhost zhangwx]# kafka-topics.sh --describe --zookeeper localhost:12181 --topic test Topic:test PartitionCount:1 ReplicationFactor:1 Configs: Topic: test Partition: 0 Leader: 1 Replicas: 1 Isr: 1

    说明:

    PartitionCount:1 //表示分区数量为1 ReplicationFactor:3 //表示每个分区的副本数为3 Configs: Topic: my-replicated-topic Partition: 0 //表示一个分区的分区编号为0 Leader: 0 //表示分区leader为broker0级 即第一台机器 Replicas: 2,0,1 //表示副本所在的机器为broker2,broker0,broker1三台机器上 Isr: 0,1,2 //处于同步中的broker,假设leader为broker0挂掉了,那么可以从isr中选举出其它机器作为leader

    Kafka消息删除原理

    从最久的日志段开始删除(按日志段为单位进行删除),然后逐步向前推进,直到某个日志段不满足条件为止,删除条件(日志段表示一个个的.log日志文件)

    满足给定条件predicate(配置项log.retention.{ms,minutes,hours}和log.retention.bytes指定); 不能是当前激活日志段;(激活日志段表示正在操作的日志) 大小不能小于日志段的最小大小(配置项log.segment.bytes配置) 要删除的是否是所有日志段,如果是的话直接调用roll方法进行切分,因为Kafka至少要保留一个日志段;

    Kafka消息检索原理

    Kafka消息segment file组成和物理结构

    以读取offset=368776的message为例,需要通过下面2个步骤查找:

    第一步查找segment file;

    以上图为例,其中00000000000000000000.index表示最开始的文件,起始偏移量(offset)为0.第二个文件00000000000000368769.index的消息量起始偏移量为368770 = 368769 + 1。只要根据offset二分查找文件列表,就可以快速定位到具体文件。当offset=368776时定位到00000000000000368769.index|log

    第二步通过segment file查找message;

    算出368776-368770=6,取00000000000000368769.index文件第三项(6,1407),得出从00000000000000368769.log文件头偏移1407字节读取一条消息即可

    Kafka集群维护

    集群信息实时查看(topic工具):

    列出集群当前所有可用的topic:

    bin/kafka-topics.sh –list –zookeeper   zookeeper_address

    查看集群特定topic 信息:

    bin/kafka-topics.sh –describe –zookeeper zookeeper_address

     –topic topic_name

    集群信息实时修改(topic工具):

    创建topic:

    bin/kafka-topics.sh –create –zookeeper zookeeper_address    –replication-factor 1 –partitions 1 –topic topic_name

    增加(不能减少) partition(最后的4是增加后的值):

    (注:一般来说当数据量逐渐增多时,我们需要提高该topic的并发度,就可以通过增加partition的数量来提高)

    bin/kafka-topics.sh –zookeeper zookeeper_address    –alter –topic topic_name     –partitions 4

    Topic-level configuration 配置都能修改

    Kafka集群leader平衡机制

    每个partitiion的所有replicas叫做“assigned replicas”,“assigned replicas”中的第一个replicas叫“preferred replica”,刚创建的topic一般“preferred replica”是leader。下图中Partition 0的broker  2就是preferred replica”,默认会成为该分区的leader。

    集群leader平衡:

    bin/kafka-preferred-replica-election.sh –zookeeper zookeeper_address

    auto.leader.rebalance.enable=true

    集群分区日志迁移:

    迁移topic数据到其他broker,请遵循下面四步:

    写json文件,文件格式如下:

    cat topics-to-move.json {"topics": [{"topic": "foo1"}, {"topic": "foo2"}], "version":1 }

    使用–generate生成迁移计划(下面的操作是将topic: foo1和foo2移动到broker 5,6):

    bin/kafka-reassign-partitions.sh –zookeeper localhost:2181 –topics-to-move-json-file topics-to-move.json –broker-list “5,6” –generate

    这一步只是生成计划,并没有执行数据迁移;

    使用–execute执行计划:

    bin/kafka-reassign-partitions.sh –zookeeper localhost:2181 –reassignment-json-file expand-cluster-reassignment.json –execute

    执行前最好保存当前的分配情况,以防出错回滚使用–verify验证是否已经迁移完成

    迁移某个topic的某些特定的partition数据到其他broker,步骤与上面一样,但是json文件如下面所示:

    cat custom-reassignment.json

    {“version”:1,”partitions”:[{“topic”:”foo1″,”partition”:0,”replicas”:[5,6]},{“topic”:”foo2″,”partition”:1,”replicas”:[2,3]}]}

    可以指定到topic的分区编号

    kafka-reassign-partitions.sh工具会复制磁盘上的日志文件,只有当完全复制完成,才会删除迁移前磁盘上的日志文件。执行分区日志迁移需要注意:

    kafka-reassign-partitions.sh 工具的粒度只能到broker,不能到broker的目录(如果broker上面配置了多个目录,是按照磁盘上面已驻留的分区数来均匀分配的),所以,如果topic之间的数据,或者topic的partition之间的数据本身就不均匀,很有可能造成磁盘数据的不均匀:

    对于分区数据较多的分区迁移数据会花大量的时间,所以建议在topic数据量较少或磁盘有效数据较少的情况下执行数据迁移操作;

    进行分区迁移时最好先保留一个分区在原来的磁盘,这样不会影响正常的消费和生产,如果目的是将分区5(brober1,5)迁移到borker2,3。可以先将5迁移到2,1,最后再迁移到2,3。而不是一次将1,5迁移到2,3。因为一次迁移所有的副本,无法正常消费和生产,部分迁移则可以正常消费和生产

    Kafka集群监控

    Kafka Offset Minotor介绍

    (只能监控单一集群,且不能进行相关操作,只能查看集群基本信息,安装过程需要翻墙,安装好后通过机器:端口即可访问)

    在生产环境需要集群高可用,所以需要对Kafka集群进行监控。Kafka Offset Monitor可以监控Kafka集群以下几项:

    Kafka集群当前存活的broker集合; Kafka集群当前活动topic集合; 消费者组列表 Kafka集群当前consumer按组消费的offset lag数(即当前topic当前分区目前有多少消息积压而没有及时消费)

    部署Kafka Offset Minotor:

    github下载jar包KafkaOffsetMonitor-assembly-0.2.0.jar :

    https://github.com/quantifind/KafkaOffsetMonitor/releases

    启动Kafka Offset Minotor :

    java -cp KafkaOffsetMonitor-assembly-0.2.0.jar com.quantifind.kafka.offsetapp.OffsetGetterWeb –zk zk-01,zk-02 –refresh 5.minutes –retain 1.day &

    Kafka Manager使用

    相对于Kafka Offset Minotor功能更强大,可以监控多集群且可以进行相关写操作

    Kafka Manager由雅虎开源,提供以下功能:

    管理几个不同的集群; 容易地检查集群的状态(topics, brokers, 副本的分布, 分区的分布) ; 选择副本 基于集群的当前状态产生分区分配 重新分配分区

    Kafka Manager的安装,方法一(不但要求能上网,还要求能翻墙):

    安装sbt:

    http://www.scala-sbt.org/download.html

    下载后,解压并配置环境变量(将SBT_HOME/bin配置到PATH变量中)

    安装Kafka Manager :

    git clone https://github.com/yahoo/kafka-manager

    cd kafka-manager

    sbt clean dist

    部署Kafka Manager

    修改conf/application.conf,把kafka-manager.zkhosts改为自己的zookeeper服务器地址

    bin/kafka-manager -Dconfig.file=conf/application.conf -Dhttp.port=8007 &

    Kafka Manager的安装,方法二:

    下载打包好的Kafka manager:

    https://github.com/scootli/kafka-manager-1.0-SNAPSHOT/tree/master/kafka-manager-1.0-SNAPSHOT

    下载后解压

    修改conf/application.conf,把Kafka-manager.zkhosts改为自己的zookeeper服务器地址

    bin/kafka-manager -Dconfig.file=conf/application.conf -Dhttp.port=8007 &

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