如何使Codis存储成本降低90%？个推建议使用Pika替代Codis-server!

原创

个推

发布于 2022-03-28 11:36:38

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发布于 2022-03-28 11:36:38

作为一家数据智能公司，个推不仅拥有海量的关系型数据，也积累了丰富的key-value等非关系型数据资源。个推采用Codis保存大规模的key-value数据，随着公司kv类型数据的不断增加，使用原生的Codis搭建的集群所花费的成本越来越高。

在一些对性能响应要求不高的场景中，个推计划采用新的存储和管理方案以有效兼顾成本与性能。经过选型，个推引入了360开源的存储系统Pika作为Codis的底层存储，以替换成本较高的codis-server，管理分布式kv数据集群。

将Pika接入到Codis的过程并非一帆风顺，为了更好地满足业务场景需求，个推进行了系列设计和改造工作。本文是“大数据降本提效”专题的第四篇，为大家分享个推如何完美结合Pika和Codis，最终节省90%大数据存储成本的实战经验。

Codis的四大组件

在了解具体的迁移实战之前，需要先初步认识下Codis的基本架构。Codis 是一个分布式 Redis解决方案，由codis-fe、codis-dashboard、codis-proxy、codis-server等四个组件构成。

其中，codis-server是Codis中最核心和基础的组件。基于Redis 3版本，codis-server进行了功能扩展，但其本质上还是依赖于高性能的Redis提供服务。codis-server扩展了基于slot的key存储功能（为了实现slot这个功能，codis-server会额外占用超出存储数据所需的内存），并能够在Codis集群的不同Group之间进行slot数据热迁移。
codis-fe则提供对运维比较友好的管理界面，方便统一管理多套的codis-dashboard。
codis-dashboard负责管理slot、codis-proxy和ZooKeeper（或者etcd）等组件的数据一致性，整个集群的运维状态，数据的扩容缩容和组件的高可用，类似于k8s的api-server功能。
codis-proxy主要提供给业务层面使用的访问代理，负责解析请求路由并将key的路由信息路由到对应的后端group上面。此外，codis-proxy还有一个很重要的功能，即在通过codis-fe进行集群的扩缩容时，codis-proxy会根据group对应的slot的迁移状态触发key迁移的流程，能够实现在不中断业务服务的情况下热迁移数据，以确保业务的可用性。

Pika接入Codis的挑战

我们引入Pika主要是用来替换codis-server。作为360开源的类Redis存储系统，Pika底层选用RocksDB，它完全兼容Redis协议，并且主流版本提供Codis的接入能力。但在引入Pika以及将数据迁移到Codis的过程中，我们发现Pika和Codis的结合并非想象中完美。

问题一：语法不统一

在接入之前，我们深入查阅并对比了Pika和Codis源码，发现Pika实现的命令相对较少，将Pika接入到Codis之后有些功能还能否正常使用有待观察。

l 位于pika_command.h头文件中的Pika (3.4.0版本) 源码

//Codis Slots
const std::string kCmdNameSlotsInfo = "slotsinfo";
const std::string kCmdNameSlotsHashKey = "slotshashkey";
const std::string kCmdNameSlotsMgrtTagSlotAsync = "slotsmgrttagslot-async";
const std::string kCmdNameSlotsMgrtSlotAsync = "slotsmgrtslot-async";
const std::string kCmdNameSlotsDel = "slotsdel";
const std::string kCmdNameSlotsScan = "slotsscan";
const std::string kCmdNameSlotsMgrtExecWrapper = "slotsmgrt-exec-wrapper";
const std::string kCmdNameSlotsMgrtAsyncStatus = "slotsmgrt-async-status";
const std::string kCmdNameSlotsMgrtAsyncCancel = "slotsmgrt-async-cancel";
const std::string kCmdNameSlotsMgrtSlot = "slotsmgrtslot";
const std::string kCmdNameSlotsMgrtTagSlot = "slotsmgrttagslot";
const std::string kCmdNameSlotsMgrtOne = "slotsmgrtone";
const std::string kCmdNameSlotsMgrtTagOne = "slotsmgrttagone";

l codis-server支持的命令如下：

    {"slotsinfo",slotsinfoCommand,-1,"rF",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsscan",slotsscanCommand,-3,"rR",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsdel",slotsdelCommand,-2,"w",0,NULL,1,-1,1,0,0},
    {"slotsmgrtslot",slotsmgrtslotCommand,5,"w",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsmgrttagslot",slotsmgrttagslotCommand,5,"w",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsmgrtone",slotsmgrtoneCommand,5,"w",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsmgrttagone",slotsmgrttagoneCommand,5,"w",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotshashkey",slotshashkeyCommand,-1,"rF",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotscheck",slotscheckCommand,0,"r",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsrestore",slotsrestoreCommand,-4,"wm",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsmgrtslot-async",slotsmgrtSlotAsyncCommand,8,"ws",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsmgrttagslot-async",slotsmgrtTagSlotAsyncCommand,8,"ws",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsmgrtone-async",slotsmgrtOneAsyncCommand,-7,"ws",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsmgrttagone-async",slotsmgrtTagOneAsyncCommand,-7,"ws",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsmgrtone-async-dump",slotsmgrtOneAsyncDumpCommand,-4,"rm",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsmgrttagone-async-dump",slotsmgrtTagOneAsyncDumpCommand,-4,"rm",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsmgrt-async-fence",slotsmgrtAsyncFenceCommand,0,"rs",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsmgrt-async-cancel",slotsmgrtAsyncCancelCommand,0,"F",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsmgrt-async-status",slotsmgrtAsyncStatusCommand,0,"F",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsmgrt-exec-wrapper",slotsmgrtExecWrapperCommand,-3,"wm",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsrestore-async",slotsrestoreAsyncCommand,-2,"wm",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsrestore-async-auth",slotsrestoreAsyncAuthCommand,2,"sltF",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsrestore-async-select",slotsrestoreAsyncSelectCommand,2,"lF",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"slotsrestore-async-ack",slotsrestoreAsyncAckCommand,3,"w",0,NULL,0,0,0,0,0},

此外，codis-server和Pika支持的语法也有所不同。例如，如果要查看某一节点上slot 1的详细信息，Codis与Pika执行的命令分别如下：

也就是说，我们必须在codis-fe层命令调度与管理功能方面加上对Pika语法格式的支持。

针对此问题，我们在codis-dashboard层中，通过修改部分源码逻辑，实现了对Pika主从同步、主从提升等相关命令的支持，从而完成了在codis-fe层面的操作。

问题二：未成功完成数据迁移

完成了以上操作之后，我们便开始将kv数据迁移到Pika。然后，问题来了，我们发现虽然codis-fe界面上显示数据均已迁移完成，但实际上要迁移的数据并未被迁移到对应的集群。在codis-fe界面上，我们也未查看到明显的报错信息。

到底为何出现此问题呢？

我们继续查看了Pika有关slot的源码：

void SlotsMgrtSlotAsyncCmd::Do(std::shared_ptr<Partition> partition) {
  int64_t moved = 0;
  int64_t remained = 0;
  res_.AppendArrayLen(2);
  res_.AppendInteger(moved);
  res_.AppendInteger(remained);
}

我们发现，在日常的运行情况下，通过codis-dashboard发送给Pika的指令就是成功返回，这样codis-dashboard在迁移时立马就收到了成功的信号，然后就直接将迁移状态修改为成功，而其实此时数据迁移并没有被真的执行。

针对这种情况，我们查阅了有关Pika的官方文档 Pika配合Codis扩容案例。

从官方的文档来看，这种迁移方案是一种可能会丢数据的有损方案，我们需要根据自身情况来重新设计和调整迁移方案。

1.设计开发Pika迁移工具

首先，根据Codis的数据扩缩容原理，我们参考codis-proxy的架构设计，使用Go语言自行设计并开发了一套Pika数据迁移工具，目的是实现以下功能需求：

将Pika迁移工具伪装成一个Pika实例接入Codis并提供服务。
把Pika迁移工具作为一个流量转发工具，类似于codis-proxy，能够将对应slot的请求转发到指定的Pika实例上面，从而保证迁移过程中的业务可用性。
使Pika迁移工具能够感知到迁移过程中的主从同步情况，在主从完成的情况下可自动从节点断开，并将新增数据写入新集群，从而在流量分发过程中全力保证数据一致性。

2. 使用Pika迁移工具进行数据的热迁移

根据如上需求完成Pika迁移工具的设计开发后，我们就可以使用该工具对数据进行热迁移。迁移过程如下：

Step1: 集群原始状态

通过下图，可以看到，我们需要将801-1023中901-1023区间的slot信息迁移到新组件即Group4上，作为新实例提供服务。

Step2: 将Pika迁移工具接入Codis提供服务

在Pika迁移工具接入Codis之前，我们需将Group3中待迁移的901-1023作为Group4的主节点，并进行主从数据同步。此时Group3的901-1023作为主，Group4的901-1023作为从。在完成该步骤之后就可将Pika迁移工具接入Codis。

首先将801-1023的slot信息迁移到Pika迁移工具。

此时Pika迁移工具将801-900的读写信息写入Group3。
在Pika迁移工具中，将901-1023的读写信息同时指向Group4和Group3。然后进入下一步。

Step3: 主从同步数据并动态切换主从

此时Pika迁移工具已经完成接入，它将转发801-1023的slot请求到后端。

这里需要注意，Pika迁移工具在处理写流量时，会检查主从同步是否完成。

如果主从同步完成，Pika迁移工具会直接将Group4中Pika实例的从断掉，并将新数据写入到Group4中，否则就继续将写入的数据路由到Group3。
如果是读流量，Pika迁移工具会先尝试获取Group4的数据，如果获取到则返回，否则就去Group3获取数据。
如果901-1023的slot中没有写流量，则无法判断该slot主从同步是否完成以及是否要断开主从，那么我们可以向Pika迁移工具发送针对该slot的命令来执行该操作。
直到Group4中所有slot的主从同步完成且主从断开，方进行下一步。

下图比较形象地展示了Pika迁移工具的作业逻辑：

Step4: 将待迁移的slot迁入新的Group

在完成步骤3之后，再将Pika迁移工具的slot信息，即801-900，迁移回Group3，将901-1023迁移到Group4。

将901-1023完全迁移到Group4之后，就可将原来Group3中冗余的旧数据删除。至此，我们通过Pika迁移工具完成了对kv集群的扩容。

这里需要说明的是，Pika迁移工具的大部分功能和codis-proxy相似，只不过需要将对应的路由规则进行转换，并添加上支持Pika的语法指令。之所以能够如此设计实现，是因为在codis-proxy的迁移过程中产生的都是原子性命令的操作，从而能够在Pika迁移工具这一层拦截目标端的数据，并动态地将数据写入到对应的集群中。