深度解析RabbitMQ集群——超大规模高可用OpenStack平台核心技术深入解析系列高级篇（三）...
摘要:OpenStack已经在很多大型企业里支撑起核心生产业务，这都源于OpenStack中的核心技术与架构，超大规模高可用OpenStack平台核心技术深入解析系列文章，主要介绍了EasyStack在企业级OpenStack一线实践中的所见所感，将分为消息队列篇，计算篇，存储篇，网络篇等等，每篇中的内容都以基础、高级划分，将OpenStack落地最后一公里实打实所遇到的问题分享给大家。
在上一篇中，我们已经详细介绍了RabbitMQ的发展历程与AMQP协议中的相关概念 ，接下来，我们开始进入高级篇的部分，深入介绍如何搭建RabbitMQ集群，以及在RabbitMQ集群中做插件管理、构建HA方案、如何实现通过RabbitMQ支撑高并发的大规模生产集群，本文中将深入解析RabbitMQ服务器与集群。
一、RabbitMQ 服务器
首先，RabbitMQ是基于Erlang语言编写，RabbitMQ 服务器启动后，erlang框架会启动底层的Erlang node，上层启动Erlang 应用和其它的辅助应用，此架构类似于JVM，在一个节点的应用出问题时，该节点仍继续运行，如上图所示。
如何查看RabbitMQ当前的运行状态？
在部署好的集群当中，您可以通过rabbitmqctl status可以查看到RabbitMQ的状态。
上图中，红框内为运行的应用。 Rabbit即为RabbitMQ 服务器。其余则为Erlang／OTP提供的application。
• os_mon: operating system monitor，操作系统监控
• xmerl: Functions for exporting XML data to an external format，导出XML数据到外部格式
• mnesia: a distributed DataBase Management System (DBMS), appropriate for telecommunications applications and other Erlang applications which require continuous operation and exhibit soft real-time properties. 一个分布式数据库管理系统，适合于电信应用和其他需要持续操作并展示实时信息的应用
• SASL (System Architecture Support Libraries)
• Kernel & stdlib: The Kernel application is the first application started. It is mandatory in the sense that the minimal system based on Erlang/OTP consists of Kernel and STDLIB. 是第一个启动的服务，其作为Erlang框架的核心。
注：以上Erlang／OTP的应用都可以通过 “erl –man ”查询它的帮助文档。
如何启动RabbitMQ服务？
RabbitMQ 服务器是通过erl启动，启动时需要进行一系列的应用参数配置：
如上图所示，配置的参数包括了节点名称，配置，日志，插件等等
RabbitMQ 服务启动后，会运行哪些进程？
epmd（Erlang Port Mapper Daemon）：
• Erlang Port Mapper Daemon (epmd). 当启动分布式的Erlang node时，epmd将记录IP／Port信息。 当使用rabbitmqctl join_cluster将Erlang node连接成集群时，epmd负责节点名称和IP／Port的转换。
Beam.smp：
RabbitMQ创建的众多处理消息的线程。
如何设置防火墙？
由于RabbitMQ中上述的应用都在监听不同的端口，如果rabbitmq-server所在的节点需要进行防火墙设置，则需要打开如下端口：
epmd：4369
rabbit：5672（默认值，可通过RABBITMQ_NODE_PORT更改）
rabbit management plugin： 15672
Kernel application: 41055 (在 rabbit.conf 中配置)如何管理RabbitMQ？
RabbitMQ提供的唯一操作工具就是rabbitmqctl。除了常规的queue／exchange／policy／user／permission等操作外，可以利用它的“eval”子命令，来扩展出很多功能。比如查询net_ticktime / erlang cookie。
如何选择RabbitMQ的消息保存方式？
RabbitMQ对于queue中的message的保存方式有两种方式：disc和ram。如果采用disc，则需要对exchange／queue／delivery mode都要设置成durable模式。Disc方式的好处是当RabbitMQ失效了，message仍然可以在重启之后恢复。而使用ram方式，RabbitMQ处理message的效率要高很多，ram和disc两种方式的效率比大概是3:1。所以如果在有其它HA手段保障的情况下，选用ram方式是可以提高消息队列的工作效率的。
如果使用ram方式，RabbitMQ能够承载的访问量则取决于可用的内存数了。RabbitMQ使用两个参数来限制使用系统的内存，避免系统被自己独占。
[{rabbit, [{vm_memory_high_watermark_paging_ratio, 0.75}, {vm_memory_high_watermark, 0.4}]}].vm_memory_high_watermark：表示RabbitMQ使用内存的上限为系统内存的40%。也可以通过absolute参数制定具体可用的内存数。当RabbitMQ使用内存超过这个限制时，RabbitMQ 将对消息的发布者进行限流，直到内存占用回到正常值以内。
Vm_memory_high_watermark_paging_ratio：表示当RabbitMQ达到0.4*0.75=30%，系统将对queue中的内容启用paging机制，将message等内容换页到disk 中。
RabbitMQ的内存使用情况可以通过“rabbitmqctl status”或者管理插件中的Web UI查询。
各个内存条目的含义请参照：https://www.rabbitmq.com/memory-use.html
当消息发送的速率超过了RabbitMQ的处理能力时该怎么办？
RabbitMQ会自动减慢这个连接的速率，让client端以为网络带宽变小了，发送消息的速率会受限，从而达到流控的目的。 使用”rabbitmqctl list_connections”查看连接，如果状态为“flow”，则说明这个连接处于flow-control 状态。
RabbitMQ集群
RabbitMQ基于Erlang编写，天然支持clustering。集群是保证可靠性的一种方式，同时可以通过水平扩展以达到增加消息吞吐能力的目的。
上图中是三个节点的RabbitMQ集群，Exchange A的metadata信息在所有节点上是一致的，queue的完整信息则只在它创建的那个节点上。每个RabbitMQ节点通常以“rabbit@”表示，所以hostname在运行RabbitMQ的节点中很重要。注意：如果更改了hostname，需要重置RabbitMQ内部的数据库，否则服务无法工作。
如何构建集群？
单个rabbitmq-server启动之后，在确保Erlang cookie相同的情况下，可以通过
rabbitmqctl stop_app
rabbitmqctl join_cluster rabbit@<hostname>
rabbitmqctl start_app将几个RabbitMQ节点连接成集群。RabbitMQ集群由Erlang／OTP提供的通讯机制保证集群节点之间的通讯。从逻辑上讲，RabbitMQ集群是单一的message broker，消息队列消费者连接集群中的任一个节点都可以。如果配合HAProxy，client只需要访问单一一个地址，由HAProxy负责load balance，将访问请求分发给各个节点。
如果单纯做试验，也可以在一个虚拟机上启动三个RabbitMQ的实例，只要在启动时通过设置RABBITMQ_NODE_PORT让三个实例监听不同端口即可。
RabbitMQ维护着四种类型的metadata： queue／exchange／binding／vhost，在集群中这些信息被同步到每个节点，因此当用户访问任何一个节点时，通过rabbitmqctl查询到的queue／user／exchange等信息都是相同的。
通常我们将这些信息保存到磁盘上，也就是查询RabbitMQ状态时的“disc”方式，以便集群重启时可以根据保存的metadata信息重建exchange等。
对于exchange来讲，它的所有信息就是一个exchange名字加上一个查询表。查询表中记录了所有的queue binding。当message被发送到exchange时，client连接的channel对routing key进行比对，根据binding进行正确的转发。
对于Queue来讲，虽然它的metadata在每个节点上都有，但只有在它被创建的那个RabbitMQ 节点上才具有完整的信息：比如state／contents等，这个node被称为此queue的owner node。其他节点只知道这个queue的metadata信息和一个指向queue的owner node的指针。
如果一个client访问RabbitMQ的节点上没有需要的queue的完整信息，RabbitMQ将根据这个指针将请求转发到owner node。
这张图上可以看到，Exchange的所有信息被复制到集群中的所有节点，“Queue 1”的metadata被复制到每个节点，但它的完整信息（content）只存在于一个节点上，也就是这个queue的owner node。
Mnesia是RabbitMQ中的数据库，它是内嵌在Erlang中的no-SQL数据库。Exchange／Queue／Binding等的metadata信息都保存在mnesia的数据库文件中。关于RabbitMQ的集群信息也保存在这里。Rabbitmqctl的reset操作实际上就是清空了mnesia数据库所在目录的内容。
RabbitMQ集群模式
除了上面讲到的RabbitMQ 内嵌的clustering方式进行分布式的消息处理，RabbitMQ还有federation／shovel两种分布式方式，这两种方式以RabbitMQ plugin的形式存在。RabbitMQ对网络延迟很敏感，在单个数据中心中使用clustering方式。在WAN环境中，则使用Federation或Shovel。
以Shovel为例，在rabbitmq.conf中定义rabbitmq_shovel的配置，主要是对两个独立RabbitMQ 节点中，定义源和目的节点中exchange／queue的replication关系。当一个请求发送到源RabbitMQ节点时，先响应请求，之后根据replication关系，shovel会异步的将message传送到目的RabbitMQ节点进行处理。
这里对federation／shovel联邦模式跟clustering集群模式一个简单的对比。
作者：石奎，EasyStack高级架构师，曾任职WindRiver/EMC/华为等知名企业，十余年Linux操作系统定制开发及Kernel驱动开发经验，2012年开始贡献OpenStack社区，曾参与设计并实施国内金融领域首个支撑核心生产系统高可靠、高可用OpenStack云平台，具有丰富的超大规模OpenStack云平台的设计与实施经验，去年开始深入研究NFV领域技术及项目设计实施。