案例分享｜Alluxio数据流转方案在联通智网的应用

分享嘉宾
陈得泳 - 中国联通大数据平台 SRE 工程师，致力于基于开源生态构建稳定、高效、安全、低成本的大数据集群。

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业务背景

• 统一底座和安全基座位于不同 IDC；
• 统一底座：承接 O 域全域网络数据，包括移动网信令、告警、故障、资源以及固网数据等基础数据加工的大数据集群，位于郑州 IDC；
• 安全基座：是应对网络安全专项支撑的大数据分析平台，位于呼和 IDC。

统一底座加工后的 DNS/NetFlow 等固网基础数据，支撑安全基座数据分析需求。 

数据规律

• O 域统一底座每小时生产数据，存储于 HDFS 集群，需要在一小时内传输至安全基座的 HDFS 集群，供业务加工，两套大数据平台都有自己独立的 KDC；
• 每小时的数据呈规律性波动，日传输数据总量达 310TB，平均每小时约 13TB（波峰 16TB，波谷 4.6TB）。

业务挑战

310TB 的数据分布在 6 张 Hive 表，此数据同步任务吞吐性能受限于以下挑战：

• 带宽受限：因为没有单独的专线，两个 IDC 之间的数据传输复用了共享的带宽，存在 15GB/s 限制 ，避免数据传输任务影响共享带宽中其它跨域交互的业务；
• KDC 互信：O 域统一底座和安全基座是两套独立的大数据平台，为了避免直接交互，均配置了独立的 KDC，KDC 之间不能配置互信，所以需要实现跨 KDC 数据传输；
• 数据校验：每日庞大的数据传输量及众多的任务，为确保数据完整性，采取强化一致性策略、实施严格数据校验机制，以及增量同步技术，用来提升系统的可靠性与数据准确性。 

历史方案

历史同步方案基于 Hadoop 的 DistCP 实现，在统一底座和安全基座集群之间建设一套中转集群包含：

• 非 Kerberos HDFS 作为中转集群；
• 与源端同 KDC Realm 的 YARN-SRC；
• 同目标端同 KDC Realm 的 YARN-DST。

方案的实现过程：

1. 使用 YARN-SRC 将统一底座的数据同步至中转集群；
2. 使用 YARN-DST 将中转集群的数据同步至安全基座；
3. 配套调度任务和监控告警。

历史方案的缺陷

• 数据中转落盘增加时延：数据从 YARN-SRC 到 YARN-DST 的传输过程中，数据会在非 Kerberos HDFS 集群落地一次，然后再上传至目标 HDFS。这种分步传输增加了额外的时延。同时，由于中间的本地 HDFS 集群存在性能瓶颈，导致整体数据流转速度变慢；
• 数据中转存在安全风险：非 Kerberos HDFS 集群，无身份认证仍可访问，存在数据泄漏的安全风险；
• 带宽与硬件限制性能：数据吞吐性能受带宽和本地非 Kerberos HDFS 集群硬件资源的双重制约。带宽瓶颈使得数据在不同节点之间传输时出现延迟。同时，本地 HDFS 集群的硬件资源限制了并发处理能力（任务量翻倍），无法充分有效的支撑大量数据同时进行读写。

数据领域的 “菜鸟裹裹”—Alluxio 数据流转方案

Alluxio 数据流转方案核心优势

• 提供跨多数据中心和多套 KDC 异构存储集群的统一视图；
• 具备高吞吐、高可用、高稳定性的数据流转，包括存储拉取、缓存及集群间的数据分发、迁移和拷贝；
• 传输任务包含：失败重传、校验不通过自动重新提交、文件去重等能力；
• 具备数据校验功能，增强数据完整性；
• 配备丰富易用的运维和监控工具。

具体方案

应用将本地 HDFS 中转方案替换为 Alluxio 数据流转方案后，将原有从源 HDFS 拉取到中转 HDFS 集群，和从中转 HDFS 集群上传到目标 HDFS 集群的两次传输动作，优化成从源到目标的直接传输，有如下显著的提升：

1. 减少了中间步骤，大大提高了数据传输效率，减少了性能瓶颈点；
2. 提升了带宽利用率，在数据波峰时，可以接近 15GB/s 的带宽上限，相较于原有方案带来约 3x 的性能提升；
3. 实现双 KDC 交互，避免数据落盘，降低数据泄露的安全风险；
4. 提供了丰富的数据分发管控功能和工具。

任务流程

1. 配置任务自动调度，调度前自动扫描；
2. 执行前会比对上下游 HDFS 数据是否一致，如果不一致，则进入下一步；
3. 执行前判断上游是否正在对分区进行数据写入，如果没有，则进行分区数据传输任务；
4. 任务失败或者存在临时目录时会自动等待下次任务执行。

生产效果

基于 Alluxio 数据流转方案的带宽使用情况展示：

从带宽监控来看，12:00–00.00 带宽使用率较高，数据量相对较大，但能保证数据在 1 小时内传输完成；00.00–10.00 数据量相对较小，30 分钟左右执行完，带宽峰值 15GB/s（35 个节点的总带宽），基本上能够打满带宽，说明传输速率相对稳定。

在提供高性能数据下发能力的同时，Alluxio 还提供：

• 数据下发任务提交、运维的管理工具；
• 数据下发任务校验功能；
• 在下发任务部分文件失败、或者校验不通过时，能重新执行下发任务，同时自动带去重能力（已经成功下发的文件自动跳过，不重复进行下发，浪费带宽）。

Alluxio 数据流转方案带来的价值

1. 性能提升显著：跨省机房定时数据传输任务吞吐提升 3 倍以上；
2. 安全风险规避：满足多个不互信 KDC 下 HDFS 集群接入，规避数据泄露风险；
3. 服务与工具优化：提供高可用、可扩展的能力及丰富管理、运维和监控工具；
4. 成本与复杂度降低：相比原有方案，降低硬件、运维人力成本及复杂度。

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