OpenTSDB设计解读

OpenTSDB是基于HBase存储时间序列数据的一个开源数据库，确切地说，它只是一个HBase的应用而已，其对于时间序列数据的处理可以供其他系统参考和借鉴。本文会针对它在数据库的设计方面展开一些探索和讨论。 本文原文链接：http://blog.csdn.net/bluishglc/article/details/31052749，转载请注明出处！

本文基于的是OpenTSDB最早的一个稳定版本1.0.0进行讲解的，下载部署完成之后，我们首先需要了解的是它的数据库Schema， 它主要有两个表：tsdb-uid和tsdb. 前者描述指标（metrics）相关的元数据，后者存储时间序列数据。首先我们来了解一下“ 指标”（metrics）的概念，简单讲一个指标就是一个需要收集的数据项，但是只有指标是不能全面地描述出一条数据产生的相关背景信息的，比如：如果我们要统计cpu的使用率，我们可以建立一下名为 proc.stat.cpu 的metrics,如果我们从不同的机器和用户下收集了大量的cpu信息，如果没有对一条信息进行一定地标识，我们是无法区分出哪些数据来自哪台机器的哪个用户，所以我们还需要建立一些“标签”（Tag）来标识一条数据。严格地说，指标和标签之间并没有必然的从属关系，就像两个不同的指标的数据可能都有指示其来自哪台主机的host标签一样，但是有一点是确定的，即：对于一条数据来说，应该至少含有一个指标和一个标签，这样的数据才是有意义的，因此，在OpenTSDB的表设计上，就把 “ 指标” （metrics）和 “标签”（Tag）统一放在了 tsdb-uid表中存储， 格式为：RowKey( 自增ID，3字节数组）：name:metrics,name:tagk,name:tagv ，同时对它们之间的反向关联关系也作了展开存储。

实际上我们看以看到，对于数据来说，指标到数据是一对多的父子关系，标签对数据也是一对多的父子关系，OpenTSDB在这里的设计是非常具有典型性的，实际上这也是HBase表设计上的一种常见的“Pattern”：把表间关联关系展开，以JOIN的结果为RowKey存储数据！包括正向关联和反向关联两类数据！（请仔细参考图1理解）

下面让我们 插入 2个metrics： proc.stat.cpu 和 proc.stat.mem， 以及一条记录:  proc.stat.cpu 1297574486 54.2 host=foo type=user 来观察一下数据表结构 ：

首先是 tsdb-uid表：

图一

从表中的记录可知:

1. 第一条记录：rowkey为\x00，含3个字段：metrics,tagk,tagv， 其值分别是已经添加的所有指标、标签名和标签值的数量。这一条数据是系统生成和维护的。这里有两个metrics:cpu和mem,两个key:host和type,两个value:foo和user,所以 rowkey为\x00的三个数据的value都是2

2. 一个UID是针对一种指标+一种标签名+一种标签值的组合分配的，即 ： 一种指标+一种标签名+一种标签值 = 一个UID，也就是说：一个UID对应的 一种指标+一种标签名+一种标签值的组合才是可以单独抽取出来时行统计的最小单位！

然后我们看 tsdb表：

图二

我们看重点看一下纪录表的rowkey:

指标UID(指标+标签的某个组合）+ 数据生成时间（取整点时间）+标签1-Key的UID+标签1-Vlaue的UID+...+ 标签N- Key的UID+标签N-Vlaue的UID

让我们以图纪录为例，重点看一下时间的处理：

1297574486 = 2011-02-13 13:21:26    

MWeP = 01001101 01010111 01100101 01010000 = 1297573200 = 2011-02-13 13:00:00 (截取整点小时位)

PK = 01010000 01101011 = 1286 (从整点小时到记录时间的秒偏差,1286秒正是21分钟26秒)

1297573200+1286=1297574486

PK，即小时内秒数被当作了Column

一些设计技巧：

1. 针对Hot Spot的应对策略

OpenTSDB处理的是典型的时间序列化数据，必然面临“热点”问题，关于它对热点问题的处理，HBase的官方文档  http://hbase.apache.org/book/rowkey.design.html 中专门提到过：

 However, the difference is that the timestamp is not in the  lead position of the key, and the design assumption is that there are dozens or hundreds (or more) of different metric types. Thus, even with a continual stream of input data with a mix of metric types, the Puts are distributed across various points of regions in the table.    

一般来说，如果使用时间做rowkey,那么前面就必须加“哈希”字段（也就是salted处理)。但是OpenTSDB并没有特别的哈希字段，它的处理比较聪明：首先,时间字段不会放在rowkey的开始位置，其次，rowkey开始位置挑选了自身的一个理想的业务字段“metrics"来替代了“哈希”字段。

从OpenTSDB的处理上我们可以总结出一点：在处理时间序列数据时，如果系统中存在“理想的”“天然的”起哈希作用的字段应该优先考虑其作为rowkey的起始组成部分，后接时间字段，但如果找不到这样的字段再设置人工的哈希字段

2. rowkey的设计思想

一.为了能够检索特定的metrics,tag name,tag name的data point, 将 metrics,tag name,tag name编入rowkey是显然的事情,但是直接使用它们来组成rowkey有两个明显的问题:

1. 会占用大量的存储空间(因为这些值会大量重复地出现在很多的rowkey中)

2. 由于每一个metrics,tag key,tag value的长度都是不固定的,这不利于通过字节偏移量来直接定位它们.(否则需要使用特定的分隔符,而且为了避免输入信息中可能存在特定的分隔符导致解析出错,还要对所有输入信息的分割符进行转义处理)

围绕一个性能指标,会有多种附加"属性"(或者说"标签")对其进行说明与描述, 那么对指标的查询也自然是以这些标签或标签值展开的,因此一条指标记录的rowkey必然要包含这些标签和标签值.但是由于标签和标签值是不定长的,这为rowkey的设计带来麻烦,所以需要为这些标签和标签值分配一个定长的ID,在rowkey中使用它们的ID来指代它们,这样rowkey就可以规范化,方便从rowkey中直接通过偏移截取需要的"部分".

二.Tall-Narrow和Wide-Flat两种表设计风格相结合