kafka运行环境优化分析

1.kafka高性能的特点及条件

kafka是一个高吞吐量分布式消息系统，并且提供了持久化。其高性能的有两个重要特点：（1）利用了磁盘连续读写性能远远高于随机读写的特点；（2）并发，将一个topic拆分多个partition。
要充分发挥kafka的性能，就需要满足这两个条件。linkedin的测试，就把这两个方面发挥到极致（参考http://engineering.linkedin.com/kafka/benchmarking-apache-kafka-2-million-writes-second-three-cheap-machines）

(1)磁盘的连续性

        要充分利用磁盘连续读写高性能的特点，就意味着要减少操作系统对磁盘的重新调度。kakfa内部的实现非常巧妙：
 
生产：   网络 —>  pagecache(内存) —>磁盘
消费：   磁盘 —> 网络          （使用sendfile将磁盘数据直接拷贝到网卡发送缓冲区）
 
        这样的设计使得，写磁盘的机会仅仅是pagecache需要flush到磁盘的时候；这样保证了大多数时候磁盘可以连续地读取，而且直       接复制到网卡，避免消费影响到生产（写入内存）。另外，使用文件系统pagecache而不是自建缓存，还利用pagecache对于            sendfile来说是透明的优势，也就是在没有消息堆积时，数据流动实际时pagecahe直接到网卡，减少磁盘io又保证及时消费。

(2)并发，将topic拆分多个partition

        kafka读写的单位是partition，因此，将一个topic拆分为多个partition可以提高吞吐量。但是，这里有个前提，就是不同partition需       要位于不同的磁盘（可以在同一个机器）。如果多个partition位于同一个磁盘，那么意味着有多个进程同时对一个磁盘的多个文         件进行读写，使得操作系统会对磁盘读写进行频繁调度，也就是破坏了磁盘读写的连续性。
      在linkedlin的测试中，每台机器就加载了6个磁盘，并且不做raid，就是为了充分利用多磁盘并发读写，又保证每个磁盘连续读写       的特性。
       

      具体配置上，是将不同磁盘的多个目录配置到broker的log.dirs，例如
      log.dirs=/disk1/kafka-logs,/disk2/kafka-logs,/disk3/kafka-logs
      kafka会在新建partition的时候，将新partition分布在partition最少的目录上，因此，一般不能将同一个磁盘的多个目录设置到log.dirs
 

2.kafka在虚拟机环境的优化

        kafka高性能很大程度依赖于磁盘（文件系统）的连续读写，而在虚拟机环境中，文件系统一些不同的特点，因此做好这些优化很有必要。

(1)虚拟文件系统的特点

       通常，虚拟机不会直接使用物理磁盘（尽管可以）。多个物理磁盘或者raid阵列被宿主系统虚拟成一个大的磁盘，再分配各个虚拟机。对于虚拟文件系统来说，有2个特点比较重要
写优先。大多数虚拟文件系统为了保证磁盘数据的更新，都会一定程度保证写优先
非连续。对于可变大小的虚拟磁盘，通常再需要空间的时候再进行实际分配，造成逻辑上连续的文件，物理存储并不一定连续
高性能。为了支持多个虚拟机同时运行，合理的情况下配置的整体磁盘性能会比较高
不稳定。由于多个虚拟机同时运行的互相影响，可能会出现资源争夺导致的不稳定 

(2)kafka在虚拟机环境的优化

       首先是，多磁盘的并发的问题。不管怎么说，虚拟机环境至少剥夺了单个kafka同时使用多个磁盘的优势。也就意味着，在在同一个虚拟机，同一个topic，最好只有一个partition；当然，不同topic之间partition如果同时生产－消费也会互相影响，但不一定会同时在高峰（同个topic一定）。构建较大集群（在不同物理机）仍然能够保持并发优势。
 
      其次，写优先和不稳定也是需要考虑问题。如果多个topic同时写入，或者其他虚拟机抢占资源，可能会导致消费缓慢。因此，监控就显得特别重要，对于消费过慢的partition 暂停写入。由于pagecache默认会使用所有可用内存，增加内存可以减少flush到磁盘的次数，使得读取（消费）更加顺利。
 
     另外，为了保证读写连续性，kafka自身及其他服务不要和log.dir共享磁盘。在美团虚拟机上，可以考虑将kafka 安装在系统磁盘， 数据盘(/opt)完全用于日志存储。
 
      总结一下，kafka在虚拟机环境的优化有三点：
      第一，组建较大集群，并保证同一个topic的不同partition位于不同虚拟机（所以在不同的磁盘）
      第二，监控，对于消费过慢的partition（所在的broker），暂停写入（生产），等待消费
      第三，将kafka安装在系统盘，数据盘(/opt)完全用于消息存储。数据盘上不安装其他服务

 

       不得不提的是，以上结论在美团办公云（读取200mb/s +）上测试有明显的表现；。但是，良好的配置可以提升稳定性，比如出现多个topic同时达到高峰，或者出现别的虚          拟机抢占资源的时候，通常更不容易出现故障。

(3) 内存相关设置

现在线上  默认的jvm内存堆分配较大（比如8g内存给jvm堆6g），导致系统其他可用内存比较小。pagecache是linux内核的低优先级缓存，在内存空间富裕的情况下才能获得较大的空间。并且kafka不自建缓存，堆空间需求也比较小。因此建议保留物理内存的1/2以上给系统，以便保证pagecache的分配。

关于jvm内存参数设置请参考：jvm调优总结

引用自-洪进栋wiki