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每日一博 | 实时数仓混沌演练实践

日期：2023-09-23点击：63收藏

一、背景介绍

目前实时数仓提供的投放实时指标优先级别越来越重要，不再是单独的报表展示等功能，特别是提供给下游规则引擎的相关数据，直接对投放运营的广告投放产生直接影响，数据延迟或者异常均可能产生直接或者间接的资产损失。

从投放管理平台的链路全景图来看，实时数仓是不可或缺的一环,可以快速处理海量数据，并迅速分析出有效信息，同时支持投放管理平台的手动控盘。实时节点事故，将可能导致整个投放链路无法正常运行，另外，投放规则引擎是自动化操作，服务需要24小时运行，所以需要配置及时有效的数据质量监控预警，能快速识别到波动异常或者不符合业务的数据，从而计划引入混沌工程，希望可以通过主动注入故障的方式、尽可能提前感知风险、发现潜在问题，并针对性地进行防范、加固，避免故障发生时所带来的严重后果，提高实时数仓整体抗风险能力。

二、演练范围

为了能更细致反应出混沌演练情况，根据演练的内容不同，将实时数仓混沌分为两部分：技术侧和业务侧。

技术侧混沌：基于中间件、数据库、JVM、基础资源、网络、服务等注入常见的异常，根据实际业务中梳理的应用核心场景进行混沌演练，检验系统的脆弱性和应急响应能力，从而提升团队的稳定性保障处理能力。

业务侧混沌：对于电商活动密集型的公司来说，各种到达率、曝光率，以及更加宏观的 GMV、用户拉新数、用户召唤数等，都能表现出业务的健康程度，在实际生活中，为了描述一种稳定状态，我们需要一组指标构成一种模型，而不是单一指标。无论是否采用混沌工程，识别出这类指标的健康状态都是至关重要的，所以要围绕它们建立一整套完善的数据采集、监控、预警机制，当业务指标发生波动较大时，我们能搞快速感知、定位、修复止血。

过往数仓混沌工程均是技术侧，此次在投放链路已搭建完成主备链路的前提下，期望通可以通过多轮业务侧混沌，提高系统整体的数据异动感知能力。

三、演练计划

工欲善其事，必先利其器，在执行混沌演练前，需要准备好前置工作，制定合理的演练SOP、方案、计划，对演练环境、脚本、数据、工具，场景及爆炸半径等进行可能性评估，在确认可行性ok的情况下，约好关联方时间，再进行实践操作。

本篇主要和大家分享基于业务侧的实时数仓混沌演练过程：

1.编写演练SOP

SOP是一种标准的作业程序，就是将某一事件的操作步骤和要求，进行细化、量化及优化，形成一种标准的操作过程，关于业务侧混沌，尤其是实时数仓数据相关的演练，我们也是第一次做，目前在业界也没有找到相关的演练指导参考，处于探索阶段，为了方便项目进度的顺利进行及后续演练操作更加规范、高效，在演练前期大家经过沟通、讨论后，项目前期梳理的SOP演练模板，如下：

2.演练方案调研

先收集实时数仓投放链路核心指标范围，在此基础上，拉取一段时间内的历史数据进行分析，找到每个指标对应的健康波动阀值，从而在配置相应的DQC规则监控，对于波动不在健康阀值的异常指标，在分钟级别（预期15min）内及时告警，并快速排查响应。为此，在演练前期，我们经历过一系列的方案调研、探索，如下：

「下文提供的方案，指标数据都是以设备激活数为例进行分析」

方案一: 按照天维度，收集最近一段时间，同一天每个整点设备激活数，占当天大盘占比，统计出最小值、最大值，作为该指标的健康波动阀值;
方案二: 按照天维度，收集一段时间内，同一天相邻整点指标波动数据找规律，比如每天上午9点到10点的波动数据，然后分别通过一系列的数学分布方法进行数据统计，从而希望找一个相对稳定的波动区间；
方案三: 按照天维度，收集一段时间内，相邻天整点指标波动数据找规律，比如昨天上午9点到前天上午9点的波动数据，然后分别通过一系列的数学分布方法进行数据统计，从而希望找一个相对稳定的波动区间；
方案四:在前面三种方案的基础上，指标在工作日和周末的波动可能不一样，所以我们在日维度统计的基础上，我们也调研了周维度同比波动分布情况，比如每周一上午9点到上午10点的波动数据，然后分别通过一系列的数学分布方法进行数据统计，从而希望找一个相对稳定的波动区间；
方案五:同理，我们也调研了周维度环比波动分布情况，比如本周一上午9点到上周一上午9点的波动数据，然后分别通过一系列的数学分布方法进行数据统计，从而希望找一个相对稳定的波动区间；
方案六：基于主备链路，在source源相同的情况下，经过实时数仓计算出的指标，在同一段时间两条链路sink出来的结果数据，正常应该是保持一致，或者波动较小，比如10分钟延迟的主备链路，波动不超过10%，平均差异做到一致性做到90%以上。

方案1到5，都尝试过一遍，每个方案场景数据通过最大值、最小值、平均值、各百分位分布、方差、标准差等统计出来的数据分析，很难找到一个相当稳定的波动规律，也无法框定指标具体的阀值区间，实际演练过程，如果设置的波动告警阀值过大，真实生产上业务数据波动异常时，无法及时告警发现；设置过小，将导致告警频繁，对其准确性、有效性可能存在质疑，而且，实时投放的核心指标有几十个，每个指标对应的健康阀值都不一样，要收集、分析成本非常高，从演练的效果上看，也不是很明显。

整体评估下来，演练主要采用的是方案六：涉及到的实时投放核心指标数共收集29个，一段时间内（15min），主备链路指标波动差异不超过10%。

3.演练方式

红蓝对抗演练，将团队分为红（防）蓝（攻）两组。

测试人员组成蓝军：负责制定混沌演练方案，执行目标系统故障注入，详细记录演练过程；

实时数仓开发为红军：负责发现故障、应急响应、排除故障，同时验证系统在不同故障场景下的容错能力、监控能力、人员响应能力、恢复能力等可靠性能力。

四、演练流程

整体演练过程，大致分为三个阶段：准备阶段、攻防阶段及复盘阶段。

1.准备阶段

方案准备完评审通过后，确认好链路计划；
蓝军按计划根据事先制定的攻击方案，提前准备好相应的测试数据、脚本； ‍
红军按计划根据事先制定的攻击方案，在演练前，提前确保环境可用，并进行监控防御、应急响应措施。

2.攻防阶段

蓝队根据事先制定的攻击方案，模拟真实的攻击行为，按照约定的时间在演练链路（备用链路）进行攻击，进行故障注入，同时记录好相应的操作步骤，方便后续报告梳理；
红队在蓝军攻击后，通过飞书/邮件告警等通知方式实时关注监控系统运行情况，如有异常告警，需第一时间进行问题排查定位，在评估修复方案；
在攻防对抗的过程中，蓝军可根据红军的防御措施进行调整和改进攻击策略，尽力突破系统的防御并达到既定目标，同时红军也可分析蓝军的攻击手法和行为模型，不断改进防御措施来加强防御。

3.复盘和改进阶段

在混沌演练结束后，进行总结和评估，分析红队和蓝队的表现，评估系统的安全性和抗攻击能力；
总结经验教训，总结成功的防御措施和失败的攻击手法，以便于改进系统的安全策略； ‍
根据评估结果和总结经验，制定改进计划，修补系统中的漏洞和薄弱点，提升系统的抗风险能力。

五、攻防实战

本次演练共计有29个指标波动case，整体演练操作大同小异。

以其中case17 “召回商品收藏uv在某个渠道下整点波动异常”为例，具体的演练操作流程如下。

1.数据准备

通过后台数据库，拉出生产主(备)链路，某个渠道（如media_id = '2'）下某个整点（如hour = 10）下，召回商品收藏uv对应的整体统计值N。

--渠道小时整点维度下，商品收藏uv汇总数据 select `指标名称`, `日期`, '2' as `指标ID`, `小时段`, sum(`指标值`) from table_a where date = date_format(now(), '%Y%m%d') and `指标名称` in ( '商品收藏uv' ) and `小时段` = 10 AND `指标id` = '2' GROUP BY `指标名称`, `日期`, `小时段` order by 指标名称;

拉出备用链路，某个渠道（如media_id = '2'）下某个整点（如hour = 10）下，具体的一条明细数据，记录商品收藏uv对应的值为n,把n改为n+0.1N,后续注入进备用链路，从而使得主备波动差异在10%。

-- 明细数据 select t.指标名称,t.账户id,t.计划ID,t.设备类型,t.指标值 from ( select `账户id`, `计划id`, `指标名称`, `指标值`, `设备类型` , row_number() over (partition by 指标名称 order by 指标值 desc ) as rn from table_a where date = date_format(now(), '%Y%m%d') and `指标名称` in ('商品收藏uv') and `设备类型` = '召回' and `小时段` = 10 AND `指标id` = '2' ) t where t.rn = 1 ORDER BY 指标名称;

整理后得到需要注入的数据数据，见标黄部分。

2.故障注入odps

将需要注入的数据导入odps。

导入前，需要在datawork空间中新建测试表du_qa_dw_dev.hundun_case，用于导入演练数据

-- drop table if EXISTS du_qa_dw_dev.hundun_case; CREATE TABLE IF NOT EXISTS hundun_case ( message STRING COMMENT '消息内容' ) COMMENT '混沌演练' ;

往du_qa_dw_dev.hundun_case表里灌数。

验证数据导入是否成功。

3.odps同步到kafka

执行flink同步脚本，将odsp du_qa_dw_dev.hundun_case表表数据同步到对应的kafka topic中。

flink任务脚本：

--SQL --********************************************************************-- --odps同步到kakfa脚本，用于实时数仓混沌演练异常注入使用 --********************************************************************-- -- 基本函数 CREATE FUNCTION JsonParseField AS 'com.alibaba.blink.udx.log.JsonParseField'; CREATE FUNCTION jsonStringUdf AS 'com.alibaba.blink.udx.udf.JsonStringUdfV2'; ---同步账号表 CREATE TABLE `source` ( message VARCHAR ) WITH ( 'connector' = 'du-odps', 'endPoint' = '***', 'project' = '***', 'tableName' = 'hundun_case_01', 'accessId' = '*******', 'accessKey' = '*******' ); CREATE TABLE `kafka_sink` ( `messageKey` VARBINARY, `message` VARBINARY, PRIMARY KEY (`messageKey`) NOT ENFORCED ) WITH ( 'connector' = 'du-kafka', 'topic' = '********', 'properties.bootstrap.servers' = '*******', 'properties.compression.type' = 'gzip', 'properties.batch.size' = '40960', 'properties.linger.ms' = '1000', 'key.format' = 'raw', 'value.format' = 'raw', 'value.fields-include' = 'EXCEPT_KEY' ); INSERT INTO kafka_sink SELECT cast(MD5(message) as VARBINARY), cast(message as VARBINARY) FROM source ;