数据高速公路：详解数仓集群通信技术-低调大师

数据高速公路：详解数仓集群通信技术

2024-01-04 310

本文分享自华为云社区《直播回顾 | 数据高速公路—数仓集群通信技术详解》，作者：胡辣汤。

大数据时代，集群规模越来越大，业务并发越来越高，数据库集群各节点间的通信压力也越来越大。在本期《数据高速公路—数仓集群通信技术详解》的主题直播中，我们邀请到华为云GaussDB(DWS)技术布道师魏登老师，深入讲解GaussDB(DWS)集群通信技术，如何在大规模集群中承载高并发业务，如何实现高性能分布式通信系统。

一、GaussDB(DWS)集群通信总览

在GaussDB(DWS)集群中，会有1个或多个协调节点（CN）、每台主机有若干个数据节点（CN）、全局事物控制器（GTM）、运维管理模块（OM）、集群管理模块（CM）、数据导入导出模块（GDS）。

协调节点（CN）：负责请求分解、调度、结果返回；SQL解析和优化；仅保存元数据，不保存数据。
数据节点（DN）：负责存储实际表数据（指定分布方式：哈希表、复制表、RroundRobin表）；执行SQL任务并向CN返回执行结果。
全局事务控制器（GTM）：负责生成和维护全局事务ID、事务快照、时间戳等需要全局唯一的信息。
运维管理模块（OM）：提供日常运维、配置管理。
集群管理模块（CM）：集群管理和监控各单元物理资源使用情况。
GDS Loader：批量数据加载，并行加速

以上所有模块通过集群网络相互通信，集群通信不同于执行器、优化器、存储等数据库传统模块，集群通信是分布式数据库特有的。对于集群问题定位，集群性能优化有极大的影响。

下图是GaussDB(DWS)集群总览，本次内容分享对图示进行了一些简化。GaussDB(DWS)是MPP型分布式数据库，使用Share Nothing架构。数据分散存储在各个DN节点。CN不存储数据，作为接收查询的入口，生成的计划会尽量下推到DN并行执行以提升性能。DN执行多表Join时，因为本地DN只有部分数据，需要进行DN间的数据交换对表数据或中间结果集中分布。

GaussDB(DWS)一般查询的数据通信流程：（绿色箭头）

客户端连接CN，下发query；
CN连接所有DN，生成并下发执行计划；
DN间通过网络做表数据或中间结果交换；
DN本地做数据加工，将结果集返回给CN；
CN将结果集聚合加工后返回客户端。

GaussDB(DWS)集群通信总览

二、CN通信框架介绍

1、IP和端口信息

客户端通过IP端口连接到CN，CN中的pgxc_node系统表保存了集群所有节点的IP和端口信息，帮助CN连接集群其他节点。

下图pgxc_node系统表中，node_port，node_host为主机信息；node_port1，node_host1为备机信息。hostis_primary为主备关系，为t时，CN会先连接主机再连接备机，反之亦反。hostis_primary值由CM集群管理组件在主备切换时自动刷新。

2、客户端与CN通信

客户端执行查询流程：

客户端向CN的监听端口发起连接；
CN postmaster主线程accept连接，创建postgres线程并将连接交给此线程处理；
客户端下发query到CN；
CN的postgres线程将查询计划下发给其他CN/DN，查询结果沿原路径返回到客户端；
客户端查询结束，关闭连接；
CN上对应的postgres线程销毁退出。

客户端与CN通信示意图

CN与DN建连立流程，和客户端与CN建连立流程基本相同。为了减少CN与DN建立连接，以及DN进程中postgres线程创建、销毁的开销，CN端实现了pooler连接池。

3、Pooler连接池

Pooler连接池保存了CN与其他CN/DN进程的所有连接，每一个连接都对应其他CN/DN上的一个postgres线程。Pooler连接池通过对连接和线程的复用减少了建立连接以及DN创建、销毁postgres线程产生的开销。

Pooler复用流程：

session需要连接时，通过DB+USER为key找到正确的pooler连接池，优先从中取走现有连接；
query结束后，CN的postgres线程并不会归还连接，连接可以用于当前session的下一个查询；
session结束后，CN的postgres线程会将连接还到对应的pooler，连接对应的DN上的postgres线程并不会退出，处于ReadCommand中，等待复用后CN新的postgres线程发起任务。

Pooler连接池示意图

4、Pooler视图

pg_pooler_status视图记录了pooler连接池中的所有连接信息。如下图所示，每一行表示本CN发起的一个连接，对应对端进程的一个postgres线程。in_use为‘t’表示这个连接正在某线程使用，为‘f’表示空闲连接等待复用。tid列为本CN的持有此连接的线程号node_name列为对端进程号，remote_pid列为对端线线程号。在query_id为0或CN/DN不一致时，通过pooler视图查找CN与DN连接关系。

5、Pooler连接清理

连接池清理机制分为2种，分别是：Session持有的连接、Pooler空闲连接池中的连接。

Session持有的连接：

cache_connection，是否使用pooler连接池缓存连接；
session_timeout，客户端连接空闲超时后报错退出归还连接；
enable_force_reuse_connections，事务结束后强制归还连接；
conn_recycle_timeout（2.1），CN空闲session超时后归还连接。

Pooler空闲连接池中的连接：

pg_clean_free_conn，清理1/4的空闲连接池连接，CM定期调用；
clean connection，清理对应DB或user的所有空闲连接。

三、DN通信框架介绍

1、Stream算子

GaussDB(DWS)是MPP型分布式数据库，使用Share Nothing架构，数据分散存储在各个DN节点，两表满足join条件的数据必须分布在同一个DN上，不满足条件的表需要进行数据重分布，即产生一个stream算子。

每个stream算子需要上下两个线程处理异步网络IO，下层发送数据的称为producer，上层接收数据的称为consumer。

2、Stream线程

DN上的stream算子都需要启动一个stream线程异步发送网络数据，如果开启了SMP并行，一个stream算子可能需要启动多个stream线程，也会建立更多的DN间连接。stream算子（Streaming）分为以下三种：

GATHER：CN与DN通信，收集DN结果集
BROADCAST：DN将本地数据全量广播给其他DN
REDISTRIBUTE：DN将本地数据Hash后发给对应DN

3、Stream线程池

stream线程池实现了DN stream线程的复用，避免了stream线程创建、初始化、清理、销毁的开销。

stream线程池使用无锁队列实现，2000个stream线程并发启动，耗时从2秒级优化到10ms。stream算子需要stream线程时，通过DB name匹配对应的stream线程池，优先复用相同DB的已有线程。已创建的stream线程在查询结束后放入线程池等待复用。stream线程池中的线程本身具有空闲时超时退出功能，每60s超时回收1/4。max_stream_pool参数设置线程池缓存上限，为0时关闭stream线程池功能，也可以临时设置用于清理stream线程。

Stream线程池示意图

4、Libcomm通信库

当集群达到1000个DN时，每个stream线程需要建立1000个连接。如果1000 stream线程并发，DN总共需要建立100万个连接，会消耗大量的连接、内存、fd资源。基于这种情况，设计了Libcomm通信库，Libcomm通信库在一个物理长连接上模拟n个逻辑连接，使得所有并发的数据跑在一个物理连接上，解决了物理连接数过多和建连耗时的问题。

四、通信问题定位

1、通信hang问题

通信hang问题定位步骤：

在pgxc_stat_activity视图中找到问题查询的query_id;
根据query_id查询pgxc_thread_wait_status视图;
过滤掉wait node、flush data、synchronize quit状态后，发现查询阻塞点；
如果均上为上述三种状态，使用Libcomm逻辑连接视图进一步定位；

2、通信报错问题

常见通信报错问题如图所示：

3、通信性能问题定位

使用explain perfomance分析;

按hang问题定位热点阻塞堆栈；
使用gsar工具查看环境是否发生网络丢包重传；

4、网络环境问题

使用gsar工具确认是否发生网络丢包重传；
使用netstat命令确认重传发生在哪一个连接上；

使用top命令在连接两端机器排查ksoftirq进程CPU占用是否有异常；
使用ping、telnet和tcpdump进一步分析丢包问题；

本期分享到此结束，更多关于GaussDB(DWS)产品技术解析、数仓产品新特性的介绍，请关注GaussDB(DWS)论坛，技术博文分享、直播安排将第一时间发布在GaussDB(DWS)论坛。

论坛链接：https://bbs.huaweicloud.com/forum/forum-598-1.html

直播回放链接：https://bbs.huaweicloud.com/live/cloud_live/202312191630.html

点击关注，第一时间了解华为云新鲜技术~

微信关注我们

原文链接：https://my.oschina.net/u/4526289/blog/10576039

转载内容版权归作者及来源网站所有！

低调大师中文资讯倾力打造互联网数据资讯、行业资源、电子商务、移动互联网、网络营销平台。持续更新报道IT业界、互联网、市场资讯、驱动更新,是最及时权威的产业资讯及硬件资讯报道平台。

开发同学的“做事情”&“想事情”&“谈事情”

回看在阿里的这几年，乃至追溯到整个毕业后的工作过程，作为一名后端偏向业务向的一线开发，我一直在想，抛开技术栈和方案经验等这些具体的细致内容之外，究竟有什么东西是能够迁移到更多场景乃至生活上的体悟，思索良久，大抵可以此概述。总会走的“路” 想来，除少数天才外，所有人走进职场的开头，都是从模仿开始的。这一点在工程领域尤甚，跟着前辈、师兄、领导，学习怎么使用开发工具、生产环境，怎么去受理需求，怎么去按照既定的设计实施，最后开发测试完成上线，即便是之后换了新的工作环境，这些流程大致还是需要重走一遍的，当然，这一点我们的术语也称其为“落地”（不排除落地中也包含着文化同化的部分）。随着在一个领域里了解的越来越多，或者是在一个课题中越做越深、越做越细之后，慢慢的会对现状产生怀疑、产生不满，觉得现有的东西不够完美，还能有进步空间，就开始想办法去找新路子、做优化、搞设计，目标是突破现状得到更好的结果。直到某一个领域完全符合了自己的想法（当然不排除也会走向自我和解），也能预见在未来的一段时间内能够cover掉大多数的变化的时候，就会尝试跳出边界外，再去找一个相关的领域或者干脆找一个完全新的领域去从头开...

2024-01-04

284

mybatis-mp 包含丰富的 api： 1：基于注解，映射数据库； 2：支持多表 join 和返回； 3：api 采用 lambda 和 stream 流式设计； 4：内置分页以及超强的 sql 优化功能； 5：稳定且性能极优； 6：轻量级封装 mybatis，几乎没有侵入； 7：api 丰富，支持数据库函数、多表、乐观锁、多租户、逻辑删除、默认值（可动态值）等众多功能； 8：零学习成本，和写 sql 一样方便。 9：支持复杂的返回关系映射：例如一对一，一对多，多对多； 10：支持自定义 sql 模板，再也不用担心框架支持不足； 11：内置代码生成器，通过配置，可定制自身规范； 12：全新的框架，全新的设计理念，新的就是好！本次更新： 1.适配无主键实体映射 2.兼容多个@TableId配置 3.升级springboot3 至 3.2.1

2024-01-03

309

资源下载

更多资源

优质分享App

近一个月的开发和优化，本站点的第一个app全新上线。该app采用极致压缩，本体才4.36MB。系统里面做了大量数据访问、缓存优化。方便用户在手机上查看文章。后续会推出HarmonyOS的适配版本。

Mario

马里奥是站在游戏界顶峰的超人气多面角色。马里奥靠吃蘑菇成长，特征是大鼻子、头戴帽子、身穿背带裤，还留着胡子。与他的双胞胎兄弟路易基一起，长年担任任天堂的招牌角色。

Nacos

Nacos /nɑ:kəʊs/ 是 Dynamic Naming and Configuration Service 的首字母简称，一个易于构建 AI Agent 应用的动态服务发现、配置管理和AI智能体管理平台。Nacos 致力于帮助您发现、配置和管理微服务及AI智能体应用。Nacos 提供了一组简单易用的特性集，帮助您快速实现动态服务发现、服务配置、服务元数据、流量管理。Nacos 帮助您更敏捷和容易地构建、交付和管理微服务平台。

Rocky Linux

Rocky Linux（中文名：洛基）是由Gregory Kurtzer于2020年12月发起的企业级Linux发行版，作为CentOS稳定版停止维护后与RHEL（Red Hat Enterprise Linux）完全兼容的开源替代方案，由社区拥有并管理，支持x86_64、aarch64等架构。其通过重新编译RHEL源代码提供长期稳定性，采用模块化包装和SELinux安全架构，默认包含GNOME桌面环境及XFS文件系统，支持十年生命周期更新。