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通过拓扑 label 进行副本调度

为了提升 TiDB 集群的高可用性和数据容灾能力,我们推荐让 TiKV 节点尽可能在物理层面上分散,例如让 TiKV 节点分布在不同的机架甚至不同的机房。PD 调度器根据 TiKV 的拓扑信息,会自动在后台通过调度使得 Region 的各个副本尽可能隔离,从而使得数据容灾能力最大化。

要让这个机制生效,需要在部署时进行合理配置,把集群的拓扑信息(特别是 TiKV 的位置)上报给 PD。阅读本章前,请先确保阅读 TiUP 部署方案

根据集群拓扑配置 labels

设置 TiKV 的 labels 配置

TiKV 支持在命令行参数或者配置文件中以键值对的形式绑定一些属性,我们把这些属性叫做标签(label)。TiKV 在启动后,会将自身的标签上报给 PD,因此我们可以使用标签来标识 TiKV 节点的地理位置。

比如集群的拓扑结构分成三层:机房(zone) -> 机架(rack)-> 主机(host),就可以使用这 3 个标签来设置 TiKV 的位置。

使用命令行参数的方式:

tikv-server --labels zone=<zone>,rack=<rack>,host=<host>

使用配置文件的方式:

[server]
labels = "zone=<zone>,rack=<rack>,host=<host>"

设置 PD 的 location-labels 配置

根据前面的描述,标签可以是用来描述 TiKV 属性的任意键值对,但 PD 无从得知哪些标签是用来标识地理位置的,而且也无从得知这些标签的层次关系。因此,PD 也需要一些配置来使得 PD 理解 TiKV 节点拓扑。

PD 上的配置叫做 location-labels,在集群初始化之前,可以通过 PD 的配置文件进行配置。

[replication]
location-labels = ["zone", "rack", "host"]

如果需要在 PD 集群初始化完成后进行配置,则需要使用 pd-ctl 工具进行在线更改:

pd-ctl config set location-labels zone,rack,host

其中,location-labels 配置是一个字符串数组,每一项与 TiKV 的 labels 的 key 是对应的,且其中每个 key 的顺序代表了不同标签的层次关系。

注意:

必须同时配置 PD 的 location-labels 和 TiKV 的 labels 参数,否则 PD 不会根据拓扑结构进行调度。

设置 PD 的 isolation-level 配置

在配置了 location-labels 的前提下,用户可以还通过 isolation-level 配置来进一步加强对 TiKV 集群的拓扑隔离要求。假设按照上面的说明通过 location-labels 将集群的拓扑结构分成三层:机房(zone) -> 机架(rack)-> 主机(host),并对 isolation-level 作如下配置:

[replication]
isolation-level = "zone"

当 PD 集群初始化完成后,需要使用 pd-ctl 工具进行在线更改:

pd-ctl config set isolation-level zone

其中,isolation-level 配置是一个字符串,需要与 location-labels 的其中一个 key 对应。该参数限制 TiKV 拓扑集群的最小且强制隔离级别要求。

注意:

isolation-level 默认情况下为空,即不进行强制隔离级别限制,若要对其进行设置,必须先配置 PD 的 location-labels 参数,同时保证 isolation-level 的值一定为 location-labels 中的一个。

使用 TiUP 进行配置(推荐)

如果使用 TiUP 部署集群,可以在初始化配置文件中统一进行 location 相关配置。TiUP 会负责在部署时生成对应的 TiKV 和 PD 配置文件。

下面的例子定义了 zone/host 两层拓扑结构。集群的 TiKV 分布在三个 zone,每个 zone 内有两台主机,其中 z1 每台主机部署两个 TiKV 实例,z2 和 z3 每台主机部署 1 个实例。以下例子中 tikv-n 代表第 n 个 TiKV 节点的 IP 地址。

server_configs:
  pd:
    replication.location-labels: ["zone", "host"]

tikv_servers:
# z1
  - host: tikv-1
    config:
      server.labels:
        zone: z1
        host: h1
   - host: tikv-2
    config:
      server.labels:
        zone: z1
        host: h1
  - host: tikv-3
    config:
      server.labels:
        zone: z1
        host: h2
  - host: tikv-4
    config:
      server.labels:
        zone: z1
        host: h2
# z2
  - host: tikv-5
    config:
      server.labels:
        zone: z2
        host: h1
   - host: tikv-6
    config:
      server.labels:
        zone: z2
        host: h2
# z3
  - host: tikv-7
    config:
      server.labels:
        zone: z3
        host: h1
  - host: tikv-8
    config:
      server.labels:
        zone: z3
        host: h2

详情参阅 TiUP 跨数据中心部署拓扑

使用 TiDB Ansible 进行配置

如果使用 TiDB Ansible 部署集群,可以直接在 inventory.ini 文件中统一进行 location 相关配置。tidb-ansible 会负责在部署时生成对应的 TiKV 和 PD 配置文件。

下面的例子定义了 zone/host 两层拓扑结构。集群的 TiKV 分布在三个 zone,每个 zone 内有两台主机,其中 z1 每台主机部署两个 TiKV 实例,z2 和 z3 每台主机部署 1 个实例。

[tikv_servers]
# z1
tikv-1 labels="zone=z1,host=h1"
tikv-2 labels="zone=z1,host=h1"
tikv-3 labels="zone=z1,host=h2"
tikv-4 labels="zone=z1,host=h2"
# z2
tikv-5 labels="zone=z2,host=h1"
tikv-6 labels="zone=z2,host=h2"
# z3
tikv-7 labels="zone=z3,host=h1"
tikv-8 labels="zone=z3,host=h2"

[pd_servers:vars]
location_labels = ["zone", "host"]

基于拓扑 label 的 PD 调度策略

PD 在副本调度时,会按照 label 层级,保证同一份数据的不同副本尽可能分散。

下面以上一节的拓扑结构为例分析。

假设集群副本数设置为 3(max-replicas=3),因为总共有 3 个 zone,PD 会保证每个 Region 的 3 个副本分别放置在 z1/z2/z3,这样当任何一个数据中心发生故障时,TiDB 集群依然是可用的。

假如集群副本数设置为 5(max-replicas=5),因为总共只有 3 个 zone,在这一层级 PD 无法保证各个副本的隔离,此时 PD 调度器会退而求其次,保证在 host 这一层的隔离。也就是说,会出现一个 Region 的多个副本分布在同一个 zone 的情况,但是不会出现多个副本分布在同一台主机。

在 5 副本配置的前提下,如果 z3 出现了整体故障或隔离,并且 z3 在一段时间后仍然不能恢复(由 max-store-down-time 控制),PD 会通过调度补齐 5 副本,此时可用的主机只有 3 个了,故而无法保证 host 级别的隔离,于是可能出现多个副本被调度到同一台主机的情况。

但假如 isolation-level 设置不为空,值为 zone,这样就规定了 Region 副本在物理层面上的最低隔离要求,也就是说 PD 一定会保证同一 Region 的副本分散于不同的 zone 之上。即便遵循此隔离限制会无法满足 max-replicas 的多副本要求,PD 也不会进行相应的调度。例如,当前存在 TiKV 集群的三个机房 z1/z2/z3,在三副本的设置下,PD 会将同一 Region 的三个副本分别分散调度至这三个机房。若此时 z1 整个机房发生了停电事故并在一段时间后仍然不能恢复,PD 会认为 z1 上的 Region 副本不再可用。但由于 isolation-level 设置为了 zone,PD 需要严格保证不同的 Region 副本不会落到同一 zone 上。此时的 z2 和 z3 均已存在副本,则 PD 在 isolation-level 的最小强制隔离级别限制下便不会进行任何调度,即使此时仅存在两个副本。

类似地,isolation-levelrack 时,最小隔离级别便为同一机房的不同 rack。在此设置下,如果能在 zone 级别保证隔离,会首先保证 zone 级别的隔离。只有在 zone 级别隔离无法完成时,才会考虑避免出现在同一 zone 同一 rack 的调度,并以此类推。

总的来说,PD 能够根据当前的拓扑结构使得集群容灾能力最大化。所以如果用户希望达到某个级别的容灾能力,就需要根据拓扑结构在对应级别提供多于副本数 (max-replicas) 的机器。同时 TiDB 也提供了诸如 isolation-level 这样的强制隔离级别设置,以便更灵活地根据场景来控制对数据的拓扑隔离级别。