滴滴海量离线数据的在线化 — FastLoad-优快云博客

桔妹导读：滴滴自成立以来，有海量的数据存储在离线平台，离线数据虽然存储便宜，压缩比高，但不适用于线上使用。为此，我们提供了一键式DTS平台——FastLoad，帮助业务往在线存储系统搬运离线数据，目前主要针对滴滴自研分布式存储Fusion，Fusion以RocksDB为存储引擎，服务线上集群500+，承载业务数据1600TB+，总QPS峰值1200W+，是一个成熟稳定的分布式NoSQL/NewSQL解决方案。

0.

1. 业务背景：雄关漫道真如铁

在没有FastLoad以前，业务一般都会自己维护读离线数据，写在线存储引擎的业务逻辑。比如，滴滴有很多重要的业务有如下的场景：前一天的订单数据会落到离线平台，经过一些特征提取和分析，转换成业务需要使用的数据。在第二天线上高峰期前，需要把这部分数据及时导入线上，才能够不影响业务逻辑。这些业务都需要定时更新在线数据、线上使用最新数据，下面我们对需求进行提取。

定时更新

像特征数据，一般需要小时级别甚至天级别的更新，所以业务需要有快捷的定时更新功能。

快速更新

特征数据还有一个特点，就是数据量特别大，以乘客特征为例，动辄上 TB 级别数据量。这么大的数据量通过 SDK 写入肯定是不行的。刚开始业务方也确实是这么玩的，直接通过 Hadoop 任务调用 Redis SDK，然后一条条的写入 Fusion，一般是每天凌晨开始写数据，等到早高峰 8 点时大量读取。但是这种方法实践下来，经常导致 Fusion 各类超时，在早高峰打车已经来临时还在写凌晨的数据，非常影响稳定性。因此第 3 个需求是必须快速更新。

稳定性

这个是毋容置疑的。

多表隔离

有些业务有很多类特征数据，他们有隔离存储的需求，也有分类更新、分类查找的需求，因此需要多表来支持逻辑到物理的隔离。

下面我们看下用户正常写存储的流程，如图展示了以RocksDB为引擎的存储的写入过程。

正常灌库流程

如图可见，从Hive写到最终存储的链路比较长，数据要经过几次中转才能最终落盘。我们做一个公式换算，1TB的数据，以5w的QPS写入存储，每个请求写512B，需要大约12个小时，也就是半天的时间才能将数据完全写入。要是每天更新的任务，在早高峰之前根本不能取到最新的数据，是不满足业务场景的。

为了满足上述提及的4点需求，我们需要转换思维，不能拘泥于传统的数据灌入方式。我们萌生了一个快速导入的想法，如果将文件直接拷贝到存储中，就可以避免上图中的1/2/3/4，直接对外开放读。

2. 技术探讨：工欲善其事必先利其器


▍Ingest SST

我们需要以文件方式导入到存储引擎中，借助了RocksDB提供的IngestFile接口，通过用户预先创建好的SST文件，直接加载到硬盘的LSM结构中，已达到快速导入的目的。直接构造SST文件并导入的方式，绕开了上图正常灌库的流程，避免了写WAL日志、写内存、刷盘等操作，同时RocksDB的Ingest能够尽可能地将数据放在LSM结构中最底层的位置，减少L0到Ln层不断Compact带来的写放大。

Ingest SST文件

Ingest SST文件流程为：

检查需要导入的SST是否合法，包括文件之间Key值是否有重叠，文件是否为空，ColumnFamilyID是否合法等等。
阻塞DB实例的写入操作，对可能与Ingest文件有重叠的MemTable进行刷盘操作。阻止RocksDB执行新的Compact任务导致LSM结构更新。
确定Ingest的文件应该在磁盘LSM结构中的哪一层，RocksDB会尽可能地将文件放在Key值不重叠的最底层。如上图所示，Key值范围为[E, F]的SST文件将Ingest导入到了L1层；随后，根据当前存在的快照、LSM组织形式等设置SST文件的元信息。
将之前设置的阻塞标记全部删除。

总的来说，Ingest导入是RocksDB的一个很关键的功能特性，适合用户数据的大批量写入。上述描述了一个将新文件Ingest到已存在的DB实例中的流程，可以看出是比较重的操作，除了会导致停写停Compact，还会导致MemTable强制刷盘。所以对于每天更新的任务，我们完全可以每天往新的DB实例里导文件，这样就能避免很多的阻塞。

▍Map/Reduce产出全局有序文件

从上述的Ingest文件可以看出，导入文件的堵塞需要付出比较大的代价，堵塞在线写和增大系统Compact。我们可以通过往新DB实例中导文件避免堵塞写，通过保证SST全局有序避免系统Compact。从Hive到SST这一步，我们依赖了大数据引擎进行Map/Reduce，将原始数据作为输入，按照用户提交的拼接Key的方式，启动Map/Reduce任务直接构造最终DB需要的SST文件。

3. 系统架构：千磨万击还坚劲

经过上面的背景和技术细节，我们最终完成了如下图的系统架构。

一键式DTS平台——FastLoad系统架构

整个系统分为以下几个模块：

控制台服务：对外提供控制台表单和OpenAPI方式接入，提供创建任务、Schema转换规则等服务。
大数据调度模块：依赖Hadoop的计算资源，将Hive数据导出为我们需要的中间文件，在经过Map/Reduce的构建，生成全局有序的SST文件。
文件下载模块：根据分布式存储的路由表，将SST文件下载到不同的存储节点。
文件导入和DB切换：依赖上文提及的Ingest SST的方式，将文件一次性导入DB实例。为了避免上述提及的堵塞，我们提供往新DB实例导数据的选项，这样就可以避免因线上写而导致的堵塞，空数据也可以避免Compact。假如选择了新DB导入的选项，最后还会有一次DB新旧实例的切换，相当于一次链接映射。

4. 总结展望：直挂云帆济沧海

▍基于FastLoad的数据传输给业务带来的收益

大大缩短业务导数据耗时，1TB数据平均导入时间为1小时；

线上服务业务300+，每天运行次数1000+，每天导数据量30TB+；

服务稳定性达到99.99%，上线运行2年无任何重大事故；

高频运维操作一键自助完成，90% 的问题，5 分钟完成定位；

▍发展规划

架构优化，整体架构目前依赖Hadoop，可以考虑迁移到Spark，提升运行效率；

管控优化，提供更细致更全面的FastLoad监控和报表；

多产品应用，目前FastLoad主要针对NoSQL和NewSQL两种场景，同比可以应用在ES、MQ等场景；

新场景支持，离线数据的实时读取不仅对OLTP场景提供了更好的支持，也为接下来大热的HTAP场景提供了无限的可能。



本文作者

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赵锐
滴滴 | 高级工程师


从事分布式存储NoSQL/NewSQL的相关研发，参与从零开始构建滴滴分布式存储Fusion，有PB级别存储、千万QPS的存储经验。


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