ClickHouse资源配额：CPU、内存、磁盘资源管理
项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/cli/ClickHouse 你是否曾因ClickHouse查询占用过多CPU导致系统响应缓慢？是否遇到过内存溢出或磁盘空间耗尽的问题？本文将详细介绍如何通过ClickHouse的资源配额功能，实现对CPU、内存和磁盘资源的精细化管理，确保系统稳定运行。读完本文后，你将能够：配置CPU使用率限制、设置内存阈值、管理磁盘空间分配，并通过实际案例优化资源使用。
CPU资源管理
ClickHouse提供了多种CPU资源管理机制，帮助用户合理分配计算资源，避免单个查询或用户占用过多CPU时间。
CPU调度与配额
ClickHouse引入了CPU槽位调度机制，通过cpu_slot_preemption设置启用抢占式调度，确保公平分配CPU资源。相关配置可在src/Interpreters/Context.cpp中找到：
bool Context::getCPUSlotPreemption() const
UInt64 Context::getCPUSlotQuantum() const
void Context::setCPUSlotPreemption(bool cpu_slot_preemption, UInt64 cpu_slot_quantum_ns, UInt64 cpu_slot_preemption_timeout_ms)
默认情况下，CPU时间片（quantum）为10毫秒（10,000,000纳秒），抢占超时时间为1秒。管理员可根据实际需求调整这些参数，平衡系统响应速度和查询执行效率。
工作负载管理
ClickHouse允许为不同类型的任务（如查询、合并、突变）分配不同的CPU资源。通过设置merge_workload和mutation_workload，可以为合并和突变操作指定特定的工作负载类型，从而实现资源隔离。相关设置位于src/Interpreters/Context.cpp：
String merge_workload TSA_GUARDED_BY(mutex); /// Workload setting value that is used by all merges
String mutation_workload TSA_GUARDED_BY(mutex); /// Workload setting value that is used by all mutations
此外，concurrent_threads_scheduler设置控制CPU槽位在并发查询间的分配方式，可选择round_robin（轮询）或fair_round_robin（公平轮询）策略，后者能更好地平衡INSERT和SELECT操作的CPU占用。
过载保护
当系统CPU负载过高时，ClickHouse会触发过载保护机制。通过min_os_cpu_wait_time_ratio_to_drop_connection和max_os_cpu_wait_time_ratio_to_drop_connection设置，可控制在CPU过载时是否拒绝新连接。相关实现位于src/Interpreters/Context.cpp：
double Context::getMinOSCPUWaitTimeRatioToDropConnection() const
double Context::getMaxOSCPUWaitTimeRatioToDropConnection() const
void Context::setOSCPUOverloadSettings(double min_os_cpu_wait_time_ratio_to_drop_connection, double max_os_cpu_wait_time_ratio_to_drop_connection)
内存资源管理
内存管理是ClickHouse性能优化的关键环节，合理的内存配置可避免OOM（内存溢出）错误，提升系统稳定性。
内存限制设置
ClickHouse提供了多层次的内存限制机制，包括全局内存限制、用户级内存限制和查询级内存限制。全局内存设置可在配置文件中指定，而用户和查询级别的限制则通过资源配额和查询设置实现。
在src/Interpreters/Context.cpp中，max_threads设置控制每个查询可使用的最大线程数，间接影响内存消耗：
size_t threads = std::min(static_cast<size_t>(getNumberOfCPUCoresToUse()), replica_names.size());
此外，max_memory_usage和max_memory_usage_for_user等设置可直接限制查询和用户的内存使用量。
内存使用监控
ClickHouse提供了内存使用监控指标，帮助管理员实时掌握系统内存状态。QueriesMemoryUsage和QueriesPeakMemoryUsage异步指标可反映当前和峰值查询内存使用情况。相关实现可在CHANGELOG.md中找到：
* Add asynchronous metric for memory usage in queries (`QueriesMemoryUsage` and `QueriesPeakMemoryUsage`).
通过监控这些指标，管理员可以及时发现内存使用异常，调整资源配置。
内存优化策略
为减少内存消耗，ClickHouse提供了多种优化策略。例如，查询条件缓存（query condition cache）可通过query_condition_cache_selectivity_threshold设置排除低选择性的谓词扫描结果，降低缓存内存占用：
* Added setting `query_condition_cache_selectivity_threshold` (default value: 1.0) which excludes scan results of predicates with low selectivity from insertion into the query condition cache.
此外，向量相似度索引的二进制量化（binary quantization）技术显著减少了索引构建和查询时的内存使用，同时提升了查询速度：
* The vector similarity index now supports binary quantization. Binary quantization significantly reduces the memory consumption and speeds up the process of building a vector index.
磁盘资源管理
磁盘资源管理涉及存储空间分配、I/O限制和磁盘故障处理等方面，确保数据存储的可靠性和高效性。
磁盘配置与配额
ClickHouse支持多磁盘配置，可通过存储策略（storage policy）定义不同磁盘的使用规则。管理员可在配置文件中指定磁盘类型（如本地磁盘、S3对象存储、Azure Blob存储等），并为数据库或表分配特定磁盘。例如，src/Storages/FileLog/StorageFileLog.cpp中提到了如何为FileLog表指定存储磁盘：
disk(getContext()->getStoragePolicy("default")->getDisks().at(0))
对于Iceberg和DeltaLake表，可通过disk存储级别设置自定义磁盘配置：
* `Iceberg` and `DeltaLake` tables support custom disk configuration via storage level setting `disk`.
磁盘I/O限制
为避免磁盘I/O操作影响系统性能，ClickHouse提供了I/O限流机制。管理员可通过max_local_read_bandwidth、max_local_write_bandwidth等设置限制本地磁盘的读写带宽，类似地，max_remote_read_network_bandwidth和max_remote_write_network_bandwidth可限制远程存储的网络I/O带宽。相关设置位于src/Interpreters/Context.cpp：
extern const ServerSettingsUInt64 max_local_read_bandwidth_for_server;
extern const ServerSettingsUInt64 max_local_write_bandwidth_for_server;
extern const ServerSettingsUInt64 max_remote_read_network_bandwidth_for_server;
extern const ServerSettingsUInt64 max_remote_write_network_bandwidth_for_server;
磁盘监控与故障处理
ClickHouse会定期检查磁盘状态，对于云存储（如S3、Azure），可通过skip_access_check设置控制是否跳过访问检查，以及extra retries配置处理临时访问问题：
* Add extra retries for disk access check (`skip_access_check = 0`) in Azure because it may be provisioning access for quite a long time.
此外，system.disks系统表提供了磁盘使用情况的详细信息，管理员可通过查询该表监控磁盘空间和健康状态：
SELECT name, path, free_space, total_space FROM system.disks;
资源配额配置实例
以下是一个综合配置示例，展示如何在ClickHouse中设置CPU、内存和磁盘资源配额：
创建资源配额
CREATE RESOURCE QUOTA my_quota
FOR INTERVAL 1 HOUR
SET
MAX_CPU_USAGE = 10,
MAX_MEMORY_USAGE = 1000000000,
MAX_DISK_SPACE = 10000000000
TO user1, user2;
配置存储策略
在config.xml中定义多磁盘存储策略：
<storage_configuration>
<disks>
<fast_disk>
<path>/mnt/fast_ssd/</path>
</fast_disk>
<slow_disk>
<path>/mnt/hdd/</path>
</slow_disk>
</disks>
<policies>
<hot_and_cold>
<volumes>
<hot>
<disk>fast_disk</disk>
<max_data_part_size>10G</max_data_part_size>
</hot>
<cold>
<disk>slow_disk</disk>
</cold>
</volumes>
<move_factor>0.2</move_factor>
</hot_and_cold>
</policies>
</storage_configuration>
设置CPU调度参数
通过SQL命令设置全局CPU调度参数：
SET GLOBAL cpu_slot_preemption = 1;
SET GLOBAL cpu_slot_quantum_ns = 20000000; -- 20毫秒
SET GLOBAL concurrent_threads_scheduler = 'fair_round_robin';
总结与最佳实践
ClickHouse的资源配额功能为管理员提供了全面的CPU、内存和磁盘资源管理工具。通过合理配置资源配额，可实现以下目标：
- 公平分配资源：确保不同用户、查询类型获得合理的资源份额，避免资源争抢。
- 保护系统稳定：通过CPU过载保护、内存限制和磁盘I/O限流，防止单个任务影响整个系统。
- 优化性能：根据任务类型（如查询、合并、突变）分配资源，提升整体执行效率。
最佳实践建议：
- 监控先行：定期检查
system.metrics、system.events和system.disks等系统表，了解资源使用情况。 - 逐步调整：资源配额设置应从小范围测试开始，逐步推广到生产环境。
- 结合业务场景：根据实际业务需求（如实时查询、批量加载）调整资源分配策略。
- 定期审查：随着数据量和查询模式的变化，定期重新评估资源配额设置，确保其持续有效。
通过本文介绍的资源管理方法，管理员可以更好地控制ClickHouse集群的资源使用，提升系统的稳定性和性能，为业务提供可靠的数据服务。
创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
