VShard - горизонтальное масштабирование в Tarantool

Владислав Шпилевой

План доклада

  1. Что это?
  2. Shard
  3. VShard
  4. Использование
  5. Ребалансировка
  6. Прокси
  7. Auto read failover
  8. Write failover
  9. Мониторинг

Source: https://slides.com/gerold103/vshard-highload

Масштабирование

Горизонтальное

Вертикальное

Репликация

Шардинг

ABCD

ABCD

ABCD

ABCD

A

C

D

B

Диапазоны

Хеши

Tarantool Shard

http://github.com/tarantool/shard 

function shard_function(primary_key)
    return guava(crc32(primary_key), shard_count)
end

Первый шардинг в Tarantool

Request

old hash

new hash

Нет локальности

Медленный решардинг

Нестабильные чтения 

SELECT

Tarantool Shard

format = {{'id', 'unsigned'},
          {'email', 'string'}}
box.schema.create_space('customer', {format = format})

format = {{'id', 'unsigned'},
          {'customer_id', 'unsigned'},
          {'balance', 'number'}}
box.schema.create_space('account', {format = format})
user {100, 'foo@mail.ru'}
account {1, 100, 123}

100 != 1 → разные хеши → разные узлы

Tarantool VShard

http://github.com/tarantool/vshard

tarantool.io

Buckets

Replicaset

Data       →       Bucket       →       Storage

User defined map

Internal map

format = {{'id', 'unsigned'},
          {'email', 'string'},
          {'bucket_id', 'unsigned'}}
box.schema.create_space('customer', {format = format})

format = {{'id', 'unsigned'},
          {'customer_id', 'unsigned'},
          {'balance', 'number'},
          {'bucket_id', 'unsigned'}}
box.schema.create_space('account', {format = format})

Локальность по bucket_id

Связка данных

user { 100, 'bar@mail.ru', 5 }

account {1, 100, 123, 5 }

Использование

5

Что именно это дает?

format = {{'id', 'unsigned'},
          {'email', 'string'}}

box.schema.create_space('customer', {format = format})

format = {{'id', 'unsigned'},
          {'customer_id', 'unsigned'},
          {'balance', 'number'}}

box.schema.create_space('account', {format = format})

Связка данных

Использование

customer {1, 'bar@mail.ru'}

account {1, 1, 100}

account {2, 1, 200}

account {3, 1, 300}

SELECT * FROM accounts WHERE customer_id = 1;

3 запроса

customer {1, 'bar@mail.ru', 5}

account {1, 1, 100, 5}

account {2, 1, 200, 5}

account {3, 1, 300, 5}

1 запрос

...

...

5

Обычный хеш-шардинг

VShard

Использование

function create_user(email)
    local customer_id = next_id()
    local bucket_id = crc32(customer_id)
    box.space.customer:insert(customer_id, email, bucket_id)
end

function add_account(customer_id)
    local id = next_id()
    local bucket_id = crc32(customer_id)
    box.space.account:insert(id, customer_id, 0, bucket_id)
end

Как масштабировать?

Реконфигурация

vshard.storage.cfg(new_config)

Failover

Rebalancer

Zookeeper

new_cfg.sharding[new_uuid] = {
    uuid = new_uuid,
    replicas = {
        {
            name = new_replica1,
            uri = 'example.com:113',
            uuid = replica1_uuid,
            master = true,
        },
        {
            name = new_replica2,
            uri = 'example.com:114',
            uuid = replica2_uuid,
        }
    }
}

vshard.storage.cfg(new_cfg)

https://github.com/tarantool/zookeeper

Использование

#

= Const

Как это сделать?

Ребалансировка

  • вычислить баланс
  • построить маршруты бакетов
  • отправить маршруты

Routes

Routes

100

200

#

= 1000

#

= 2000

new_cfg.sharding[uuid1].weight = 100
new_cfg.sharding[uuid2].weight = 200
vshard.storage.cfg(new_cfg)

Data

new_cfg.sharding[uuid1].weight = 0
vshard.storage.cfg(new_cfg)

= 0

0

Ребалансировка

Состояние 1

Состояние 2

Атомарный переход

Это плохой способ

Это хороший способ

Не нужны выделенные состояния кластера - есть только состояния бакетов

Ошибка

Ошибка

Ошибка

Плавный переход

Ребалансировка

Read

Write

Сеть

Read

Write

Read

Как не блокировать запись?

Write

Что с уже имеющимися запросами?

Ребалансировка

vshard.storage.bucket_refro(i)
-- Do some read-only things.
vshard.storage.bucket_unrefro(i)
vshard.storage.bucket_refrw(i)
-- Do some read-write things.
vshard.storage.bucket_unrefrw(i)

Подсчет числа запросов

Reading ...

Reading ...

Reading ...

ref_ro = 3

Сборщик мусора

Writing ...

Writing ...

Writing ...

ref_rw = 3

Ребалансировщик

ref_ro = 2
ref_ro = 1

... но если очень хочется, то можно

Bucket Pin

box.begin()
vshard.storage.bucket_pin(10)
vshard.storage.bucket_pin(11)
box.commit()
--
-- Do anything with these buckets.
--
box.begin()
vshard.storage.bucket_unpin(10)
vshard.storage.bucket_unpin(11)
box.commit()

Replicaset Lock

https://Pin and Lock RFC 

new_cfg.sharding[uuid].lock = true
vshard.storage.cfg(new_cfg)

Что осталось?

  • Нет локальности
  • Решардинг замедляет все
  • Нестабильные чтения

?

Прокси

bucket_id → storage

vshard.router

Прокси

r = vshard.router
accounts = r.call(bucket_id,
                  'get_accounts',
                  {customer_id})
function get_accounts(customer_id)
    local customer =
        box.space.accounts.index.customer
    return customer:select({customer_id})
end

Routing

?

Auto read failover

Write

Read

Зона 1

Зона 2

Зона ...

Зона K - 1

Зона K

Зона N

Зона 1 Зона 2 ... Зона K
Зона 1 w(1, 1) w(1, 2) w(1, i) w(1, K)
Зона 2 w(2, 1) w(2, 2) w(2, i) w(2, K)
... w(j, 1) w(j, 2) w(j, i) w(j, K)
Зона K w(K, 1) w(K, 2) w(K, i) w(K, K)

Auto read failover

new_cfg.weights = {
    [1] = {
        [1] = 0,
        [2] = 100,
        [3] = 200,
    },
    [2] = {
        [1] = 300,
        [2] = 0,
        [3] = 400,
    },
    [3] = {
        [1] = 500,
        [2] = 600,
        [3] = 0,
    }
}
new_cfg.zone = 1
vshard.router.cfg(new_cfg)

Зона 1

Зона 2

Зона 3

100

200

300

400

500

600

Write failover

replicas = new_cfg.sharding[uud].replicas
replicas[old_master_uuid].master = false
replicas[new_master_uuid].master = true
vshard.storage.cfg(new_cfg)

Read

Write

Be Master

Write

Write

Sync

Read

Write

Мониторинг

vshard.storage.info()
---
- replicasets:
    <replicaset_2>:
      uuid: <replicaset_2>
      master:
        uri: storage@127.0.0.1:3303
    <replicaset_1>:
      uuid: <replicaset_1>
      master: missing
  bucket:
    receiving: 0
    active: 0
    total: 0
    garbage: 0
    pinned: 0
    sending: 0
  status: 2
  replication:
    status: slave
  alerts:
  - ['MISSING_MASTER', 'Master is not configured for '
                       'replicaset <replicaset_1>']
vshard.storage.buckets_info()

Мониторинг

vshard.router.info()
---
- replicasets:
    <replicaset_2>:
      replica: &0
        status: available
        uri: storage@127.0.0.1:3303
        uuid: 1e02ae8a-afc0-4e91-ba34-843a356b8ed7
      bucket:
        available_rw: 500
      uuid: <replicaset_2>
      master: *0
    <replicaset_1>:
      replica: &1
        status: available
        uri: storage@127.0.0.1:3301
        uuid: 8a274925-a26d-47fc-9e1b-af88ce939412
      bucket:
        available_rw: 400
      uuid: <replicaset_1>
      master: *1
  bucket:
    unreachable: 0
    available_ro: 800
    unknown: 200
    available_rw: 700
  status: 1
  alerts:
  - ['UNKNOWN_BUCKETS', '200 buckets are not discovered']

Что требуется от вас

#

?

  • Выбрать число бакетов

Метаданные

vs

Доступность на запись при решардинге

Kb

Mb

Тысячи

Сотни тысяч

  • Выбрать шард функцию
function bucket_id(tuple)
    ...
end
storage\_meta = ~30\ byte\ /\ bucket\\ router\_meta = ~16\ byte\ /\ bucket

99%

99.99999%

Итоги

... локальность данных,

... гранулярный автоматический решардинг,

... auto read failover

... гибкое управление доступностью: рефы, пины, локи, веса

Планы

  • Балансировка нагрузки на роутерах
  • Lock-free перенос бакета
  • Атомарная авто-реконфигурация

VShard - горизонтальное масштабирование в Tarantool

By Vladislav Shpilevoy

VShard - горизонтальное масштабирование в Tarantool

  • 2,895

More from Vladislav Shpilevoy