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OpenTSDB详解

时间：2021-07-01 10:21:17 帮助过：37人阅读

OpenTSDB介绍 OpenTSDB用HBase存储所有的时序（无须采样）来构建一个分布式、可伸缩的时间序列数据库。它支持秒级数据采集所有metrics，支持永久存储，可以做容量规划，并很容易的接入到现有的报警系统里。OpenTSDB可以从大规模的集群

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1. OpenTSDB介绍

OpenTSDB用HBase存储所有的时序（无须采样）来构建一个分布式、可伸缩的时间序列数据库。它支持秒级数据采集所有metrics，支持永久存储，可以做容量规划，并很容易的接入到现有的报警系统里。OpenTSDB可以从大规模的集群（包括集群中的网络设备、操作系统、应用程序）中获取相应的metrics并进行存储、索引以及服务，从而使得这些数据更容易让人理解，如web化、图形化等。对于运维工程师而言，OpenTSDB可以获取基础设施和服务的实时状态信息，展示集群的各种软硬件错误，性能变化以及性能瓶颈。对于管理者而言，OpenTSDB可以衡量系统的SLA，理解复杂系统间的相互作用，展示资源消耗情况。集群的整体作业情况，可以用以辅助预算和集群资源协调。对于开发者而言，OpenTSDB可以展示集群的主要性能瓶颈，经常出现的错误，从而可以着力重点解决重要问题。 OpenTSDB使用LGPLv2.1+开源协议,目前版本为2.X。

2. 安装OpenTSDB

2.1 依赖

OpenTSDB依赖jdk和Gnuplot，Gnuplot需要提前安装，版本要求为最小4.2,最大4.4,执行以下命令安装即可：

yum install gnuplot autoconf
apt-get install gnuplot

OpenTSDB是用java编写的，但是项目构建不是用的java的方式而是使用的C、C++程序员构建项目的方式。运行时依赖：

JDK 1.6
asynchbase?1.3.0 (BSD)
Guava?12.0 (ASLv2)
logback?1.0 (LGPLv2.1 / EPL)
Netty?3.4 (ASLv2)
SLF4J?1.6 (MIT) with Log4J and JCL adapters
suasync?1.2 (BSD)
ZooKeeper?3.3 (ASLv2)

可选的编译时依赖：

GWT?2.4 (ASLv2)

可选的单元测试依赖：

Javassist?3.15 (MPL / LGPL)
JUnit?4.10 (CPL)
Mockito?1.9 (MIT)
PowerMock?1.4 (ASLv2)

2.2 下载并编译源代码

首先安装必要依赖：

yum install gnuplot automake autoconf git -y

下载源代码，可以指定最新版本或者手动checkout

git clone git://github.com/OpenTSDB/opentsdb.git
cd opentsdb
./build.sh

2.3 安装

1. 首先安装一个单节点或者多节点集群的hbase环境，hbase版本要求为0.94
2. 设置环境变量并创建opentsdb使用的表，需要设置的环境变量为COMPRESSION和HBASE_HOME，前者设置是否启用压缩，或者设置hbase home目录。如果使用压缩，则还需要安装lzo
3. 执行建表语句src/create_table.sh
4. 启动TSD

tsdtmp=${TMPDIR-'/tmp'}/tsd    # For best performance, make sure
mkdir -p "$tsdtmp"             # your temporary directory uses tmpfs
./build/tsdb tsd --port=4242 --staticroot=build/staticroot --cachedir="$tsdtmp" --auto-metric

如果你使用的是hbase集群，则你还需要设置--zkquorum，--cachedir对应的目录会产生一些临时文件，你可以设置cron定时任务进行删除。添加--auto-metric，则当新的数据被搜集时自动创建指标。你可以将这些参数编写到配置文件中，然后通过--config指定该文件所在路径。

5. 启动成功之后，你可以通过127.0.0.1:4242进行访问。

从源代码安装gnuplot、autoconf、opentsdb以及tcollector，可以参考：OpenTSDB & tcollector 安装部署（Installation and Deployment）

3. 使用向导

3.1 配置

OpenTSDB的配置参数可以在命令行指定，也可以在配置文件中指定。配置文件使用的是java的properties文件，文件中key为小写，支持逗号连接字符串但是不能有空格。所有的OpenTSDB属性都以tsdb开头，例如：

# List of Zookeeper hosts that manage the HBase cluster
tsd.storage.hbase.zk_quorum = 192.168.1.100

配置参数优先级：命令行参数 > 配置文件 > 默认值你可以在命令行中通过--config指定配置文件所在路径，如果没有指定，OpenTSDB会从以下路径寻找配置文件：

./opentsdb.conf
/etc/opentsdb.conf
/etc/opentsdb/opentsdb.conf
/opt/opentsdb/opentsdb.conf

如果一个合法的配置文件没有找到并且一些必须参数没有设置，TSD进程将不会启动。配置文件中可配置的属性请参考：Properties

3.2 基本概念

在深入理解OpenTSDB之前，需要了解一些基本概念。

Cardinality。基数，在数学中定义为一个集合中的一些元素，在数据库中定义为一个索引的一些唯一元素，在OpenTSDB定义为：
一个给定指标的一些唯一时间序列
和一个标签名称相关联的一些唯一标签值

在OpenTSDB中拥有高基数的指标在查询过程中返回的值要多于低基数的指标，这样花费的时间也就越多。Compaction。在OpenTSDB中，会将多列合并到一列之中以减少磁盘占用空间，这和hbase中的Compaction不一样。这个过程会在TSD写数据或者查询过程中不定期的发生。Data Point。每一个指标可以被记录为某一个时间点的一个数值。Data Point包括以下部分：

一个指标：metric
一个数值
这个数值被记录的时间戳
多个标签

Metric。一个可测量的单位的标称。metric不包括一个数值或一个时间，其仅仅是一个标签，包含数值和时间的叫datapoints，metric是用逗号连接的不允许有空格，例如：

hours.worked
webserver.downloads
accumulation.snow

Tags。一个metric应该描述什么东西被测量，在OpenTSDB中，其不应该定义的太简单。通常，更好的做法是用Tags来描述具有相同维度的metric。Tags由tagk和tagv组成，前者表示一个分组，后者表示一个特定的项。Time Series。一个metric的带有多个tag的data point集合。Timestamp。一个绝对时间，用来描述一个数值或者一个给定的metric是在什么时候定义的。Value。一个Value表示一个metric的实际数值。UID。在OpenTSDB中，每一个metric、tagk或者tagv在创建的时候被分配一个唯一标识叫做UID，他们组合在一起可以创建一个序列的UID或者TSUID。在OpenTSDB的存储中，对于每一个metric、tagk或者tagv都存在从0开始的计数器，每来一个新的metric、tagk或者tagv，对应的计数器就会加1。当data point写到TSD时，UID是自动分配的。你也可以手动分配UID，前提是auto metric被设置为true。默认地，UID被编码为3Bytes，每一种UID类型最多可以有16,777,215个UID。你也可以修改源代码改为4Bytes。UID的展示有几种方式，最常见的方式是通过http api访问时，3 bytes的UID被编码为16进制的字符串。例如，UID为1的写为二进制的形式为000000000000000000000001，最为一个无符号的byte数组，其可以表示为[0,0,1]，编码为16进制字符串为000001,其中每一位左边都被补上0,如果其不足两位。故，UID为255的会显示为[0,0,255]和0000FF。关于为什么使用UID而不使用hashes，可以参考：why-uidsTSUID。当一个data point被写到OpenTSDB时，其row key格式为：，不考虑时间戳的话，将其余部分都转换为UID，然后拼在一起，就可以组成为TSUID。Metadata。主要用于记录data point的一些附加的信息，方便搜索和跟踪，分为UIDMeta和TSMeta。每一个UID都有一个metadata记录保存在tsdb-uid表中，每一个UID包括一些不可变的字段，如uid、type、name和created字段表示什么时候被创建，还可以有一些额外字段，如description、notes、displayName和一些custom?key/value对，详细信息，可以查看?/api/uid/uidmeta 同样，每一个TSUID可以对应一个TSMeta，记录在tsdb-uid中，其包括的字段有tsuid、metric、tags、lastReceived和created，可选的字段有description,?notes，详细信息，可以查看/api/uid/tsmeta 开启Metadata有以下几个参数：

tsd.core.meta.enable_realtime_uid
tsd.core.meta.enable_tsuid_tracking
tsd.core.meta.enable_tsuid_incrementing
tsd.core.meta.enable_realtime_ts

metadata的另外一个形式是Annotations，详细说明，请参考annotationsTree

3.3 数据存储方式

OpenTSDB使用HBase作为后端存储，在安装OpenTSDB之前，需要先启动一个hbase节点或者集群，然后再执行建表语句src/create_table.sh创建hbase表。建表语句如下：

create '$UID_TABLE',
  {NAME => 'id', COMPRESSION => '$COMPRESSION', BLOOMFILTER => '$BLOOMFILTER'},
  {NAME => 'name', COMPRESSION => '$COMPRESSION', BLOOMFILTER => '$BLOOMFILTER'}
create '$TSDB_TABLE',
  {NAME => 't', VERSIONS => 1, COMPRESSION => '$COMPRESSION', BLOOMFILTER => '$BLOOMFILTER'}
create '$TREE_TABLE',
  {NAME => 't', VERSIONS => 1, COMPRESSION => '$COMPRESSION', BLOOMFILTER => '$BLOOMFILTER'}
create '$META_TABLE',
  {NAME => 'name', COMPRESSION => '$COMPRESSION', BLOOMFILTER => '$BLOOMFILTER'}

从上面可以看出一共创建了4张表，并且可以设置是否压缩、是否启用布隆过滤、保存版本号等等，如果追求hbase读写性能，还可以预建分区。

3.3.1 Data Table Schema

在OpenTSDB中，所有数据存储在一张叫做tsdb的表中，这是为了充分利用hbase有序和region分布式的特点。所有的值都保存在列族t中。 rowkey为，UID默认编码为3 Bytes，而时间戳会编码为4 Bytes OpenTSDB的tsdb启动之后，会监控指定的socket端口（默认为4242），接收到监控数据，包括指标、时间戳、数据、tag标签，tag标签包括tag名称ID和tag值ID。例如：

myservice.latency.avg 1292148123 42 reqtype=foo host=web42

对于指标myservice.latency.avg的ID为：[0, 0, -69],reqtype标签名称的ID为：[0, 0, 1], foo标签值的ID为：[0, 1, 11], 标签名称的ID为：[0, 0, 2] web42标签值的ID为：[0, -7, 42]，他们组成rowkey：

[0, 0, -69, 77, 4, -99, 32, 0, 0, 1, 0, 1, 11, 0, 0, 2, 0, -7, 42]
 `-------'  `------------'  `-----'  `------'  `-----'  `-------'
 metric ID  base timestamp  name ID  value ID  name ID  value ID
                            `---------------'  `---------------'
                                first tag         second tag

row表示格式为：每个数字对应1 byte

[0, 0, -69] metric ID
[77, 4, -99, 32] base timestamp = 1292148000. timestamps in the row key are rounded down to a 60 minute boundary。也就是说对于同一个小时的metric + tags相同的数据都会存放在一个row下面
[0, 0, 1] "reqtype" index
[0, 1, 11] "foo" index
[0, 0, 2] "host" index
[0, -7, 42] "web42" index

NOTE：可以看到，对于metric + tags相同的数据都会连续存放，且metic相同的数据也会连续存放，这样对于scan以及做aggregation都非常有帮助column qualifier?占用2 bytes或者4 bytes，占用2 bytes时表示以秒为单位的偏移，格式为：

12 bits:相对row表示的小时的delta, 最多2^ 12 = 4096 > 3600因此没有问题
4 bits:format flags

1 bit: an integer or floating point
3 bits: 标明数据的长度，其长度必须是1、2、4、8。000表示1个byte,010表示2byte，011表示4byte，100表示8byte

占用4 bytes时表示以毫秒为单位的偏移，格式为：

4 bits：十六进制的1或者F
22 bits:毫秒偏移
2 bit:保留
4 bits: format flags

1 bit: an integer or floating point，0表示整数,1表示浮点数
3 bits: 标明数据的长度，其长度必须是1、2、4、8。000表示1个byte,010表示2byte，011表示4byte，100表示8byte

举例：对于时间戳为1292148123的数据点来说，其转换为以小时为单位的基准时间(去掉小时后的秒）为129214800,偏移为123,转换为二进制为1111011，因为该值为整数且长度为8位（对应为2byte，故最后3bit为100）,故其对应的列族名为：0000011110110100，将其转换为十六进制为07B4value?使用8bytes存储，既可以存储long,也可以存储double。总结一下，tsdb表结构如下： opentsdb-tsdb-schema

3.3.2 UID Table Schema

一个单独的较小的表叫做tsdb-uid用来存储UID映射，包括正向的和反向的。存在两列族，一列族叫做name用来将一个UID映射到一个字符串，另一个列族叫做id，用来将字符串映射到UID。列族的每一行都至少有以下三列中的一个：

metrics?将metric的名称映射到UID
tagk?将tag名称映射到UID
tagv?将tag的值映射到UID

如果配置了metadata，则name列族还可以包括额外的metatata列。

id 列族

Row Key?- 将会是一个分配到UID的字符串，例如，对于一个指标可能有一个值为sys.cpu.user或者对于一个标签其值可能为42Column Qualifiers?- 上面三种列类型中一种。Column Value?- 一个无符号的整数，默认被编码为3个byte，其值为UID。例如以下几行数据是从tsdb-uid表中查询出来的数据，第一个列为row key，第二列为"列族:列名"，第三列为值，对应为UID

proc.stat.cpu id:metrics \x00\x00\x01
host id:tagk \x00\x00\x01
cdh1 id:tagv \x00\x00\x01

name 列族

Row Key?- 为UIDColumn Qualifiers?- 上面三种列类型中一种或者为metrics_meta、tagk_meta、tagv_metaColumn Value?- 与UID对应的字符串，对于一个*_meta列，其值将会是一个UTF-8编码的JSON格式字符串。不要在OpenTSDB外部去修改该值，其中的字段顺序会影响CAS调用。例如,以下几行数据是从tsdb-uid表中查询出来的数据，第一个列为row key，第二列为"列族:列名"，第三列为值，对应为UID

\x00\x00\x01 name:metrics proc.stat.cpu
\x00\x00\x01 name:tagk host
\x00\x00\x01 name:tagv cdh1
\x00\x00\x01 name:tagk_meta {"uid":"000001","type":"TAGK","name":"host","description":"","notes":"","created":1395213193,"custom":null,"displayName":""}
\x00\x00\x01 name:tagv_meta {"uid":"000001","type":"TAGV","name":"cdh1","description":"","notes":"","created":1395213193,"custom":null,"displayName":""}
\x00\x00\x01 name:metric_meta {"uid":"000001","type":"METRIC","name":"metrics proc.stat.cpu","description":"","notes":"","created":1395213193,"custom":null,"displayName":""}

总结一下，tsdb-uid表结构如下： opentsdb-tsdb-uid-schema 上图对应的一个datapoint如下：

proc.stat.cpu 1292148123 80 host=cdh1

从上图可以看出tsdb-uid的表结构以及数据存储方式，对于一个data point来说，其被保存到opentsdb之前，会对metrics、tagk、tagv、metric_meta、tagk_meta、tagv_meta生成一个UID（如上图中的000001）,然后将其插入hbase表中，rowkey为UID，同时会存储多行记录，分别保存metrics、tagk、tagv、metric_meta、tagk_meta、tagv_meta到UID的映射。

3.3.3 Meta Table Schema

这个表是OpenTSDB中不同时间序列的一个索引，可以用来存储一些额外的信息。这个表名称叫做tsdb-meta，该表只有一个列族name，两个列，分别为ts_meta、ts_ctr，该表中数据如下：

\x00\x00\x01\x00\x00\x01\x00\x00\x01 name:ts_ctr \x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00p
\x00\x00\x01\x00\x00\x01\x00\x00\x01 name:ts_meta {"tsuid":"000001000001000001","displayName":"","description":"","notes":"","created":1395213196,"custom":null,"units":"","dataType":"","retention":0,"max":"NaN","min":"NaN"}
\x00\x00\x02\x00\x00\x01\x00\x00\x01 name:ts_ctr \x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00p
\x00\x00\x02\x00\x00\x01\x00\x00\x01 name:ts_meta {"tsuid":"000002000001000001","displayName":"","description":"","notes":"","created":1395213196,"custom":null,"units":"","dataType":"","retention":0,"max":"NaN","min":"NaN"}

Row Key?和tsdb表一样，其中不包含时间戳，TSMeta Column?和UIDMeta相似，其为UTF-8编码的JSON格式字符串ts_ctr Column?计数器，用来记录一个时间序列中存储的数据个数，其列名为ts_ctr，为8位有符号的整数。

3.3.4 Tree Table Schema

索引表，用于展示树状结构的，类似于文件系统，以方便其他系统使用，例如：Graphite

3.4 如何写数据

3.5 如何查询数据

3.6 CLI Tools

tsdb支持以下参数：

[root@cdh1 build]# ./tsdb 
usage: tsdb  [args]
Valid commands: fsck, import, mkmetric, query, tsd, scan, uid

通过以下命令创建指标：

./tsdb mkmetric mysql.bytes_received mysql.bytes_sent

执行上述命令的结果如下：

metrics mysql.bytes_received: [0, 0, -93]
metrics mysql.bytes_sent: [0, 0, -92]

3.11 Utilities

3.12 Logging

4. HTTP API

5. 谁在用OpenTSDB

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6. KairosDB

KairosDB是一个快速可靠的分布式时间序列数据库，主要用于Cassandra当然也可以适用与HBase。KairosDB是在OpenTSDB基础上重写的，他不仅可以在HBase上存储数据还支持Cassandra。 KairosDB主页：https://code.google.com/p/kairosdb/

7. 参考资料

tlog数据存储
OpenTSDB源码分析系列文章
OpenTSDB的设计之道
opentsdb