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TDengine的运营与维护

容量规划

使用TDengine来搭建一个物联网大数据平台，计算资源、存储资源需要根据业务场景进行规划。下面分别讨论系统运行所需要的内存、CPU以及硬盘空间。

内存需求

每个DB可以创建固定数目的vnode，默认与CPU核数相同，可通过maxVgroupsPerDb配置；每个vnode会占用固定大小的内存（大小与数据库的配置参数blocks和cache有关)；每个Table会占用与标签总长度有关的内存；此外，系统会有一些固定的内存开销。因此，每个DB需要的系统内存可通过如下公式计算：

Memory Size = maxVgroupsPerDb * (blocks * cache + 10Mb) + numOfTables * (tagSizePerTable + 0.5Kb)

示例：假设是4核机器，cache是缺省大小16M, blocks是缺省值6，假设有10万张表，标签总长度是256字节，则总的内存需求为：4*(16*6+10) + 100000*(0.25+0.5)/1000 = 499M。

实际运行的系统往往会根据数据特点的不同，将数据存放在不同的DB里。因此做规划时，也需要考虑。

如果内存充裕，可以加大Blocks的配置，这样更多数据将保存在内存里，提高查询速度。

CPU需求

CPU的需求取决于如下两方面：

  • 数据插入 TDengine单核每秒能至少处理一万个插入请求。每个插入请求可以带多条记录，一次插入一条记录与插入10条记录，消耗的计算资源差别很小。因此每次插入，条数越大，插入效率越高。如果一个插入请求带200条以上记录，单核就能达到每秒插入100万条记录的速度。但对前端数据采集的要求越高，因为需要缓存记录，然后一批插入。
  • 查询需求 TDengine提供高效的查询，但是每个场景的查询差异很大，查询频次变化也很大，难以给出客观数字。需要用户针对自己的场景，写一些查询语句，才能确定。

因此仅对数据插入而言，CPU是可以估算出来的，但查询所耗的计算资源无法估算。在实际运营过程中，不建议CPU使用率超过50%，超过后，需要增加新的节点，以获得更多计算资源。

存储需求

TDengine相对于通用数据库，有超高的压缩比，在绝大多数场景下，TDengine的压缩比不会低于5倍，有的场合，压缩比可达到10倍以上，取决于实际场景的数据特征。压缩前的原始数据大小可通过如下方式计算：

Raw DataSize = numOfTables * rowSizePerTable * rowsPerTable

示例：1000万台智能电表，每台电表每15分钟采集一次数据，每次采集的数据128字节，那么一年的原始数据量是：10000000*128*24*60/15*365 = 44851T。TDengine大概需要消耗44851/5=8970T, 8.9P空间。

用户可以通过参数keep，设置数据在磁盘中的最大保存时长。为进一步减少存储成本，TDengine还提供多级存储，最冷的数据可以存放在最廉价的存储介质上，应用的访问不用做任何调整，只是读取速度降低了。

为提高速度，可以配置多快硬盘，这样可以并发写入或读取数据。需要提醒的是，TDengine采取多副本的方式提供数据的高可靠，因此不再需要采用昂贵的磁盘阵列。

物理机或虚拟机台数

根据上面的内存、CPU、存储的预估，就可以知道整个系统需要多少核、多少内存、多少存储空间。如果数据副本数不为1，总需求量需要再乘以副本数。

因为TDengine具有很好的水平扩展能力，根据总量，再根据单个物理机或虚拟机的资源，就可以轻松决定需要购置多少台物理机或虚拟机了。

容错和灾备

容错

TDengine支持WAL（Write Ahead Log）机制，实现数据的容错能力，保证数据的高可用。

TDengine接收到应用的请求数据包时，先将请求的原始数据包写入数据库日志文件，等数据成功写入数据库数据文件后，再删除相应的WAL。这样保证了TDengine能够在断电等因素导致的服务重启时从数据库日志文件中恢复数据，避免数据的丢失。

涉及的系统配置参数有两个：

  • walLevel：WAL级别，0：不写wal; 1：写wal, 但不执行fsync; 2：写wal, 而且执行fsync。
  • fsync：当walLevel设置为2时，执行fsync的周期。设置为0，表示每次写入，立即执行fsync。

如果要100%的保证数据不丢失，需要将walLevel设置为2，fsync设置为0。这时写入速度将会下降。但如果应用侧启动的写数据的线程数达到一定的数量(超过50)，那么写入数据的性能也会很不错，只会比fsync设置为3000毫秒下降30%左右。

灾备

TDengine的集群通过多个副本的机制，来提供系统的高可用性，实现灾备能力。

TDengine集群是由mnode负责管理的，为保证mnode的高可靠，可以配置多个mnode副本，副本数由系统配置参数numOfMnodes决定，为了支持高可靠，需要设置大于1。为保证元数据的强一致性，mnode副本之间通过同步方式进行数据复制，保证了元数据的强一致性。

TDengine集群中的时序数据的副本数是与数据库关联的，一个集群里可以有多个数据库，每个数据库可以配置不同的副本数。创建数据库时，通过参数replica 指定副本数。为了支持高可靠，需要设置副本数大于1。

TDengine集群的节点数必须大于等于副本数，否则创建表时将报错。

当TDengine集群中的节点部署在不同的物理机上，并设置多个副本数时，就实现了系统的高可靠性，无需再使用其他软件或工具。TDengine企业版还可以将副本部署在不同机房，从而实现异地容灾。

服务端配置

TDengine系统后台服务由taosd提供，可以在配置文件taos.cfg里修改配置参数，以满足不同场景的需求。配置文件的缺省位置在/etc/taos目录，可以通过taosd命令行执行参数-c指定配置文件目录。比如taosd -c /home/user来指定配置文件位于/home/user这个目录。

下面仅仅列出一些重要的配置参数，更多的参数请看配置文件里的说明。各个参数的详细介绍及作用请看前述章节，而且这些参数的缺省配置都是工作的，一般无需设置。注意：配置修改后，需要重启taosd服务才能生效。

  • firstEp: taosd启动时，主动连接的集群中第一个dnode的end point, 缺省值为 localhost:6030。
  • secondEp: taosd启动时，如果first连接不上，尝试连接集群中第二个dnode的end point, 缺省值为空。
  • fqdn：数据节点的FQDN。如果为空，将自动获取操作系统配置的第一个, 缺省值为空。
  • serverPort：taosd启动后，对外服务的端口号，默认值为6030。
  • httpPort: RESTful服务使用的端口号，所有的HTTP请求（TCP）都需要向该接口发起查询/写入请求。
  • dataDir: 数据文件目录，所有的数据文件都将写入该目录。默认值：/var/lib/taos。
  • logDir：日志文件目录，客户端和服务器的运行日志文件将写入该目录。默认值：/var/log/taos。
  • tempDir：临时文件目录，客户端和服务器的临时文件（主要是查询时用于保存中间结果的问题）将写入该目录。 默认值：Linux下为 /tmp/，Windows下为环境变量 tmp 或 temp 指向的目录。
  • arbitrator：系统中裁决器的end point, 缺省值为空。
  • role：dnode的可选角色。0-any; 既可作为mnode，也可分配vnode；1-mgmt;只能作为mnode，不能分配vnode；2-dnode;不能作为mnode，只能分配vnode
  • debugFlag：运行日志开关。131（输出错误和警告日志），135（ 输出错误、警告和调试日志），143（ 输出错误、警告、调试和跟踪日志）。默认值：131或135（不同模块有不同的默认值）。
  • numOfLogLines：单个日志文件允许的最大行数。默认值：10,000,000行。
  • maxSQLLength：单条SQL语句允许最长限制。默认值：65380字节。
  • maxBinaryDisplayWidth：Shell中binary 和 nchar字段的显示宽度上限，超过此限制的部分将被隐藏。默认值：30。可在 shell 中通过命令 set max_binary_display_width nn动态修改此选项。

**注意：**对于端口，TDengine会使用从serverPort起11个连续的TCP和UDP端口号，请务必在防火墙打开。因此如果是缺省配置，需要打开从6030都6040共11个端口，而且必须TCP和UDP都打开。

不同应用场景的数据往往具有不同的数据特征，比如保留天数、副本数、采集频次、记录大小、采集点的数量、压缩等都可完全不同。为获得在存储上的最高效率，TDengine提供如下存储相关的系统配置参数：

  • days：一个数据文件存储数据的时间跨度，单位为天，默认值：10。
  • keep：数据库中数据保留的天数，单位为天，默认值：3650。
  • minRows: 文件块中记录的最小条数，单位为条，默认值：100。
  • maxRows: 文件块中记录的最大条数，单位为条，默认值：4096。
  • comp: 文件压缩标志位，0：关闭，1:一阶段压缩，2:两阶段压缩。默认值：2。
  • walLevel：WAL级别。1：写wal, 但不执行fsync; 2：写wal, 而且执行fsync。默认值：1。
  • fsync：当wal设置为2时，执行fsync的周期。设置为0，表示每次写入，立即执行fsync。单位为毫秒，默认值：3000。
  • cache: 内存块的大小，单位为兆字节（MB），默认值：16。
  • blocks: 每个VNODE（TSDB）中有多少cache大小的内存块。因此一个VNODE的用的内存大小粗略为（cache * blocks）。单位为块，默认值：4。
  • replica：副本个数，取值范围：1-3。单位为个，默认值：1
  • precision：时间戳精度标识，ms表示毫秒，us表示微秒。默认值：ms

对于一个应用场景，可能有多种数据特征的数据并存，最佳的设计是将具有相同数据特征的表放在一个库里，这样一个应用有多个库，而每个库可以配置不同的存储参数，从而保证系统有最优的性能。TDengine允许应用在创建库时指定上述存储参数，如果指定，该参数就将覆盖对应的系统配置参数。举例，有下述SQL：

 create database demo days 10 cache 32 blocks 8 replica 3;

该SQL创建了一个库demo, 每个数据文件存储10天数据，内存块为32兆字节，每个VNODE占用8个内存块，副本数为3，而其他参数与系统配置完全一致。

TDengine集群中加入一个新的dnode时，涉及集群相关的一些参数必须与已有集群的配置相同，否则不能成功加入到集群中。会进行校验的参数如下：

  • numOfMnodes：系统中管理节点个数。默认值：3。
  • balance：是否启动负载均衡。0：否，1：是。默认值：1。
  • mnodeEqualVnodeNum: 一个mnode等同于vnode消耗的个数。默认值：4。
  • offlineThreshold: dnode离线阈值，超过该时间将导致该dnode从集群中删除。单位为秒，默认值：86400*10（即10天）。
  • statusInterval: dnode向mnode报告状态时长。单位为秒，默认值：1。
  • maxTablesPerVnode: 每个vnode中能够创建的最大表个数。默认值：1000000。
  • maxVgroupsPerDb: 每个数据库中能够使用的最大vnode个数。
  • arbitrator: 系统中裁决器的end point，缺省为空
  • timezone、locale、charset 的配置见客户端配置。

客户端配置

TDengine系统的前台交互客户端应用程序为taos，它与taosd共享同一个配置文件taos.cfg。运行taos时，使用参数-c指定配置文件目录，如taos -c /home/cfg，表示使用/home/cfg/目录下的taos.cfg配置文件中的参数，缺省目录是/etc/taos。本节主要说明 taos 客户端应用在配置文件 taos.cfg 文件中使用到的参数。

客户端配置参数列表及解释

  • firstEp: taos启动时，主动连接的集群中第一个taosd实例的end point, 缺省值为 localhost:6030。

  • secondEp: taos启动时，如果first连接不上，尝试连接集群中第二个taosd实例的end point, 缺省值为空。

  • locale

    默认值：系统中动态获取，如果自动获取失败，需要用户在配置文件设置或通过API设置

TDengine为存储中文、日文、韩文等非ASCII编码的宽字符，提供一种专门的字段类型nchar。写入nchar字段的数据将统一采用UCS4-LE格式进行编码并发送到服务器。需要注意的是，编码正确性是客户端来保证。因此，如果用户想要正常使用nchar字段来存储诸如中文、日文、韩文等非ASCII字符，需要正确设置客户端的编码格式。

客户端的输入的字符均采用操作系统当前默认的编码格式，在Linux系统上多为UTF-8，部分中文系统编码则可能是GB18030或GBK等。在docker环境中默认的编码是POSIX。在中文版Windows系统中，编码则是CP936。客户端需要确保正确设置自己所使用的字符集，即客户端运行的操作系统当前编码字符集，才能保证nchar中的数据正确转换为UCS4-LE编码格式。

在 Linux 中 locale 的命名规则为: <语言>_<地区>.<字符集编码> 如：zh_CN.UTF-8，zh代表中文，CN代表大陆地区，UTF-8表示字符集。字符集编码为客户端正确解析本地字符串提供编码转换的说明。Linux系统与 Mac OSX 系统可以通过设置locale来确定系统的字符编码，由于Windows使用的locale中不是POSIX标准的locale格式，因此在Windows下需要采用另一个配置参数charset来指定字符编码。在Linux 系统中也可以使用charset来指定字符编码。

  • charset

    默认值：系统中动态获取，如果自动获取失败，需要用户在配置文件设置或通过API设置

如果配置文件中不设置charset，在Linux系统中，taos在启动时候，自动读取系统当前的locale信息，并从locale信息中解析提取charset编码格式。如果自动读取locale信息失败，则尝试读取charset配置，如果读取charset配置也失败，则中断启动过程。

在Linux系统中，locale信息包含了字符编码信息，因此正确设置了Linux系统locale以后可以不用再单独设置charset。例如：

    locale zh_CN.UTF-8

在Windows系统中，无法从locale获取系统当前编码。如果无法从配置文件中读取字符串编码信息，taos默认设置为字符编码为CP936。其等效在配置文件中添加如下配置：

    charset CP936

如果需要调整字符编码，请查阅当前操作系统使用的编码，并在配置文件中正确设置。

在Linux系统中，如果用户同时设置了locale和字符集编码charset，并且locale和charset的不一致，后设置的值将覆盖前面设置的值。

    locale zh_CN.UTF-8
    charset GBK

则charset的有效值是GBK。

    charset GBK
    locale zh_CN.UTF-8

charset的有效值是UTF-8。

日志的配置参数，与server 的配置参数完全一样。

  • timezone

    默认值：从系统中动态获取当前的时区设置

客户端运行系统所在的时区。为应对多时区的数据写入和查询问题，TDengine 采用 Unix 时间戳(Unix Timestamp)来记录和存储时间戳。Unix 时间戳的特点决定了任一时刻不论在任何时区，产生的时间戳均一致。需要注意的是，Unix时间戳是在客户端完成转换和记录。为了确保客户端其他形式的时间转换为正确的 Unix 时间戳，需要设置正确的时区。

在Linux系统中，客户端会自动读取系统设置的时区信息。用户也可以采用多种方式在配置文件设置时区。例如：

    timezone UTC-8
    timezone GMT-8
    timezone Asia/Shanghai

均是合法的设置东八区时区的格式。

时区的设置对于查询和写入SQL语句中非Unix时间戳的内容（时间戳字符串、关键词now的解析）产生影响。例如：

    SELECT count(*) FROM table_name WHERE TS<'2019-04-11 12:01:08';

在东八区，SQL语句等效于

    SELECT count(*) FROM table_name WHERE TS<1554955268000;

在UTC时区，SQL语句等效于

    SELECT count(*) FROM table_name WHERE TS<1554984068000;

为了避免使用字符串时间格式带来的不确定性，也可以直接使用Unix时间戳。此外，还可以在SQL语句中使用带有时区的时间戳字符串，例如：RFC3339格式的时间戳字符串，2013-04-12T15:52:01.123+08:00或者ISO-8601格式时间戳字符串2013-04-12T15:52:01.123+0800。上述两个字符串转化为Unix时间戳不受系统所在时区的影响。

用户管理

系统管理员可以在CLI界面里添加、删除用户，也可以修改密码。CLI里SQL语法如下：

CREATE USER <user_name> PASS <‘password’>;

创建用户，并指定用户名和密码，密码需要用单引号引起来

DROP USER <user_name>;

删除用户，限root用户使用

ALTER USER <user_name> PASS <‘password’>;

修改用户密码, 为避免被转换为小写，密码需要用单引号引用

SHOW USERS;

显示所有用户

**注意：**SQL 语法中，< >表示需要用户输入的部分，但请不要输入< >本身

数据导入

TDengine提供多种方便的数据导入功能，一种按脚本文件导入，一种按数据文件导入，一种是taosdump工具导入本身导出的文件。

按脚本文件导入

TDengine的shell支持source filename命令，用于批量运行文件中的SQL语句。用户可将建库、建表、写数据等SQL命令写在同一个文件中，每条命令单独一行，在shell中运行source命令，即可按顺序批量运行文件中的SQL语句。以‘#’开头的SQL语句被认为是注释，shell将自动忽略。

按数据文件导入

TDengine也支持在shell对已存在的表从CSV文件中进行数据导入。CSV文件只属于一张表且CSV文件中的数据格式需与要导入表的结构相同, 在导入的时候，其语法如下

INSERT INTO <tb_name> FILE <'path/data.csv'>;

注意：如果CSV文件首行存在描述信息，请手动删除后再导入

例如，现在存在一个子表d1001, 其表结构如下：

taos> DESCRIBE d1001
             Field              |        Type        |   Length    |    Note    |
=================================================================================
 ts                             | TIMESTAMP          |           8 |            |
 current                        | FLOAT              |           4 |            |
 voltage                        | INT                |           4 |            |
 phase                          | FLOAT              |           4 |            |
 location                       | BINARY             |          64 | TAG        |
 groupid                        | INT                |           4 | TAG        |

要导入的data.csv的格式如下：

'2018-10-04 06:38:05.000',10.30000,219,0.31000
'2018-10-05 06:38:15.000',12.60000,218,0.33000
'2018-10-06 06:38:16.800',13.30000,221,0.32000
'2018-10-07 06:38:05.000',13.30000,219,0.33000
'2018-10-08 06:38:05.000',14.30000,219,0.34000
'2018-10-09 06:38:05.000',15.30000,219,0.35000
'2018-10-10 06:38:05.000',16.30000,219,0.31000
'2018-10-11 06:38:05.000',17.30000,219,0.32000
'2018-10-12 06:38:05.000',18.30000,219,0.31000

那么可以用如下命令导入数据

taos> insert into d1001 file '~/data.csv';
Query OK, 9 row(s) affected (0.004763s)

taosdump工具导入

TDengine提供了方便的数据库导入导出工具taosdump。用户可以将taosdump从一个系统导出的数据，导入到其他系统中。具体使用方法，请参见博客：TDengine DUMP工具使用指南

数据导出

为方便数据导出，TDengine提供了两种导出方式，分别是按表导出和用taosdump导出。

按表导出CSV文件

如果用户需要导出一个表或一个STable中的数据，可在shell中运行

SELECT * FROM <tb_name> >> <data.csv>;

这样，表tb_name中的数据就会按照CSV格式导出到文件data.csv中。

用taosdump导出数据

TDengine提供了方便的数据库导出工具taosdump。用户可以根据需要选择导出所有数据库、一个数据库或者数据库中的一张表,所有数据或一时间段的数据，甚至仅仅表的定义。具体使用方法，请参见博客：TDengine DUMP工具使用指南

系统连接、任务查询管理

系统管理员可以从CLI查询系统的连接、正在进行的查询、流式计算，并且可以关闭连接、停止正在进行的查询和流式计算。CLI里SQL语法如下：

SHOW CONNECTIONS;

显示数据库的连接，其中一列显示ip:port, 为连接的IP地址和端口号。

KILL CONNECTION <connection-id>;

强制关闭数据库连接，其中的connection-id是SHOW CONNECTIONS中显示的第一列的数字。

SHOW QUERIES;

显示数据查询，其中第一列显示的以冒号隔开的两个数字为query-id，为发起该query应用连接的connection-id和查询次数。

KILL QUERY <query-id>;

强制关闭数据查询，其中query-id是SHOW QUERIES中显示的 connection-id:query-no字串，如“105:2”，拷贝粘贴即可。

SHOW STREAMS;

显示流式计算，其中第一列显示的以冒号隔开的两个数字为stream-id, 为启动该stream应用连接的connection-id和发起stream的次数。

KILL STREAM <stream-id>;

强制关闭流式计算，其中的中stream-id是SHOW STREAMS中显示的connection-id:stream-no字串，如103:2，拷贝粘贴即可。

注意：SQL语法中，< >表示需要用户输入的部分，但请不要输入< >本身

系统监控

TDengine启动后，会自动创建一个监测数据库SYS，并自动将服务器的CPU、内存、硬盘空间、带宽、请求数、磁盘读写速度、慢查询等信息定时写入该数据库。TDengine还将重要的系统操作（比如登录、创建、删除数据库等）日志以及各种错误报警信息记录下来存放在SYS库里。系统管理员可以从CLI直接查看这个数据库，也可以在WEB通过图形化界面查看这些监测信息。

这些监测信息的采集缺省是打开的，但可以修改配置文件里的选项enableMonitor将其关闭或打开。

文件目录结构

安装TDengine后，默认会在操作系统中生成下列目录或文件：

目录/文件 说明
/usr/local/taos/bin TDengine可执行文件目录。其中的执行文件都会软链接到/usr/bin目录下。
/usr/local/taos/connector TDengine各种连接器目录。
/usr/local/taos/driver TDengine动态链接库目录。会软链接到/usr/lib目录下。
/usr/local/taos/examples TDengine各种语言应用示例目录。
/usr/local/taos/include TDengine对外提供的C语言接口的头文件。
/etc/taos/taos.cfg TDengine默认[配置文件]
/var/lib/taos TDengine默认数据文件目录,可通过[配置文件]修改位置.
/var/log/taos TDengine默认日志文件目录,可通过[配置文件]修改位置

可执行文件

TDengine的所有可执行文件默认存放在 /usr/local/taos/bin 目录下。其中包括：

  • taosd：TDengine服务端可执行文件
  • taos： TDengine Shell可执行文件
  • taosdump：数据导入导出工具
  • remove.sh：卸载TDengine的脚本, 请谨慎执行，链接到/usr/bin目录下的rmtaos命令。会删除TDengine的安装目录/usr/local/taos，但会保留/etc/taos、/var/lib/taos、/var/log/taos。

您可以通过修改系统配置文件taos.cfg来配置不同的数据目录和日志目录。