История и тенденции Zabbix в TokuDB

Одной из самых тяжело решаемых проблем, с которой сталкиваются системные администраторы, использующие систему мониторинга Zabbix, является проблема недостаточной производительности дисковой подсистемы.

Первая рекомендация, которой стоит попробовать воспользоваться - это, конечно-же, удаление ненужных элементов данных, пересмотр периодичности их съёма в пользу более длительных интервалов, уменьшение длительности хранения данных. Чем меньше данных в таблицах истории, тем быстрее происходит работа с данными. Ускоряется поиск, т.к. становятся короче индексы, ускоряется чтение, т.к. в выборку для отображения на графике попадает меньше данных, запись данных тоже ускоряется, т.к. чем меньше данных в таблице, тем быстрее обновляются индексы. Кроме того, если все часто требуемые данные будут умещаться в оперативной памяти СУБД, работа с данными существенно ускорится.

Если первая рекомендация не помогает, тогда нужно приступать к чуть более сложным методам методам: нужно заняться оптимизацией производительности СУБД и сервера.

В случае с MySQL первым делом нужно убедиться, что база данных не находится в одном файле и, при необходимости, разнести таблицы по разным файлам: сделать полную резервную копию, удалить базы данных, включить innodb_file_per_table=YES, перезапустить MySQL, восстановить базы данных из резервных копий.

Другой важный шаг: нужно убедиться, что основной буфер СУБД, размер которого настраивается через innodb_buffer_pool_size, имеет максимально доступный объём. Чем больше объём этого буфера, тем больше «горячих», часто требуемых данных, может в нём уместиться. Идеально, если вся СУБД умещается в оперативной памяти целиком. На практике, однако, это редко достижимо, т.к. таблицы истории и тенденций в базе данных Zabbix могут достигать сотен гигабайт. В любом случае, если есть возможность, лучше увеличить объём оперативной памяти на сервере с СУБД.

Также стоит обратить внимание на размеры журналов innodb_log_file_size: Zabbix пишет много данных и размер этих файлов должен соответствовать объёму данных, которые записываются системой в секунду (лимит для этой опции - 2 гигабайта). Оборотной стороной больших журналов является более длительный запуск сервера MySQL.

Когда выполнены предыдущие рекомендации - на контроле есть только самое необходимое, данные снимаются с разумными интервалами времени, произведена оптимизация настроек - следующим этапом обычно идёт отключение HouseKeeper'а и секционирование таблиц истории и тенденций. Понять, о том что настало время отключать HouseKeeper, можно обратившись ко внутреннему мониторингу Zabbix. Если на графиках процесс HouseKeeper почти постоянно используется на 100%, а увеличение настроек HouseKeepingFrequency и HouseKeeperDelete не приводят к желаемому эффекту, значит пора. Zabbix не имеет официальной поддержки секционирования таблиц, однако можно найти готовые инструкции для его настройки.

Ранее я использовал для разбивки таблиц на секции вот эту статью на wiki-странице Zabbix: Docs/howto/mysql partitioning, однако впоследствии стал пользоваться вот этой статьёй: Docs/howto/mysql partition. У второй статьи есть два преимущества:

  1. при её использовании в базе данных Zabbix не нужно создавать дополнительную нестандартную таблицу manage_partitions,
  2. при её использовании имеется возможность делить таблицы не только на секции месячного или суточного размера, но и на секции произвольного размера, в том числе более мелкого.

Наконец, в интернете можно встретить советы по смене движка таблиц истории и тенденций с родного для MySQL движка InnoDB на движок TokuDB с технологией «фрактальных индексов». Также вместе с этим движком рекомендуют использовать «кластерные индексы», когда индексы хранятся вместе с данными, и сжатие данных в таблицах.

Изначально TokuDB был ответвлением MySQL, в котором фирма Tokutek реализовала собственную технологию «фрактальных индексов». Позже исходные тексты TokuDB стали доступны под свободной лицензией и на их основе был реализован плагин, пригодный подключению как к оригинальной СУБД MySQL, так и к её ответвлениям - MariaDB и Percona.

1. Включение плагина TokuDB в MariaDB

Мне удавалось успешно настраивать TokuDB на Debian Stretch и Debian Buster. Установку и настройку MariaDB оставим за скобками нашего обсуждения. Будем считать, что система мониторинга уже развёрнута и использует MariaDB, а таблицы истории и тенденций пока что хранятся в таблицах формата InnoDB.

Первым делом установим пакет с плагином, который добавляет в MariaDB поддержку формата хранения таблиц TokuDB:

# apt-get install mariadb-plugin-tokudb

Вместе с пакетом будет установлен дополнительный файл конфигурации /etc/mysql/mariadb.conf.d/tokudb.cnf, в котором указан путь к библиотеке libjemalloc. В случае с Debian Stretch это будет путь /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libjemalloc.so.1 В случае с Debian Buster это будет путь /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libjemalloc.so.2 Прежде чем продолжать, стоит удостовериться, что этот файл действительно сущетсвует в системе, т.к. при обновлении операционной системы до свежего релиза в файле конфигурации мог остаться устаревший путь. В Debian Stretch этот файл устанавливается с пакетом libjemalloc1, а в Debian Buster - пакетом libjemalloc2. Необходимо установить соответствующий пакет и исправить путь к файлу в файле конфигурации.

Теперь нужно убедиться, что в системе отключена прозрачная поддержка огромных страниц (Transparent Hugepages). Для этого запускаем следующую команду:

$ cat /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled

Если команда поругалась на отсутствие файла, значит прозрачная поддержка огромных страниц уже отключена и делать больше ничего не нужно. Также ничего не нужно делать, если команда вывела следующее:

always madvise [never]

Если же команда вывела приведённый ниже текст, то прозрачная поддержка огромных страниц включена и её необходимо отключить:

[always] madvise never

Открываем файл /etc/default/grub, находим переменную GRUB_CMDLINE_LINUX и добавляем в список опций опцию transparent_hugepage=never. В результате должно получиться что-то такое:

GRUB_CMDLINE_LINUX="ipv6.disable=1 transparent_hugepage=never"

Теперь нужно обновить конфигурацию загрузчика следующей командой:

# update-grub

Осталось перезагрузить систему и убедиться в том, что прозрачная поддержка огромных страниц действительно отключилась.

Все описанные выше действия, необходимые для включения плагина TokuDB, можно найти в официальной документации MariaDB, на странице Installing TokuDB.

2. Создание новых таблиц истории и тенденций

Если база данных только создана и не содержит исторических данных и данных тенденций, то можно просто удалить существующие таблицы:

DROP TABLE history;
DROP TABLE history_uint;
DROP TABLE history_str;
DROP TABLE history_log;
DROP TABLE history_text;
DROP TABLE trends;
DROP TABLE trends_uint;

Если же нужно выполнить миграцию существующей инсталляции Zabbix, тогда лучше сначала переименовать существующие таблицы истории и тенденций:

RENAME TABLE history TO history_bak;
RENAME TABLE history_uint TO history_uint_bak;
RENAME TABLE history_str TO history_str_bak;
RENAME TABLE history_log TO history_log_bak;
RENAME TABLE history_text TO history_text_bak;
RENAME TABLE trends TO trends_bak;
RENAME TABLE trends_uint TO trends_uint_bak;

Вместо прежних таблиц нужно будет создать новые пустые таблицы истории и тенденций, сначала без разбивки на секции, с помощью следующих SQL-запросов:

CREATE TABLE `history` (
        `itemid`                 bigint unsigned                           NOT NULL,
        `clock`                  integer         DEFAULT '0'               NOT NULL,
        `value`                  double(16,4)    DEFAULT '0.0000'          NOT NULL,
        `ns`                     integer         DEFAULT '0'               NOT NULL
) ENGINE=TokuDB COMPRESSION=TOKUDB_LZMA;
CREATE INDEX `history_1` ON `history` (`itemid`,`clock`) CLUSTERING=yes;

CREATE TABLE `history_uint` (
        `itemid`                 bigint unsigned                           NOT NULL,
        `clock`                  integer         DEFAULT '0'               NOT NULL,
        `value`                  bigint unsigned DEFAULT '0'               NOT NULL,
        `ns`                     integer         DEFAULT '0'               NOT NULL
) ENGINE=TokuDB COMPRESSION=TOKUDB_LZMA;
CREATE INDEX `history_uint_1` ON `history_uint` (`itemid`,`clock`) CLUSTERING=yes;

CREATE TABLE `history_str` (
        `itemid`                 bigint unsigned                           NOT NULL,
        `clock`                  integer         DEFAULT '0'               NOT NULL,
        `value`                  varchar(255)    DEFAULT ''                NOT NULL,
        `ns`                     integer         DEFAULT '0'               NOT NULL
) ENGINE=TokuDB COMPRESSION=TOKUDB_LZMA;
CREATE INDEX `history_str_1` ON `history_str` (`itemid`,`clock`) CLUSTERING=yes;

CREATE TABLE `history_log` (
        `itemid`                 bigint unsigned                           NOT NULL,
        `clock`                  integer         DEFAULT '0'               NOT NULL,
        `timestamp`              integer         DEFAULT '0'               NOT NULL,
        `source`                 varchar(64)     DEFAULT ''                NOT NULL,
        `severity`               integer         DEFAULT '0'               NOT NULL,
        `value`                  text                                      NOT NULL,
        `logeventid`             integer         DEFAULT '0'               NOT NULL,
        `ns`                     integer         DEFAULT '0'               NOT NULL
) ENGINE=TokuDB COMPRESSION=TOKUDB_LZMA;
CREATE INDEX `history_log_1` ON `history_log` (`itemid`,`clock`) CLUSTERING=yes;

CREATE TABLE `history_text` (
        `itemid`                 bigint unsigned                           NOT NULL,
        `clock`                  integer         DEFAULT '0'               NOT NULL,
        `value`                  text                                      NOT NULL,
        `ns`                     integer         DEFAULT '0'               NOT NULL
) ENGINE=TokuDB COMPRESSION=TOKUDB_LZMA;
CREATE INDEX `history_text_1` ON `history_text` (`itemid`,`clock`) CLUSTERING=yes;

CREATE TABLE `trends` (
        `itemid`                 bigint unsigned                           NOT NULL,
        `clock`                  integer         DEFAULT '0'               NOT NULL,
        `num`                    integer         DEFAULT '0'               NOT NULL,
        `value_min`              double(16,4)    DEFAULT '0.0000'          NOT NULL,
        `value_avg`              double(16,4)    DEFAULT '0.0000'          NOT NULL,
        `value_max`              double(16,4)    DEFAULT '0.0000'          NOT NULL,
        PRIMARY KEY (itemid,clock) CLUSTERING=yes
) ENGINE=TokuDB COMPRESSION=TOKUDB_LZMA;

CREATE TABLE `trends_uint` (
        `itemid`                 bigint unsigned                           NOT NULL,
        `clock`                  integer         DEFAULT '0'               NOT NULL,
        `num`                    integer         DEFAULT '0'               NOT NULL,
        `value_min`              bigint unsigned DEFAULT '0'               NOT NULL,
        `value_avg`              bigint unsigned DEFAULT '0'               NOT NULL,
        `value_max`              bigint unsigned DEFAULT '0'               NOT NULL,
        PRIMARY KEY (itemid,clock) CLUSTERING=yes
) ENGINE=TokuDB COMPRESSION=TOKUDB_LZMA;

Эти таблицы пока не разбиты на секции, но уже используют движок TokuDB, сжатие данных по алгоритму LZMA и используют кластерные индексы - индексы, хранящиеся вместе с индексируемыми данными.

3. Разбивка таблиц на секции

Разбивку таблиц на секции я проводил в соответствии со статьёй Docs/howto/mysql partition.

Я подготовил скрипт, который выводит команды, необходимые для разбивки таблиц истории и тенденций на необходимые секции. Настройки начальной и конечной дат, а также размер каждой секции, задаются прямо в тексте скрипта:

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

from datetime import datetime, timedelta
from pytz import timezone

def table_partitions(table, start, stop, step):
    print 'ALTER TABLE `%s` PARTITION BY RANGE (`clock`) (' % table

    dt = start
    while dt < stop:
        name = dt.strftime('%Y%m%d%H%M')
        ts = dt.strftime('%s')
        dt += step
        print 'PARTITION p%s VALUES LESS THAN (%s) ENGINE = TokuDB,' % (name, ts)

    name = dt.strftime('%Y%m%d%H%M')
    ts = dt.strftime('%s')
    print 'PARTITION p%s VALUES LESS THAN (%s) ENGINE = TokuDB' % (name, ts)
    print ');'

tz = timezone('UTC')
# Для таблиц тенденций trends и trends_uint
start = datetime(2018, 9, 10, 0, 0, 0, tzinfo=tz)
stop = datetime(2019, 9, 22, 0, 0, 0, tzinfo=tz)
step = timedelta(days=1)
table_partitions('trends', start, stop, step)
table_partitions('trends_uint', start, stop, step)

# Для таблиц истории history и history_uint
start = datetime(2019, 6, 10, 0, 0, 0, tzinfo=tz)
stop = datetime(2019, 9, 22, 0, 0, 0, tzinfo=tz)
step = timedelta(hours=6)
table_partitions('history', start, stop, step)
table_partitions('history_uint', start, stop, step)

# Для таблиц истории history_str, history_text и history_log
start = datetime(2019, 9, 3, 0, 0, 0, tzinfo=tz)
stop = datetime(2019, 9, 22, 0, 0, 0, tzinfo=tz)
step = timedelta(days=1)
table_partitions('history_str', start, stop, step)
table_partitions('history_text', start, stop, step)
table_partitions('history_log', start, stop, step)

Запускаем скрипт, сохраняем выведенные им команды в файл:

$ ./partitions.py > partitions.sql

Затем подключаемся клиентом MySQL к базе данных zabbix:

$ mysql -uzabbix -p zabbix

И выполняем в нём команды из файла partitions.sql:

MariaDB [zabbix]> SOURCE partitions.sql

После выполнения команд таблицы будут разбиты на секции в соответствии с настройками, прописанными в скрипте partitions.py

4. Перенос имеющихся данных в новые таблицы

Можно было бы перенести данные из старых таблиц в новые простыми SQL-запросами вида INSERT INTO history_uint SELECT * FROM history_uint_bak, но такие запросы на время их работы будут полностью блокировать вставку новых данных в таблицу, поэтому надо переносить данные порциями. Я в этих целях пользуюсь командами следующего вида:

$ mysqldump -t -uroot -p zabbix trends_uint_bak | grep ^INSERT | sed 's/^INSERT INTO/INSERT IGNORE/g' | mysql -uroot -p zabbix
$ mysqldump -t -uroot -p zabbix trends_bak | grep ^INSERT | sed 's/^INSERT INTO/INSERT IGNORE/g' | mysql -uroot -p zabbix
$ mysqldump -t -uroot -p zabbix history_bak | grep ^INSERT | sed 's/^INSERT INTO/INSERT IGNORE/g' | mysql -uroot -p zabbix
$ mysqldump -t -uroot -p zabbix history_str_bak | grep ^INSERT | sed 's/^INSERT INTO/INSERT IGNORE/g' | mysql -uroot -p zabbix
$ mysqldump -t -uroot -p zabbix history_text_bak | grep ^INSERT | sed 's/^INSERT INTO/INSERT IGNORE/g' | mysql -uroot -p zabbix
$ mysqldump -t -uroot -p zabbix history_log_bak | grep ^INSERT | sed 's/^INSERT INTO/INSERT IGNORE/g' | mysql -uroot -p zabbix

Это не красивое решение, но оно меня вполне устраивает, т.к. не приводит к длительной блокировке таблиц.

После переноса данных в новые таблицы старые таблицы можно будет удалить:

DROP TABLE history_bak;
DROP TABLE history_uint_bak;
DROP TABLE history_str_bak;
DROP TABLE history_log_bak;
DROP TABLE history_text_bak;
DROP TABLE trends_bak;
DROP TABLE trends_uint_bak;

5. Настройки плагина TokuDB

Просмотрев видеоролик с выступлением Владислава Лесина - одного из нынешних разработчиков TokuDB, работающего над этим плагином в компании Percona - я составил для себя список настроек плагина, на которые следует обратить внимание:

5.1. tokudb_fanout - максимальное количество дочерних узлов

Чем меньше, тем больше памяти для сообщений, тем лучше для нагрузки по записи, тем хуже для нагрузке по выборке, тем хуже использование памяти.

5.2. tokudb_block_size - размер узла в памяти

По умолчанию - 4 мегабайта.

Большие значения лучше для медленных дисков (с последовательным доступом). 4 мегабайта - оптимальный выбор для вращающихся дисков.

Для быстрых дисков (с произвольным доступом, как у SSD) меньший размер блока може увеличить производительность.

5.3. tokudb_read_block_size - размер базового узла

По умолчанию - 64 килобайта.

Меньшие значения лучше для точечных чтений, но приводят к увеличению непоследовательных операций ввода-вывода.

5.4. tokudb_row_format - алгоритм сжатия колонок

Возможны следующие значения:

5.5. tokudb_directio - использование прямого ввода-вывода

Значение OFF позволяет использовать дисковый кэш операционной системы в качестве вторичного кэша для хранения сжатых узлов. Для ограничения использования памяти процессом mysqld нужно использовать cgroups.

В качестве пищи для размышлений можно принять во внимание настройки, использованные в тесте производительности TokuDB, описание которого доступно по ссылке LinkeBench MySQL:

tokudb_cache_size = 8G ; default = 12G ?
tokudb_directio = OFF
tokudb_empty_scan = disabled ; default - rl
tokudb_read_block_size = 16K ; default - 64K
tokudb_commit_sync = ON
tokudb_checkpointing_period = 900 ; default = 60
tokudb_block_size = 4M
tokudb_cleaner_iterations = 10000 ; default = 5
tokudb_fanout = 128 ; default = 16

Я ограничился указанием подходящего значения tokudb_cache_size и изменением следующих настроек:

tokudb_directio = ON
tokudb_row_format = tokudb_lzma
tokudb_empty_scan = disabled

6. Решение проблем

После обновления версии MariaDB пакетами из репозитория по неизвестным причинам планировщик перестаёт выполнять задачу по обслуживанию секций таблиц: не удаляет устаревшие секции и, что гораздо хуже, не создаёт новые секции таблиц. Последнее приводит к тому, что сервер Zabbix не может вставить в таблицы новые данные. Проявляется это в том, что после полуночи в последних данных на графиках нет данных, а сервер Zabbix ругается в журнал ошибками следующего вида:

6619:20200604:000100.756 [Z3005] query failed: [1526] Table has no partition for value 1591210860 [insert into history
(itemid,clock,ns,value) values (3827556,1591210860,519948235,0.012016),(3827601,1591210860,574265420,0.016382),
(3827553,1591210860,683308669,7.549000),(3827616,1591210860,684083178,7.715000),(3827591,1591210860,684848189,3.199600),
(3827583,1591210860,685585717,0.016474),(3827504,1591210860,689418268,24.000000),(3827564,1591210860,690132132,3.209600),
(3827610,1591210860,690862622,0.014954),(1284053,1591210860,732901317,3.000000),(1283392,1591210860,737607405,23.000000),
(352809,1591210860,737607405,35.000000),(1309072,1591210860,738428022,11.000000),(3827571,1591210860,740171802,7.187000),
(1308475,1591210860,740185955,3.000000),(1292277,1591210860,743020934,1.000000),(3827619,1591210860,743278260,0.014760),
(3827573,1591210860,743976749,3.254600),(3827598,1591210860,744811430,7.577000),(1284110,1591210860,745749025,21.000000),
(3827580,1591210860,746661186,7.580000),(1279841,1591210860,747623084,5.000000),(3827607,1591210860,748043948,7.717000),
(1282792,1591210860,749216640,15.000000);
]

Если новые секции таблиц не создаются автоматически, то первым делом вручную вызываем обслуживание таблиц, чтобы сервер Zabbix мог начать писать данные:

CALL partition_maintenance('zabbix', 'trends', 365, 24, 2);
CALL partition_maintenance('zabbix', 'trends_uint', 365, 24, 2);
CALL partition_maintenance('zabbix', 'history', 90, 6, 8);
CALL partition_maintenance('zabbix', 'history_uint', 90, 6, 8);
CALL partition_maintenance('zabbix', 'history_str', 7, 24, 2);
CALL partition_maintenance('zabbix', 'history_text', 7, 24, 2);
CALL partition_maintenance('zabbix', 'history_log', 7, 24, 2);

Далее, чтобы в дальнейшем заработала автоматика, могут помочь следующие действия.

Сначала обновляем таблицы в базах данных до текущей версии MySQL:

$ mysql_upgrade --force -uroot -p mysql
$ mysql_upgrade --force -uroot -p zabbix

Затем пересоздаём запланированное задание:

USE `zabbix`;
DELIMITER $$

CREATE EVENT IF NOT EXISTS `e_part_manage`
       ON SCHEDULE EVERY 1 DAY
       STARTS '2019-04-04 04:00:00'
       ON COMPLETION PRESERVE
       ENABLE
       COMMENT 'Управление созданием и удалением секций'
       DO BEGIN
              CALL partition_maintenance('zabbix', 'trends', 365, 24, 2);
              CALL partition_maintenance('zabbix', 'trends_uint', 365, 24, 2);
              CALL partition_maintenance('zabbix', 'history', 90, 6, 8);
              CALL partition_maintenance('zabbix', 'history_uint', 90, 6, 8);
              CALL partition_maintenance('zabbix', 'history_str', 7, 24, 2);
              CALL partition_maintenance('zabbix', 'history_text', 7, 24, 2);
              CALL partition_maintenance('zabbix', 'history_log', 7, 24, 2);
       END$$

DELIMITER ;

И напоследок перезапускаем сервер MariaDB:

# systemctl restart mariadb

Какое из приведённых решений помогает на самом деле, сказать точно не могу, т.к. я пробовал использовать каждый из советов поодиночке и не установил чёткой закономерности, какой из них помогает всегда. Иногда одно действие не лечит проблему и на следующий день можно заметить, что новые секции опять не создались.

Написать автору