Репликация данных

Репликация поддерживается только для таблиц семейства MergeTree:

  • ReplicatedMergeTree
  • ReplicatedSummingMergeTree
  • ReplicatedReplacingMergeTree
  • ReplicatedAggregatingMergeTree
  • ReplicatedCollapsingMergeTree
  • ReplicatedGraphiteMergeTree

Репликация работает на уровне отдельных таблиц, а не всего сервера. То есть, на сервере могут быть расположены одновременно реплицируемые и не реплицируемые таблицы.

Репликация не зависит от шардирования. На каждом шарде репликация работает независимо.

Реплицируются сжатые данные запросов INSERT, ALTER (см. подробности в описании запроса ALTER).

Запросы CREATE, DROP, ATTACH, DETACH, RENAME выполняются на одном сервере и не реплицируются:

  • CREATE TABLE создаёт новую реплицируемую таблицу на том сервере, где выполняется запрос, а если на других серверах такая таблица уже есть - добавляет новую реплику.
  • DROP TABLE удаляет реплику, расположенную на том сервере, где выполняется запрос.
  • RENAME переименовывает таблицу на одной из реплик - то есть, реплицируемые таблицы на разных репликах могут называться по разному.

Чтобы использовать репликацию, укажите в конфигурационном файле адреса ZooKeeper кластера. Пример:

<zookeeper>
    <node index="1">
        <host>example1</host>
        <port>2181</port>
    </node>
    <node index="2">
        <host>example2</host>
        <port>2181</port>
    </node>
    <node index="3">
        <host>example3</host>
        <port>2181</port>
    </node>
</zookeeper>

Используйте ZooKeeper версии 3.4.5 или более новый.

Можно указать любой имеющийся у вас ZooKeeper-кластер - система будет использовать в нём одну директорию для своих данных (директория указывается при создании реплицируемой таблицы).

Если в конфигурационном файле не настроен ZooKeeper, то вы не сможете создать реплицируемые таблицы, а уже имеющиеся реплицируемые таблицы будут доступны в режиме только на чтение.

При запросах SELECT, ZooKeeper не используется, т.е. репликация не влияет на производительность SELECT и запросы работают так же быстро, как и для нереплицируемых таблиц. При запросах к распределенным реплицированным таблицам поведение ClickHouse регулируется настройками max_replica_delay_for_distributed_queries и fallback_to_stale_replicas_for_distributed_queries.

При каждом запросе INSERT (точнее, на каждый вставляемый блок данных; запрос INSERT содержит один блок, или по блоку на каждые max_insert_block_size = 1048576 строк), делается около десятка записей в ZooKeeper в рамках нескольких транзакций. Это приводит к некоторому увеличению задержек при INSERT, по сравнению с нереплицируемыми таблицами. Но если придерживаться обычных рекомендаций - вставлять данные пачками не более одного INSERT в секунду, то это не составляет проблем. На всём кластере ClickHouse, использующим для координации один кластер ZooKeeper, может быть в совокупности несколько сотен INSERT в секунду. Пропускная способность при вставке данных (количество строчек в секунду) такая же высокая, как для нереплицируемых таблиц.

Для очень больших кластеров, можно использовать разные кластеры ZooKeeper для разных шардов. Впрочем, на кластере Яндекс.Метрики (примерно 300 серверов) такой необходимости не возникает.

Репликация асинхронная, мульти-мастер. Запросы INSERT (а также ALTER) можно отправлять на любой доступный сервер. Данные вставятся на сервер, где выполнен запрос, а затем скопируются на остальные серверы. В связи с асинхронностью, только что вставленные данные появляются на остальных репликах с небольшой задержкой. Если часть реплик недоступна, данные на них запишутся тогда, когда они станут доступны. Если реплика доступна, то задержка составляет столько времени, сколько требуется для передачи блока сжатых данных по сети.

По умолчанию, запрос INSERT ждёт подтверждения записи только от одной реплики. Если данные были успешно записаны только на одну реплику, и сервер с этой репликой перестал существовать, то записанные данные будут потеряны. Вы можете включить подтверждение записи от нескольких реплик, используя настройку insert_quorum.

Каждый блок данных записывается атомарно. Запрос INSERT разбивается на блоки данных размером до max_insert_block_size = 1048576 строк. То есть, если в запросе INSERT менее 1048576 строк, то он делается атомарно.

Блоки данных дедуплицируются. При многократной записи одного и того же блока данных (блоков данных одинакового размера, содержащих одни и те же строчки в одном и том же порядке), блок будет записан только один раз. Это сделано для того, чтобы в случае сбоя в сети, когда клиентское приложение не может понять, были ли данные записаны в БД, можно было просто повторить запрос INSERT. При этом не имеет значения, на какую реплику будут отправлены INSERT-ы с одинаковыми данными. То есть, обеспечивается идемпотентность INSERT. Параметры дедупликации регулируются настройками сервера merge_tree.

При репликации, по сети передаются только исходные вставляемые данные. Дальнейшие преобразования данных (слияния) координируются и делаются на всех репликах одинаковым образом. За счёт этого минимизируется использование сети, и благодаря этому, репликация хорошо работает при расположении реплик в разных датацентрах. (Стоит заметить, что дублирование данных в разных датацентрах, по сути, является основной задачей репликации).

Количество реплик одних и тех же данных может быть произвольным. В Яндекс.Метрике в продакшене используется двухкратная репликация. На каждом сервере используется RAID-5 или RAID-6, в некоторых случаях RAID-10. Это является сравнительно надёжным и удобным для эксплуатации решением.

Система следит за синхронностью данных на репликах и умеет восстанавливаться после сбоя. Восстановление после сбоя автоматическое (в случае небольших различий в данных) или полуавтоматическое (когда данные отличаются слишком сильно, что может свидетельствовать об ошибке конфигурации).

Создание реплицируемых таблиц

В начало имени движка таблицы добавляется Replicated. Например, ReplicatedMergeTree.

Также добавляются два параметра в начало списка параметров - путь к таблице в ZooKeeper, имя реплики в ZooKeeper.

Пример:

ReplicatedMergeTree('/clickhouse/tables/{layer}-{shard}/hits', '{replica}', EventDate, intHash32(UserID), (CounterID, EventDate, intHash32(UserID), EventTime), 8192)

Как видно в примере, эти параметры могут содержать подстановки в фигурных скобках. Подставляемые значения достаются из конфигурационного файла, из секции macros. Пример:

<macros>
    <layer>05</layer>
    <shard>02</shard>
    <replica>example05-02-1.yandex.ru</replica>
</macros>

Путь к таблице в ZooKeeper должен быть разным для каждой реплицируемой таблицы. В том числе, для таблиц на разных шардах, должны быть разные пути. В данном случае, путь состоит из следующих частей:

/clickhouse/tables/ - общий префикс. Рекомендуется использовать именно его.

{layer}-{shard} - идентификатор шарда. В данном примере он состоит из двух частей, так как на кластере Яндекс.Метрики используется двухуровневое шардирование. Для большинства задач, оставьте только подстановку {shard}, которая будет раскрываться в идентификатор шарда.

hits - имя узла для таблицы в ZooKeeper. Разумно делать его таким же, как имя таблицы. Оно указывается явно, так как, в отличие от имени таблицы, оно не меняется после запроса RENAME.

Имя реплики - то, что идентифицирует разные реплики одной и той же таблицы. Можно использовать для него имя сервера, как показано в примере. Впрочем, достаточно, чтобы имя было уникально лишь в пределах каждого шарда.

Можно не использовать подстановки, а указать соответствующие параметры явно. Это может быть удобным для тестирования и при настройке маленьких кластеров. Однако в этом случае нельзя пользоваться распределенными DDL-запросами (ON CLUSTER).

При работе с большими кластерами мы рекомендуем использовать подстановки, они уменьшают вероятность ошибки.

Выполните запрос CREATE TABLE на каждой реплике. Запрос создаёт новую реплицируемую таблицу, или добавляет новую реплику к имеющимся.

Если вы добавляете новую реплику после того, как таблица на других репликах уже содержит некоторые данные, то после выполнения запроса, данные на новую реплику будут скачаны с других реплик. То есть, новая реплика синхронизирует себя с остальными.

Для удаления реплики, выполните запрос DROP TABLE. При этом, удаляется только одна реплика - расположенная на том сервере, где вы выполняете запрос.

Восстановление после сбоя

Если при старте сервера, недоступен ZooKeeper, реплицируемые таблицы переходят в режим только для чтения. Система будет пытаться периодически установить соединение с ZooKeeper.

Если при INSERT недоступен ZooKeeper, или происходит ошибка при взаимодействии с ним, будет выкинуто исключение.

При подключении к ZooKeeper, система проверяет соответствие между имеющимся в локальной файловой системе набором данных и ожидаемым набором данных (информация о котором хранится в ZooKeeper). Если имеются небольшие несоответствия, то система устраняет их, синхронизируя данные с реплик.

Обнаруженные битые куски данных (с файлами несоответствующего размера) или неизвестные куски (куски, записанные в файловую систему, но информация о которых не была записана в ZooKeeper) переносятся в поддиректорию detached (не удаляются). Недостающие куски скачиваются с реплик.

Стоит заметить, что ClickHouse не делает самостоятельно никаких деструктивных действий типа автоматического удаления большого количества данных.

При старте сервера (или создании новой сессии с ZooKeeper), проверяется только количество и размеры всех файлов. Если у файлов совпадают размеры, но изменены байты где-то посередине, то это обнаруживается не сразу, а только при попытке их прочитать при каком-либо запросе SELECT - запрос кинет исключение о несоответствующей чексумме или размере сжатого блока. В этом случае, куски данных добавляются в очередь на проверку, и при необходимости, скачиваются с реплик.

Если обнаруживается, что локальный набор данных слишком сильно отличается от ожидаемого, то срабатывает защитный механизм - сервер сообщает об этом в лог и отказывается запускаться. Это сделано, так как такой случай может свидетельствовать об ошибке конфигурации - например, если реплика одного шарда была случайно сконфигурирована, как реплика другого шарда. Тем не менее, пороги защитного механизма поставлены довольно низкими, и такая ситуация может возникнуть и при обычном восстановлении после сбоя. В этом случае, восстановление делается полуавтоматически - "по кнопке".

Для запуска восстановления, создайте в ZooKeeper узел /path_to_table/replica_name/flags/force_restore_data с любым содержимым или выполните команду для восстановления всех реплицируемых таблиц:

sudo -u clickhouse touch /var/lib/clickhouse/flags/force_restore_data

Затем запустите сервер. При старте, сервер удалит эти флаги и запустит восстановление.

Восстановление в случае потери всех данных

Если на одном из серверов исчезли все данные и метаданные, восстановление делается следующим образом:

  1. Установите на сервер ClickHouse. Корректно пропишите подстановки в конфигурационном файле, отвечающие за идентификатор шарда и реплики, если вы их используете.
  2. Если у вас были нереплицируемые таблицы, которые должны быть вручную продублированы на серверах, скопируйте их данные (в директории /var/lib/clickhouse/data/db_name/table_name/) с реплики.
  3. Скопируйте с реплики определения таблиц, находящиеся в /var/lib/clickhouse/metadata/. Если в определениях таблиц, идентификатор шарда или реплики, прописаны в явном виде - исправьте их, чтобы они соответствовали данной реплике. (Альтернативный вариант - запустить сервер и сделать самостоятельно все запросы ATTACH TABLE, которые должны были бы быть в соответствующих .sql файлах в /var/lib/clickhouse/metadata/.)
  4. Создайте в ZooKeeper узел /path_to_table/replica_name/flags/force_restore_data с любым содержимым или выполните команду для восстановления всех реплицируемых таблиц: sudo -u clickhouse touch /var/lib/clickhouse/flags/force_restore_data

Затем запустите сервер (перезапустите, если уже запущен). Данные будут скачаны с реплик.

В качестве альтернативного варианта восстановления, вы можете удалить из ZooKeeper информацию о потерянной реплике - /path_to_table/replica_name, и затем создать реплику заново, как написано в разделе "Создание реплицируемых таблиц".

Отсутствует ограничение на использование сетевой полосы при восстановлении. Имейте это ввиду, если восстанавливаете сразу много реплик.

Преобразование из MergeTree в ReplicatedMergeTree

Здесь и далее, под MergeTree подразумеваются все движки таблиц семейства MergeTree, так же для ReplicatedMergeTree.

Если у вас была таблица типа MergeTree, репликация которой делалась вручную, вы можете преобразовать её в реплицируемую таблицу. Это может понадобиться лишь в случаях, когда вы уже успели накопить большое количество данных в таблице типа MergeTree, а сейчас хотите включить репликацию.

Если на разных репликах данные отличаются, то сначала синхронизируйте их, либо удалите эти данные на всех репликах кроме одной.

Переименуйте имеющуюся MergeTree таблицу, затем создайте со старым именем таблицу типа ReplicatedMergeTree. Перенесите данные из старой таблицы в поддиректорию detached в директории с данными новой таблицы (/var/lib/clickhouse/data/db_name/table_name/). Затем добавьте эти куски данных в рабочий набор с помощью выполнения запросов ALTER TABLE ATTACH PARTITION на одной из реплик.

Преобразование из ReplicatedMergeTree в MergeTree

Создайте таблицу типа MergeTree с другим именем. Перенесите в её директорию с данными все данные из директории с данными таблицы типа ReplicatedMergeTree. Затем удалите таблицу типа ReplicatedMergeTree и перезапустите сервер.

Если вы хотите избавиться от таблицы ReplicatedMergeTree, не запуская сервер, то

  • удалите соответствующий файл .sql в директории с метаданными (/var/lib/clickhouse/metadata/);
  • удалите соответствующий путь в ZooKeeper (/path_to_table/replica_name);

После этого, вы можете запустить сервер, создать таблицу типа MergeTree, перенести данные в её директорию, и перезапустить сервер.

Восстановление в случае потери или повреждения метаданных на ZooKeeper кластере

Если данные в ZooKeeper оказались утеряны или повреждены, то вы можете сохранить данные, переместив их в нереплицируемую таблицу, как описано в пункте выше.