TiDB為什么要需要調(diào)度？調(diào)度的基本需求是什么？

　　TiKV 集群是 TiDB 數(shù)據(jù)庫的分布式 KV 存儲(chǔ)引擎，數(shù)據(jù)以 Region 為單位進(jìn)行復(fù)制和管理，每個(gè) Region 會(huì)有多個(gè) Replica(副本)，這些 Replica 會(huì)分布在不同的 TiKV 節(jié)點(diǎn)上，其中 Leader 負(fù)責(zé)讀/寫，F(xiàn)ollower 負(fù)責(zé)同步 Leader 發(fā)來的 raft log。了解了這些信息后，請思考下面這些問題：

　　• 如何保證同一個(gè) Region 的多個(gè) Replica 分布在不同的節(jié)點(diǎn)上?更進(jìn)一步，如果在一臺(tái)機(jī)器上啟動(dòng)多個(gè) TiKV 實(shí)例，會(huì)有什么問題?

　　• TiKV 集群進(jìn)行跨機(jī)房部署用于容災(zāi)的時(shí)候，如何保證一個(gè)機(jī)房掉線，不會(huì)丟失 Raft Group 的多個(gè) Replica?

　　• 添加一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入 TiKV 集群之后，如何將集群中其他節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)搬過來?

　　• 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)掉線時(shí)，會(huì)出現(xiàn)什么問題?整個(gè)集群需要做什么事情?如果節(jié)點(diǎn)只是短暫掉線(重啟服務(wù))，那么如何處理?如果節(jié)點(diǎn)是長時(shí)間掉線(磁盤故障，數(shù)據(jù)全部丟失)，需要如何處理?

　　• 假設(shè)集群需要每個(gè) Raft Group 有 N 個(gè)副本，那么對于單個(gè) Raft Group 來說，Replica 數(shù)量可能會(huì)不夠多(例如節(jié)點(diǎn)掉線，失去副本)，也可能會(huì)過于多(例如掉線的節(jié)點(diǎn)又回復(fù)正常，自動(dòng)加入集群)。那么如何調(diào)節(jié) Replica 個(gè)數(shù)?

　　• 讀/寫都是通過 Leader 進(jìn)行，如果 Leader 只集中在少量節(jié)點(diǎn)上，會(huì)對集群有什么影響?

　　• 并不是所有的 Region 都被頻繁的訪問，可能訪問熱點(diǎn)只在少數(shù)幾個(gè) Region，這個(gè)時(shí)候我們需要做什么?

　　• 集群在做負(fù)載均衡的時(shí)候，往往需要搬遷數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)的遷移會(huì)不會(huì)占用大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬、磁盤 IO 以及 CPU?進(jìn)而影響在線服務(wù)?

　　這些問題單獨(dú)拿出可能都能找到簡單的解決方案，但是混雜在一起，就不太好解決。有的問題貌似只需要考慮單個(gè) Raft Group 內(nèi)部的情況，比如根據(jù)副本數(shù)量是否足夠多來決定是否需要添加副本。但是實(shí)際上這個(gè)副本添加在哪里，是需要考慮全局的信息。整個(gè)系統(tǒng)也是在動(dòng)態(tài)變化，Region 分裂、節(jié)點(diǎn)加入、節(jié)點(diǎn)失效、訪問熱點(diǎn)變化等情況會(huì)不斷發(fā)生，整個(gè)調(diào)度系統(tǒng)也需要在動(dòng)態(tài)中不斷向最優(yōu)狀態(tài)前進(jìn)，如果沒有一個(gè)掌握全局信息，可以對全局進(jìn)行調(diào)度，并且可以配置的組件，就很難滿足這些需求。因此我們需要一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)，來對系統(tǒng)的整體狀況進(jìn)行把控和調(diào)整，所以有了 PD 這個(gè)模塊。

　　調(diào)度的基本需求：

　　上面羅列了一大堆問題，我們先進(jìn)行分類和整理?？傮w來看，問題有兩大類：

　　1.作為一個(gè)分布式高可用存儲(chǔ)系統(tǒng)，必須滿足的需求，包括四種：

　　• 副本數(shù)量不能多也不能少

　　• 副本需要分布在不同的機(jī)器上

　　• 新加節(jié)點(diǎn)后，可以將其他節(jié)點(diǎn)上的副本遷移過來

　　• 節(jié)點(diǎn)下線后，需要將該節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)遷移走

　　2.作為一個(gè)良好的分布式系統(tǒng)，需要優(yōu)化的地方，包括：

　　• 維持整個(gè)集群的 Leader 分布均勻

　　• 維持每個(gè)節(jié)點(diǎn)的儲(chǔ)存容量均勻

　　• 維持訪問熱點(diǎn)分布均勻

　　• 控制 Balance 的速度，避免影響在線服務(wù)

　　• 管理節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，包括手動(dòng)上線/下線節(jié)點(diǎn)，以及自動(dòng)下線失效節(jié)點(diǎn)

　　滿足第一類需求后，整個(gè)系統(tǒng)將具備多副本容錯(cuò)、動(dòng)態(tài)擴(kuò)容/縮容、容忍節(jié)點(diǎn)掉線以及自動(dòng)錯(cuò)誤恢復(fù)的功能。

　　滿足第二類需求后，可以使得整體系統(tǒng)的負(fù)載更加均勻、且可以方便的管理。

　　為了滿足這些需求，首先我們需要收集足夠的信息，比如每個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)、每個(gè) Raft Group 的信息、業(yè)務(wù)訪問操作的統(tǒng)計(jì)等;

　　其次需要設(shè)置一些策略，PD 根據(jù)這些信息以及調(diào)度的策略，制定出盡量滿足前面所述需求的調(diào)度計(jì)劃;最后需要一些基本的操作，來完成調(diào)度計(jì)劃。

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