摘要：本文所闡述的時間序列數據庫，系筆者所負責產品對性能指標進行聚合分組過濾過程中的梳理和總結。而帶有標志的，則是數據采集源，將數據發給服務。左面的則是的特點之一，其規則為以上屬性值均為對應名稱的。

【編者按】 劉斌，OneAPM后端研發工程師，擁有10多年編程經驗，參與過大型金融、通信以及Android手機操作系的開發，熟悉Linux及后臺開發技術。曾參與翻譯過《第一本Docker書》、《GitHub入門與實踐》、《Web應用安全權威指南》、《WEB+DB PRESS》、《Software Design》等書籍，也是Docker入門與實踐課程主講人。本文所闡述的「時間序列數據庫」，系筆者所負責產品 Cloud Insight 對性能指標進行聚合、分組、過濾過程中的梳理和總結。

OpenTSDB ，可以認為是一個時系列數據（庫），它基于HBase存儲數據，充分發揮了HBase的分布式列存儲特性，支持數百萬每秒的讀寫，它的特點就是容易擴展，靈活的tag機制。

這里我們簡單看一下它的架構，如下圖所示：

其最主要的部件就是TSD了，這是接收數據并存儲到HBase處理的核心所在。而帶有C（collector）標志的Server，則是數據采集源，將數據發給 TSD服務。

為了安裝 OpenTSDB ，都需要以下條件和軟件：

Linux操作系統

JRE 1.6 or later

HBase 0.92 or later

安裝GnuPlot

如果你還想使用自帶的界面，則需要安裝GnuPlot 4.2及以后版本，以及gd和gd-devel等。這里我們選擇了GnuPlot 5.0.1的版本。

根據情況執行（沒有就裝），安裝所需軟件

$ sudo yum install -y gd gd-devel libpng libpng-devel

之后安裝GnuPlot：

$ tar zxvf gnuplot-5.0.1.tar.gz$ cd gnuplot-5.0.1$ ./configure$ make$ sudo make install

首先，確保設置了JAVA_HOME：

$ echo $JAVA_HOME/usr

這個不多說了，非常簡單，只需要按照 https://hbase.apache.org/book.html#quickstart 這里所說，下載、解壓、修改配置文件、啟動即可。

這時候，再設置HBASE_HOME：

$ echo $HBASE_HOME/opt/hbase-1.0.1.1

之后便可啟動hbase：

$ /opt/hbase-1.0.1.1/bin/start-hbase.sh
starting master, logging to /opt/hbase-1.0.1.1/logs/hbase-vagrant-master-localhost.localdomain.out

這個也很簡單，如果build失敗，那肯定是缺少Make或者Autotools等東西，用包管理器安裝即可。

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

創建表OpenTSDB所需要的表結構：

$ env COMPRESSION=NONE ./src/create_table.sh2016-01-08 06:17:58,045 WARN [main] util.NativeCodeLoader: Unable to load native-hadoop library for your platform… using builtin-java classes where applicable
HBase Shell; enter ‘help‘ for list of supported commands.
Type “exit” to leave the HBase Shell
Version 1.0.1.1, re1dbf4df30d214fca14908df71d038081577ea46, Sun May 17 12:34:26 PDT 2015create ‘tsdb-uid’,
{NAME => ‘id’, COMPRESSION => ‘NONE’, BLOOMFILTER => ‘ROW’},
{NAME => ‘name’, COMPRESSION => ‘NONE’, BLOOMFILTER => ‘ROW’}0 row(s) in 1.3180 secondsHbase::Table – tsdb-uidcreate ‘tsdb’,
{NAME => ‘t’, VERSIONS => 1, COMPRESSION => ‘NONE’, BLOOMFILTER => ‘ROW’}0 row(s) in 0.2400 secondsHbase::Table – tsdbcreate ‘tsdb-tree’,
{NAME => ‘t’, VERSIONS => 1, COMPRESSION => ‘NONE’, BLOOMFILTER => ‘ROW’}0 row(s) in 0.2160 secondsHbase::Table – tsdb-treecreate ‘tsdb-meta’,
{NAME => ‘name’, COMPRESSION => ‘NONE’, BLOOMFILTER => ‘ROW’}0 row(s) in 0.4480 secondsHbase::Table – tsdb-meta

在habse shell里，可以看到表已經創建成功。

> listTABLE
tsdb
tsdb-metatsdb-treetsdb-uid4 row(s) in 0.0160 seconds

表創建之后，即可啟動tsd服務，只需要運行如下命令：

$ build/tsdb tsd

如果看到輸出：

2016-01-09 05:51:10,875 INFO [main] TSDMain: Ready to serve on /0.0.0.0:4242

即可認為啟動成功。

在安裝并啟動所有服務之后，我們就來嘗試發送1條數據吧。

最簡單的保存數據方式就是使用telnet。

$ telnet localhost 4242put sys.cpu.user 1436333416 23 host=web01 user=10001

這時，從 OpenTSDB 自帶界面都可以看到這些數據。 由于sys.cpu.sys的數據只有一條，所以 OpenTSDB 只能看到一個點。

下圖為 OpenTSDB 自帶的查詢界面，訪問http://localhost:4242即可。

我們來看看 OpenTSDB 的重要概念uid，先從HBase中存儲的數據開始吧，我們來看一下它都有哪些表，以及這些表都是干什么的。

tsdb：存儲數據點

hbase(main):003:0> scan "tsdb"
ROW                           COLUMN+CELL  

 x00x00x01Ux9CxAEPx00x column=t:qx80,timestamp=1436350142588, value=x17   
 
 00x01x00x00x01x00x00x   
 
 02x00x00x02  
 
1 row(s) in 0.2800 seconds

可以看出，該表只有一條數據，我們先不管rowid，只來看看列，只有一列，值為0x17，即十進制23，即該metric的值。

左面的row key則是 OpenTSDB 的特點之一，其規則為：

metric + timestamp + tagk1 + tagv1… + tagkN + tagvN

以上屬性值均為對應名稱的uid。

我們上面添加的metric為：

sys.cpu.user 1436333416 23 host=web01 user=10001

一共涉及到5個uid，即名為sys.cpu.user的metric，以及host和user兩個tagk及其值web01和10001。

上面數據的row key為：

x00x00x01Ux9CxAEPx00x00x01x00x00x01x00x00x02x00x00x02

具體這個row key是怎么算出來的，我們來看看tsdb-uid表。

tsdb-uid：存儲name和uid的映射關系

下面tsdb-uid表的數據，各行之間人為加了空行，為方便顯示。

tsdb-uid用來保存名字和UID（metric，tagk，tagv）之間互相映射的關系，都是成組出現的，即給定一個name和uid，會保存（name,uid）和（uid,name）兩條記錄。

我們一共看到了8行數據。

前面我們在tsdb表中已經看到，metric數據的row key為x00x00x01Ux9CxAEPx00x00x01x00x00x01x00x00x02x00x00x02 ，我們將其分解下，用+號連起來（從name到uid的映射為最后5行）：

 x00x00x01 + U + x9CxAE + P + x00x00x01 + x00x00x01 + x00x00x02  + x00x00x02
sys.cpu.user       1436333416           host    =      web01          user     =    10001

可以看出，這和我們前面說到的row key的構成方式是吻合的。

需要著重說明的是時間戳的存儲方式。
雖然我們指定的時間是以秒為單位的，但是，row key中用到的卻是以一小時為單位的，即：1436333416 – 1436333416 % 3600 = 1436331600 。

1436331600轉換為16進制，即0x55 0x9c 0xae 0x50，而0x55即大寫字母U，0x50為大寫字母P，這就是4個字節的時間戳存儲方式。相信下面這張圖能幫助各位更好理解這個意思，即一小時只有一個row key，每秒鐘的數據都會存為一列，大大提高查詢的速度。

反過來，從uid到name也一樣，比如找uid為x00x00x02的tagk，我們從上面結果可以看到，該row key（x00x00x02）有4列，而column=name:tagk的value就是user，非常簡單直觀。

重要：我們看到，上面的metric也好，tagk或者tagv也好，uid只有3個字節，這是 OpenTSDB 的默認配置，三個字節，應該能表示1600多萬的不同數據，這對metric名或者tagk來說足夠長了，對tagv來說就不一定了，比如tagv是ip地址的話，或者電話號碼，那么這個字段就不夠長了，這時可以通過修改源代碼來重新編譯 OpenTSDB 就可以了，同時要注意的是，重編以后，老數據就不能直接使用了，需要導出后重新導入。

tsdb-meta：元數據表

我們再看下第三個表tsdb-meta，這是用來存儲時間序列索引和元數據的表。這也是一個可選特性，默認是不開啟的，可以通過配置文件來啟用該特性，這里不做特殊介紹了。

tsdb-tree：樹形表

第4個表是tsdb-tree，用來以樹狀層次關系來表示metric的結構，只有在配置文件開啟該特性后，才會使用此表，這里我們不介紹了，可以自己嘗試。

保存數據除了我們前面用到的telnet方式，也可以選擇HTTP API或者批量導入工具

import（ http://opentsdb.net/docs/build/html/user_guide/cli/import.html ）

這里我們再對HTTP API進行簡單示例說明。

假設我們有如下數據，保存為文件mysql.json：

[
    {
        "metric": "mysql.innodb.row_lock_time",
        "timestamp": 1435716527,
        "value": 1234,
        "tags": {
           "host": "web01",
           "dc": "beijing"        }    },
    {
        "metric": "mysql.innodb.row_lock_time",
        "timestamp": 1435716529,
        "value": 2345,
        "tags": {
           "host": "web01",
           "dc": "beijing"        }    },
    {
        "metric": "mysql.innodb.row_lock_time",
        "timestamp": 1435716627,
        "value": 3456,
        "tags": {
           "host": "web02",
           "dc": "beijing"        }    },
    {
        "metric": "mysql.innodb.row_lock_time",
        "timestamp": 1435716727,
        "value": 6789,
        "tags": {
           "host": "web01",
           "dc": "tianjin"        }    }
]

之后執行如下命令：

$ curl -X POST -H “Content-Type: application/json” http://localhost:4242/api/put -d @mysql.json

即可將數據保存到 OpenTSDB 了。

看完了如何保存數據，我們再來看看如何查詢數據。

查詢數據可以使用query接口，它既可以使用get的query string方式，也可以使用post方式以JSON格式指定查詢條件，這里我們以后者為例，對剛才保存的數據進行說明。

首先，保存如下內容為search.json：

{
    "start": 1435716527,
    "queries": [
        {
            "metric": "mysql.innodb.row_lock_time",
            "aggregator": "avg",
            "tags": {
                "host": "*",
                "dc": "beijing"            }        }
    ]}

執行如下命令進行查詢：

$ curl -s -X POST -H "Content-Type: application/json" http://localhost:4242/api/query -d @search.json | jq .
[
  {    "metric": "mysql.innodb.row_lock_time",    "tags": {      "host": "web01",      "dc": "beijing"
    },    "aggregateTags": [],    "dps": {      "1435716527": 1234,      "1435716529": 2345
    }
  },
  {    "metric": "mysql.innodb.row_lock_time",    "tags": {      "host": "web02",      "dc": "beijing"
    },    "aggregateTags": [],    "dps": {      "1435716627": 3456
    }
  }
]

可以看出，我們保存了dc=tianjin的數據，但是并沒有在此查詢中返回，這是因為，我們指定了dc=beijing這一條件。

值得注意的是，tags參數在新版本2.2中，將不被推薦，取而代之的是filters參數。

可以看出來， OpenTSDB 還是非常容易上手的，尤其是單機版，安裝也很簡單。有HBase作為后盾，查詢起來也非常快，很多大公司，類似雅虎等，也都在用此軟件。

但是，大規模用起來，多個TDB以及多存儲節點等，應該都需要專業、細心的運維工作了。

這是本系列文章的其他部分：

時序列數據庫武斗大會之什么是TSDB

時序列數據庫武斗大會之TSDB名錄 Part 1

時序列數據庫武斗大會之TSDB名錄 Part 2

時序列數據庫武斗大會之KairosDB篇

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本文轉自 OneAPM 官方博客