大数据下的技术运营（二）——数据采集系统设计与实现

概述

监控系统是整个 IT 架构中的重中之重，小到故障排查、问题定位，大到业务预测、运营管理，都离不开监控系统，可以说一个稳定、健康的 IT 架构中必然会有一个可信赖的监控系统，而一个监控系统的基石则是一个稳定而健壮的数据采集系统。

定义采集数据

数据结构的选择

监控数据是标准的时间序列数据，传统的监控系统中，一条监控数据一般是由监控指标、时间戳和值组成，比如有 10 台服务器的内存使用率需要监控，一个时间周期内映射到系统中可能就是 10 条 mem.userd.percent  时间 值 这种格式的数据，然后分别和对应的主机关联。

这样做的缺点是，如果某一时刻想统计某个产品线、业务系统、集群、数据中心的某些监控指标的使用情况，可能就不太好实现。所以我们需要在传统的数据结构基础上增加一个字段，用来存储我们自定义的数据标签。为此，我们调研了当前主流的时序数据库，如 RRDtool、Graphite、InfluxDB、openTSDB 等，其中 RRDtool 和 Graphite 只能支能持时间维度和值维度，Cacti 和 Zabbix 就是基于 RRDtool 来绘图展示的。而 InfluxDB 和 openTSDB 都能满足我们的需求：其中 InfluxDB 版本比较低，而且每次更新变动都比较大；而 openTSDB 则在企业中有大量的成功案例。所以在数据结构的定义上，我们借鉴了openTSDB的数据结构，每条数据由metric、timestamp、value、tags组成，用tags键值对来标识不同的属性。比如网卡发送数据包数目为例，其数据结构如下：

[
  {
    “metric”: “net.PacketsRecv”,
    “data_type”: “COUNTER”,
    “value”: 15729345.00,
    “time”: 1471242889,
    “cycle”: 30,
    “tags”:{ 
      “iface”=”eth0”
      }
   }
]

• Metric 是一个可测量的单位的标称。metric 不包括一个数值或一个时间，其仅仅是一个标签，包含数值和时间的叫 datapoints，metric 是用逗号连接的不允许有空格，例如：cpu.idle，app.latency 等。
• Tags：一个 metric 应该描述什么东西被测量，其不应该定义的太简单。通常，更好的做法是用 Tags 来描述具有相同维度的 metric。Tags 由 tagk 和 tagv 组成，前者表示一个分组，后者表示一个特定的项
• Timestamp。一个绝对时间，用来描述一个数值或者一个给定的 metric 是在什么时候定义的。
• Value。一个 Value 表示一个 metric 的实际数值。

这样对于相同的 metric 数据，我们可以自由的通过 tag 的组合来获取我们真正需要的数据。

三种数据类型

既然有了上面的数据结构的定义，当然就会有数据类型，不同的数据可能代表的意义都不一样，OWL 中采用了 RRDtool 中比较常用的三种数据类型，分别为 GAUGE、COUNTER、DRIVER。

GAUGE 类型是一个计量器，可以理解最终存储的数据就是采集到的数据，比如服务器上的磁盘使用率，内存使用率，cpu 使用率，硬件的温度，风扇的转速，业务系统中的访问时间等等，这种数据会随时间的变化而变化，并且没有什么规律可言。

COUNTER 类型是一个计数器，该类型一般用于记录连续增长的记录，例如操作系统中的网卡流量，磁盘的 io，交换机接口的流量，业务的吞吐量等等，COUNTER 类型会假设计数器的值永远不会减小，除非达到数据类型的最大值产生溢出，OWL 客户端会存储最近一次的值和上一次的值，每次上报的过程中会取每秒的速率发送到 repeater，当计数器溢出，agent 会自动对数据进行补值，否则可能会因为溢出产生一个巨大的错误值导致错误告警。

DRIVER 类型用于表示单位时间内的数据变化，简单来说就是用来表示当前值和上一次值之间的差值，在监控领域中的实际应用场景可能不是很多。

agent 每次采集都会判断数据类型，并应用对应的运算规则。

采集系统的整体架构

架构的变化

相比于上个版本的架构，我们的数据采集系统还是发生了很大的变化，变化主要体现在服务逻辑拆分和重新规划。

服务端在上个版本中，主要负责 agent 端配置的维护，监控数据的接收和转存，网络设备数据的采集，端口健康状态监测等功能，当服务端需要进行维护的时候，整个监控服务相当于不可用的。另外也不利于扩展。所以在该版本中对 server 进行了拆分，分别为 cfc、repeater、net-collect，其中 cfc 主要负责配置维护，repeater 负责监控数据接收和转发，net-collect 负责采集网络设备数据，任何一个组件都可用做到水平扩展，极大的降低了系统的风险。

模块的角色功能

• agent：通过内置 metric 以及自定义插件方式采集主机硬件、操作系统、中间件、业务系统等数据，并通过 tcp 长连接异步发送到 repeater。
• net-collect：负责采集网络设备各项性能指标，包含各接口接收发送字节数、数据包数、错误数等等，监控数据通过 tcp 长连接发送到 repeater 中，配置和接口信息发送到 cfc 中。
• cfc：一般部署于数据中心，直连 MySQL，负责维护 agent 或 net-collect 同步过来的 metric 信息以及插件的同步等
• cfc-proxy：一般部署于分支机构或异地机房，是 agent/net-collect 和 cfc 之间的通讯桥梁。
• repeater：可任意部署，负责接收时间序列数据并转发到指定的后端，支持 repeater->repeater、repeater->openTSDB、repeater->Redis 等。

采集系统如何与应用系统对接

比如我们现在新开发一个应用，那么我们需要梳理我们需要关心的指标，比如系统的吞吐量、延迟、接口或 url 访问量等等，由于 OWL 不支持主动 push 数据，所以我们需要将这些数据通过 Http REST API 方式暴露出来，然后使用 OWL 自带的 app_collect 插件来定时采集数据，API 暴露的数据结构大概如下：

[
  {
    "metric": "app. latency ",
    "data_type": "GAUGE",
    "value": 1.0,
    "tags": {
            "product": "app01"        
            }
  },
  {
    "metric": "app.page_view",
    "data_type": "COUNTER",
    "value": 10324564,
    "tags": {
            "product":"app01”,
            “page”:”index.html”,
       }
    }
]

采集系统的上层应用封装

基于该系统，我们可以在上层构建报警系统，统计分析系统，报表系统等等。大家可以自由去发挥。

其中，报警服务在上个版本中是基于 Python 的 Celery 去实现的，由于依赖众多模块，安装部署复杂，在开源过程中大部分反馈的问题都是在该模块的部署上。因此，在该版本中我们使用 go 语言对重构了报警服务，分为控制器和报警逻辑处理模块：其中控制器负责报警策略生成和报警结果处理；逻辑处理模块负责从控制器获取策略并去 OpenTSDB 读取数据进行对比，产生的结果返回给控制器处理。整体而言这是一个生产者消费者模型，理论上消费者可用无限扩展。更多报警的具体细节，会在本系列的报警文章中进行详细的介绍。

总结

数据的采集是起点而非终点，如何对采集到的数据进一步加工处理，并且能够帮助我们改善工作和生活才是最终目标，我们坚信，数据改变人们的决策方式，数据改善人类自身和环境。 TalkingData，让数据说话。

感谢木环对本文的审校。

给 InfoQ 中文站投稿或者参与内容翻译工作，请邮件至editors@cn.infoq.com。也欢迎大家通过新浪微博（@InfoQ，@丁晓昀），微信（微信号：InfoQChina）关注我们。