深度剖析HBase負載均衡和性能指標

在分布式系統中，負載均衡是一個非常重要的功能，HBase通過Region的數量實現負載均衡，即通過hbase.master.loadbalancer.class實現自定義負載均衡算法。下面將為大家剖析HBase負載均衡的相關內容以及性能指標。

內容

HBase系統負載均衡是一個周期性的操作，通過負載均衡來均勻分配Region到各個RegionServer上，通過hbase.balancer.period屬性來控制負載均衡的時間間隔，默認是5分鐘。觸發負載均衡操作是有條件的，但是如果發生以下情況則不會觸發負載均衡操作：

l 負載均衡自動操作balance_switch關閉，即：balance_switch false；

l HBase Master節點正在初始化操作；

l HBase集群中正在執行RIT，即Region正在遷移中；

l HBase集群正在處理離線的RegionServer；

負載均衡算法

HBase執行負載均衡操作的時候，如何判斷各個RegionServer節點上的Region個數是否均衡，這裏通過以下步驟來判斷：

l 計算均衡值的區間範圍，通過總Region個數以及RegionServer節點個數，算出平均Region個數，然後在此基礎上計算最小值和最大值；

l 遍歷超過Region最大值的RegionServer節點，將該節點上的Region值遷移出去，直到該節點的Region個數小於等於最大值的Region；

l 遍歷低於Region最小值的RegionServer節點，分配集群中的Region到這些RegionServer上，直到大於等於最小值的Region；

l 負責上述操作，直到集群中所有的RegionServer上的Region個數在最小值與最大值之間，集群才算到達負載均衡，之後，即使再次手動執行均衡命令，HBase底層邏輯判斷會執行忽略操作。

算法流程實例

下面筆者通過實際的應用場景來給大家剖析HBase負載均衡算法的實現流程。舉個例子，假如我們當前有一個5臺節點規模的HBase集群(包含Master和RegionServer)，其中2臺Master和3臺RegionServer組成，每臺RegionServer上的Region個數，如圖所示：

圖1

執行負載均衡操作之前，首先計算集群中總的Region個數，當前實例中集群中的Region總個數為175+56+99=330，然後計算每個RegionServer需要容納的Region平均值，計算結果：

平均值(110) = 總Region個數(330) / RegionServers總數(3)

計算最小值和最大值來判斷HBase集群是否需要進行負載均衡操作，計算公式：

# hbase.regions.slop 權重值，默認為0.2
最小值 = Math.floor(平均值 * (1-0.2))
最大值 = Math.ceil(平均值 * (1+0.2))

HBase集群如果判斷各個RegionServer中的最小Region個數大於計算後的最小值，並且最大Region個數小於最大值，這是直接返回不會觸發負載均衡操作。根據實例中給出的Region數，計算得出最小值Region為88，最大值Region為120。

由於實例中RegionServer2的Region個數為56，小於最小值Region數88，而RegionServer1的Region個數為175，大於了最大值Region數120，所以需要負載均衡操作。

HBase系統提供管理員命令來操作負載均衡，具體操作命令：

# 使用hbase shell命令進入到HBase控制臺，然後開啟自動執行負載均衡
hbase(main):001:0> balance_switch true

balance_switch命令底層實現balance_switch.rb和admin.rb文件源碼：

圖2

此命令輸出的是之前負載均衡器balancer的開關設置，再看balance_switch命令處理實現源碼：

圖3

此時HBase負載均衡自動操作就開啟完畢，但是如果我們需要立即均衡集群的Region個數怎麽辦？這裏HBase也提供管理命令，通過balancer命令來實現，操作命令：

hbase(main):001:0> balancer

balancer命令實現查看balancer.rb和admin.rb文件源碼：

圖4

圖5

該命令通過調用負載均衡器balancer的balanceCluster()方法生成負載均衡計劃執行集群的負載均衡操作，Master實現負載均衡底層源碼：

圖6-1

圖6-2

但是這樣每次手動執行，每次均衡的個數不一定能滿足要求，那麽我們可以通過封裝該命令，用腳本來調度執行，具體實現代碼：

圖7

此腳本默認執行20次，可以通過輸入整型參數來自定義執行次數。

當HBase集群檢查完所有的RegionServer上的Region個數已打要求，那麽此時集群的負載均衡操作就已經完成了。如果沒有達到要求，可以再次執行上述腳本，直到所有的Region個數在最小值和最大值之間為止。當HBase集群中所有的RegionServer完成負載均衡後，實例中的各個RegionServer上的Region個數分布，如圖所示：

圖8

此時各個RegionServer節點上的Region個數均在最小值和最大值範圍內，HBase集群各個RegionServer節點上的Region處理均衡狀態。

性能指標

HBase系統有一個非常重要的性能指標，那就是集群處理請求的延時。HBase系統為了反應集群內部處理請求所耗費的時間提供一個工具類即：

org.apache.hadoop.hbase.tool.Canary

此類主要用戶檢查HBase系統的耗時狀態。如果不知道使用方法，通過help命令來查看具體的用法，操作命令：

hbase org.apache.hadoop.hbase.tool.Canary -help

(1)查看集群中每個表中每個Region的耗時情況

hbase org.apache.hadoop.hbase.tool.Canary

(2) 查看money表中每個Region的耗時情況，多個表之間使用空格分割

# 查看money表和person表
hbase org.apache.hadoop.hbase.tool.Canary money person

(3) 查看每個RegionServer的耗時情況

hbase org.apache.hadoop.hbase.tool.Canary -regionserver dn1

通常情況下我們比較關註每個RegionServer節點的耗時情況，將該命令封裝一下，然後打印集群中每個RegionServer的耗時情況，腳本實現：

圖9

總結

維護HBase集群，比如重啟某幾個RegionServer節點後，可能會發送Region不均衡的情況，這時如果開啟自動均衡後，需要立即使當前集群上其他RegionServer上的Region處於均衡狀態，那麽就可以使用手動均衡操作。另外，HBase集群各個RegionServer的耗時情況，能夠反映當前集群的健康狀態。

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