基于Flume的美团日志收集系统(一)架构和设计

背景

美团的日志收集系统负责美团的所有业务日志的收集，并分别给Hadoop平台提供离线数据和Storm平台提供实时数据流。美团的日志收集系统基于Flume设计和搭建而成。

《基于Flume的美团日志收集系统》将分两部分给读者呈现美团日志收集系统的架构设计和实战经验。

第一部分架构和设计，将主要着眼于日志收集系统整体的架构设计，以及为什么要做这样的设计。

第二部分改进和优化，将主要着眼于实际部署和使用过程中遇到的问题，对Flume做的功能修改和优化等。

1 日志收集系统简介

日志收集是大数据的基石。

许多公司的业务平台每天都会产生大量的日志数据。收集业务日志数据，供离线和在线的分析系统使用，正是日志收集系统的要做的事情。高可用性，高可靠性和可扩展性是日志收集系统所具有的基本特征。

目前常用的开源日志收集系统有Flume, Scribe等。Flume是Cloudera提供的一个高可用的，高可靠的，分布式的海量日志采集、聚合和传输的系统，目前已经是Apache的一个子项目。Scribe是Facebook开源的日志收集系统，它为日志的分布式收集，统一处理提供一个可扩展的，高容错的简单方案。

2 常用的开源日志收集系统对比

下面将对常见的开源日志收集系统Flume和Scribe的各方面进行对比。对比中Flume将主要采用Apache下的Flume-NG为参考对象。同时，我们将常用的日志收集系统分为三层（Agent层，Collector层和Store层）来进行对比。

对比项	Flume-NG	Scribe
使用语言	Java	c/c++
容错性	Agent和Collector间，Collector和Store间都有容错性，且提供三种级别的可靠性保证；	Agent和Collector间, Collector和Store之间有容错性；
负载均衡	Agent和Collector间，Collector和Store间有LoadBalance和Failover两种模式	无
可扩展性	好	好
Agent丰富程度	提供丰富的Agent，包括avro/thrift socket, text, tail等	主要是thrift端口
Store丰富程度	可以直接写hdfs, text, console, tcp；写hdfs时支持对text和sequence的压缩；	提供buffer, network, file(hdfs, text)等
代码结构	系统框架好，模块分明，易于开发	代码简单

3 美团日志收集系统架构

美团的日志收集系统负责美团的所有业务日志的收集，并分别给Hadoop平台提供离线数据和Storm平台提供实时数据流。美团的日志收集系统基于Flume设计和搭建而成。目前每天收集和处理约T级别的日志数据。

下图是美团的日志收集系统的整体框架图。

美团日志收集系统架构

a. 整个系统分为三层：Agent层，Collector层和Store层。其中Agent层每个机器部署一个进程，负责对单机的日志收集工作；Collector层部署在中心服务器上，负责接收Agent层发送的日志，并且将日志根据路由规则写到相应的Store层中；Store层负责提供永久或者临时的日志存储服务，或者将日志流导向其它服务器。
b. Agent到Collector使用LoadBalance策略，将所有的日志均衡地发到所有的Collector上，达到负载均衡的目标，同时并处理单个Collector失效的问题。
c. Collector层的目标主要有三个：SinkHdfs, SinkKafka和SinkBypass。分别提供离线的数据到Hdfs，和提供实时的日志流到Kafka和Bypass。其中SinkHdfs又根据日志量的大小分为SinkHdfs_b，SinkHdfs_m和SinkHdfs_s三个Sink，以提高写入到Hdfs的性能，具体见后面介绍。
d. 对于Store来说，Hdfs负责永久地存储所有日志；Kafka存储最新的7天日志，并给Storm系统提供实时日志流；Bypass负责给其它服务器和应用提供实时日志流。

下图是美团的日志收集系统的模块分解图，详解Agent, Collector和Bypass中的Source, Channel和Sink的关系。

美团日志收集系统架构

a. 模块命名规则：所有的Source以src开头，所有的Channel以ch开头，所有的Sink以sink开头；
b. Channel统一使用美团开发的DualChannel，具体原因后面详述；对于过滤掉的日志使用NullChannel，具体原因后面详述；
c. 模块之间内部通信统一使用Avro接口；

4 架构设计考虑

下面将从可用性，可靠性，可扩展性和兼容性等方面，对上述的架构做细致的解析。

4.1 可用性(availablity)

对日志收集系统来说，可用性(availablity)指固定周期内系统无故障运行总时间。要想提高系统的可用性，就需要消除系统的单点，提高系统的冗余度。下面来看看美团的日志收集系统在可用性方面的考虑。

4.1.1 Agent死掉

Agent死掉分为两种情况：机器死机或者Agent进程死掉。

对于机器死机的情况来说，由于产生日志的进程也同样会死掉，所以不会再产生新的日志，不存在不提供服务的情况。

对于Agent进程死掉的情况来说，确实会降低系统的可用性。对此，我们有下面三种方式来提高系统的可用性。首先，所有的Agent在supervise的方式下启动，如果进程死掉会被系统立即重启，以提供服务。其次，对所有的Agent进行存活监控，发现Agent死掉立即报警。最后，对于非常重要的日志，建议应用直接将日志写磁盘，Agent使用spooldir的方式获得最新的日志。

4.1.2 Collector死掉

由于中心服务器提供的是对等的且无差别的服务，且Agent访问Collector做了LoadBalance和重试机制。所以当某个Collector无法提供服务时，Agent的重试策略会将数据发送到其它可用的Collector上面。所以整个服务不受影响。

4.1.3 Hdfs正常停机

我们在Collector的HdfsSink中提供了开关选项，可以控制Collector停止写Hdfs，并且将所有的events缓存到FileChannel的功能。

4.1.4 Hdfs异常停机或不可访问

假如Hdfs异常停机或不可访问，此时Collector无法写Hdfs。由于我们使用DualChannel，Collector可以将所收到的events缓存到FileChannel，保存在磁盘上，继续提供服务。当Hdfs恢复服务以后，再将FileChannel中缓存的events再发送到Hdfs上。这种机制类似于Scribe，可以提供较好的容错性。

4.1.5 Collector变慢或者Agent/Collector网络变慢

如果Collector处理速度变慢（比如机器load过高）或者Agent/Collector之间的网络变慢，可能导致Agent发送到Collector的速度变慢。同样的，对于此种情况，我们在Agent端使用DualChannel，Agent可以将收到的events缓存到FileChannel，保存在磁盘上，继续提供服务。当Collector恢复服务以后，再将FileChannel中缓存的events再发送给Collector。

4.1.6 Hdfs变慢

当Hadoop上的任务较多且有大量的读写操作时，Hdfs的读写数据往往变的很慢。由于每天，每周都有高峰使用期，所以这种情况非常普遍。

对于Hdfs变慢的问题，我们同样使用DualChannel来解决。当Hdfs写入较快时，所有的events只经过MemChannel传递数据，减少磁盘IO，获得较高性能。当Hdfs写入较慢时，所有的events只经过FileChannel传递数据，有一个较大的数据缓存空间。

4.2 可靠性(reliability)

对日志收集系统来说，可靠性(reliability)是指Flume在数据流的传输过程中，保证events的可靠传递。

对Flume来说，所有的events都被保存在Agent的Channel中，然后被发送到数据流中的下一个Agent或者最终的存储服务中。那么一个Agent的Channel中的events什么时候被删除呢？当且仅当它们被保存到下一个Agent的Channel中或者被保存到最终的存储服务中。这就是Flume提供数据流中点到点的可靠性保证的最基本的单跳消息传递语义。

那么Flume是如何做到上述最基本的消息传递语义呢？

首先，Agent间的事务交换。Flume使用事务的办法来保证event的可靠传递。Source和Sink分别被封装在事务中，这些事务由保存event的存储提供或者由Channel提供。这就保证了event在数据流的点对点传输中是可靠的。在多级数据流中，如下图，上一级的Sink和下一级的Source都被包含在事务中，保证数据可靠地从一个Channel到另一个Channel转移。

美团日志收集系统架构

其次，数据流中 Channel的持久性。Flume中MemoryChannel是可能丢失数据的（当Agent死掉时），而FileChannel是持久性的，提供类似mysql的日志机制，保证数据不丢失。

4.3 可扩展性(scalability)

对日志收集系统来说，可扩展性(scalability)是指系统能够线性扩展。当日志量增大时，系统能够以简单的增加机器来达到线性扩容的目的。

对于基于Flume的日志收集系统来说，需要在设计的每一层，都可以做到线性扩展地提供服务。下面将对每一层的可扩展性做相应的说明。

4.3.1 Agent层

对于Agent这一层来说，每个机器部署一个Agent，可以水平扩展，不受限制。一个方面，Agent收集日志的能力受限于机器的性能，正常情况下一个Agent可以为单机提供足够服务。另一方面，如果机器比较多，可能受限于后端Collector提供的服务，但Agent到Collector是有Load Balance机制，使得Collector可以线性扩展提高能力。

4.3.2 Collector层

对于Collector这一层，Agent到Collector是有Load Balance机制，并且Collector提供无差别服务，所以可以线性扩展。其性能主要受限于Store层提供的能力。

4.3.3 Store层

对于Store这一层来说，Hdfs和Kafka都是分布式系统，可以做到线性扩展。Bypass属于临时的应用，只对应于某一类日志，性能不是瓶颈。

4.4 Channel的选择

Flume1.4.0中，其官方提供常用的MemoryChannel和FileChannel供大家选择。其优劣如下：

MemoryChannel: 所有的events被保存在内存中。优点是高吞吐。缺点是容量有限并且Agent死掉时会丢失内存中的数据。
FileChannel: 所有的events被保存在文件中。优点是容量较大且死掉时数据可恢复。缺点是速度较慢。

上述两种Channel，优缺点相反，分别有自己适合的场景。然而，对于大部分应用来说，我们希望Channel可以同提供高吞吐和大缓存。基于此，我们开发了DualChannel。

DualChannel：基于 MemoryChannel和 FileChannel开发。当堆积在Channel中的events数小于阈值时，所有的events被保存在MemoryChannel中，Sink从MemoryChannel中读取数据；当堆积在Channel中的events数大于阈值时，所有的events被自动存放在FileChannel中，Sink从FileChannel中读取数据。这样当系统正常运行时，我们可以使用MemoryChannel的高吞吐特性；当系统有异常时，我们可以利用FileChannel的大缓存的特性。