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基于Storm的Nginx log实时监控系统

摘要:UAE(UC App Engine)是一个UC内部的PaaS平台,总体架构有点类似CloudFoundry,包括...
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背景

UAE(UC App Engine)是一个UC内部的PaaS平台,总体架构有点类似CloudFoundry,包括:

  1. 快速部署:支持Node.js、Play!、PHP等框架

  2. 信息透明:运维过程、系统状态、业务状况

  3. 灰度试错:IP灰度、地域灰度

  4. 基础服务:key-value存储、MySQL高可用、图片平台等

这里它不是主角,不作详细介绍。

有数百个Web应用运行在UAE上,所有的请求都会经过UAE的路由,每天的Nginx access log大小是TB级,如何实时监控每个业务的访问趋势、广告数据、页面耗时、访问质量、自定义报表和异常报警?

Hadoop可以满足统计需求,但秒级的实时性不能满足;用Spark Streaming又有些大材小用,同时我们也没有Spark的工程经验;自写分布式程序调度比较麻烦并且要考虑扩展、消息流动;

最后我们的技术选型定为Storm:相对轻量、灵活、消息传递方便、扩展灵活。

另外,而由于UC的各地集群比较多,跨集群日志传输也会是其中一个比较大的问题。

技术准备

基数计数(Cardinality Counting)

在大数据分布式计算的时候,PV(Page View)可以很方便相加合并,但UV(Unique Visitor)不能。

分布式计算的情况下,几百个业务、数十万URL同时统计UV,如果还要分时段统计(每分钟/每5分钟合并/每小时合并/每天合并),内存的消耗是不可接受的。

这个时候,概率的力量就体现了出来。我们在Probabilistic Data Structures for Web Analytics and Data Mining可以看到,精确的哈希表统计UV和基数计数的内存比较,并不是一个数量级的。基数计数可以让你实现UV的合并,内存消耗极小,并且误差完全在可接受范围内。

可以先了解LogLog Counting,理解均匀哈希方法的前提下,粗糙估计的来由即可,后面的公式推导可以跳过。

具体算法是Adaptive Counting,使用的计算库是stream-2.7.0.jar。

实时日志传输

实时计算必须依赖于秒级的实时日志传输,附加的好处是可以避免阶段性传输引起的网络拥堵。

实时日志传输是UAE已有的轻量级的日志传输工具,成熟稳定,直接拿来用了,包括客户端(mca)和服务器端(mcs)。

客户端监听各个集群的日志文件的变化,传输到指定的Storm集群的各台机器上,存储为普通日志文件。

我们调整了传输策略,使得每台Storm机器上的日志文件大小大致相同,所以Spout只读取本机数据即可。

数据源队列

我们并没有用Storm常用的队列,如Kafka、MetaQ等,主要是太重了…

fqueue是一个轻量的memcached协议队列,把普通的日志文件转为memcached的服务,这样Storm的Spout就可以直接以memcached协议逐条读取。

这个数据源比较简单,它不支持重新发射(replay),一条记录被取出之后就不复存在,如果某个tuple处理失败或超时,则数据丢失。

它比较轻量,基于本地文件读取,做了一层薄的缓存,并不是一个纯内存的队列,它的性能瓶颈在于磁盘IO,每秒吞吐量跟磁盘读取速度是一致的。但对于我们这个系统已经足够,后续有计划改成纯内存队列。

架构

通过上面的技术储备,我们可以在用户访问几秒后就能获取到用户的日志。

整体架构也比较简单,之所以有两种计算bolt,是基于计算的均匀分布考虑。业务的量相差极大,如果仅按业务ID去进行fieldsGrouping,计算资源也会不均衡。

  1. spout将每条原始日志标准化,按照URL分组(fieldsGrouping,为保持每台服务器计算量的均匀),派发到对应的stat_bolt上;

  2. stat_bolt是主要的计算Bolt,将每个业务的URL梳理并计算,如PV、UV、总响应时间、后端响应时间、HTTP状态码统计、URL排序、流量统计等;

  3. merge_bolt将每个业务的数据合并,如PV数,UV数等。当然,这里的UV合并就用到了前面提到的基数计数;

  4. 自写了一个简单的Coordinator协调类,streamId标记为”coordinator”,作用:时间协调(切分batch)、检查任务完成度、超时处理。原理跟Storm自带的Transactional Topolgoy类似。

  5. 实现一个Scheduler通过API获取参数,动态调整Spout、Bolt在各服务器的分布,以便灵活分配服务器资源。

  6. 支持平滑升级Topology:当一个Topology升级的时候,新Topology和旧Topology讲同时运行,协调切换时间,当新的Topology接管了fqueue之后,过河拆桥,杀死旧的Topology。

注意点:

  • Storm机器尽量部署在同一个机柜内,不影响集群内的带宽;

  • 我们的Nginx日志是按小时切分的,如果切分的时间不准确,在00分的时候,就可以看到明显的数据波动,所以,尽量使用Nginx module去切日志,用crontab发信号切会有延迟。切日志这种10秒级的延迟,在大尺度的统计上没有问题,秒级的统计时波动却很明显;

  • 堆太小会导致woker被强制杀死,所以要配置好-Xmx参数;

自定义项

  • 静态资源:静态资源过滤选项,通过Content-Type或后缀筛选特定的静态资源。

  • 资源合并:URL合并,比如RESTful的资源,合并后方便展示;

  • 维度与指标:通过ANTLR v3做语法、词法分析,完成自定义维度和指标,并且后续的报警也支持自定义表达式。

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