StarRocks实战——表设计规范与监控体系

前言

一、StarRocks表设计

1.1 字段类型

1.2 分区分桶

1.2.1 分区规范

1.2.2 分桶规范

1.3 主键表

1.3.1 数据有冷热特征

1.3.2 大宽表

1.4 实际案例

1.4.1 案例一：主键表内存优化

1.4.2 案例一：Update内存超了，导致主键表导入失败

1.4.3 案例四：tablet 数量治理

1.5 建表案例

二、StarRocks监控

2.1 监控架构

2.2 监控使用

2.2 监控分类

2.2.1 Overview

2.2.2 Cluster Overview

2.2.3 Query Statistic

2.2.4 Jobs

2.2.5 Transaction

2.2.6 FE JVM

2.2.7 BE

2.2.8 BE tasks

2.2.9 BE Mem

三、总结

前言

StarRocks 是一款高性能分析型数据仓库，使用向量化、MPP 架构、CBO、智能物化视图、可实时更新的列式存储引擎等技术实现多维，实时，高并发的数据分析。StarRocks 既支持从各类实时和离线的数据源高效导入数据，也支持直接分析数据湖上各种格式的数据。StarRocks 兼容 MySQL 协议，可使用 MySQL 客户端和常用 BI 工具对接。同时StarRocks具备水平扩展，高可用、高可靠、易运维等特性，StarRocks 广泛应用于实时数仓、OLAP 报表、数据湖分析等场景。

一、StarRocks表设计

现有的场景中，主要使用比较多的两种表模型是更新模型和主键模型。二者在同维度列相同的数据处理上是一致的，不同的是相对于更新模型，主键模型在查询时不需要执行聚合操作，并且支持谓词下推和索引使用，能够在支持实时和频繁更新等场景的同时，提供高效查询。

下面内容主要是对更新模型与主键模型都适用的分区分桶规范，以及主键模型需要而外注意一些场景。

1.1 字段类型

定义恰当数据字段类型对StarRocks查询的优化是非常重要的，从查询效率的角度考虑，我们可以遵循两条原则：

如果数据没有Null，可以指定Not Null属性；
尽量使用数字列代替字符串列。

1.2 分区分桶

StarRocks采用Range分区，Hash分桶的组合数据分布方式。

Table (逻辑描述) -- > Partition（分区：管理单元） --> Bucket(分桶：每个分桶就是一个数据分片：Tablet，数据划分的最小逻辑单元)

1.2.1 分区规范

分区键选择：当前分区键仅支持日期类型和整数类型，表中数据可以根据分区列（通常是时间和日期）分成一个个更小的数据管理单元。查询时，通过分区裁剪，可以减少扫描的数据量，显著优化查询性能。
分区粒度选择：StarRocks 的分区粒度需要综合考虑数据量、查询特点、数据粒度等因素。单个分区原始数据量建议维持在100G以内。

1.2.2 分桶规范

分桶键选择：

如果查询比较复杂，则建议选择高基数的列为分桶键，保证数据在各个分桶中尽量均衡，提高集群资源利用率。
如果查询比较简单，则建议选择经常作为查询条件的列为分桶键，提高查询效率。
如果数据倾斜情况严重，可以使用多个列作为数据的分桶键，但是建议不超过 3 个列

分桶数：分桶数的设置需要适中，如果分桶过少，查询时查询并行度上不来（CPU多核优势体现不出来）。而如果分桶过多，会导致元数据压力比较大，数据导入导出时也会受到一些影响。

ps：从经验来看，每个分桶的原始数据建议不要超过5个G，考虑到压缩比，即每个分桶的大小建议在100M-1G之间。

1.3 主键表

该模型适合需要对数据进行实时更新的场景，特别适合 MySQL 或其他数据库同步到 StarRocks 的场景。虽然原有的Unique更新模型也可以实现对数据的更新，但Merge-on-Read 的策略大大限制了查询性能。Primary主键模型更好地解决了行级别的更新操作，配合 Flink-connector-StarRocks 可以完成 MySQL 数据库的同步。

由于StarRocks 存储引擎会为主键建立索引，而在导入数据时会把主键索引加载在内存中，所以主键模型对内存的要求比较高，还不适合主键特别多的场景。目前比较适合的两个场景是：

1.3.1 数据有冷热特征

数据有冷热特征，即最近几天的热数据才经常被修改，老的冷数据很少被修改。典型的例子如 MySQL 订单表实时同步到 StarRocks 中提供分析查询。其中，数据按天分区，对订单的修改集中在最近几天新创建的订单，老的订单完成后就不再更新，因此导入时其主键索引就不会加载，也就不会占用内存，内存中仅会加载最近几天的索引。

1.3.2 大宽表

大宽表（数百到数千列），主键只占整个数据的很小一部分，其内存开销比较低。比如用户状态和画像表，虽然列非常多，但总的用户数不大（千万至亿级别），主键索引内存占用相对可控。

1.4 实际案例

1.4.1 案例一：主键表内存优化

治理前现状

数据团队集群总共有主键表50张左右，集群8台BE节点，平均每台BE大概有7.5G内存被主键长期消耗（常驻），当前集群机器分配给 BE 服务也就只有50G，严重影响了离线写入与查询的性能。

治理方式

不需要实时更新的主键表都改用更新模型。

检查所有主键表的数据生命周期，删除多余数据。

写入有冷热概念的表，全部增加分区键。

治理结果

主键表优化，BE 内存释放大概48G（常驻），优化后BE有更多内存用于写入和查询。

1.4.2 案例一：Update内存超了，导致主键表导入失败

1.背景

收到研发反馈，说有多个主键表导入报错，任务返回如下：

Caused by: java.io.IOException: com.starrocks.connector.flink.manager.StarRocksStreamLoadFailedException: Failed to flush data to StarRocks, Error response: 

{"Status":"Fail","BeginTxnTimeMs":0,"Message":"close index channel failed, load_id=bc4eb485-f99b-1f20-ffd9-e7e7e22925ab","NumberUnselectedRows":0,"CommitAndPublishTimeMs":0,"Label":"2434c3d7-9cef-45b0-b057-482b9a0032cd","LoadBytes":1056,"StreamLoadPutTimeMs":1,"NumberTotalRows":0,"WriteDataTimeMs":14,"TxnId":1355616,"LoadTimeMs":15,"ReadDataTimeMs":0,"NumberLoadedRows":0,"NumberFilteredRows":0}

2.报错

通过 Label ID去BE日志里面过滤，找到相关的报错：

ps：每一个事务可以设置一个label，StarRocks FE会检查本次begin transaction 请求的label是否已经存在，如果label在系统中不存在，则会为当前label开启一个新的事务。

3.相关监控

4.原因

默认BE的Update内存设置是27G，实际使用中发现这部分内存使用超了，导致任务报错。

该值已经很大了，排查后发现有几张表设计的不合理。

该主键表没有分区，在写入的时候会把整张表都加载到内存中，导致BE内存暴涨，超出Update 限制。

5.处理

表优化：发现该业务其实并不需要用主键模型只需要更新模型就能满足需求。于是把主键模型改为了更新模型。

6.补充与总结

1.相较更新模型，主键模型（Primary Key）可以更好地支持实时/频繁更新的功能。如果表写入的是离线任务，或者更新频率很低则不需要使用主键模型，因为主键模型相对于更新模型有更大的内存消耗。

2.主键表把主键加载到内存中的最小维度是分区，所以主键表如果有冷热数据的概念，可以根据时间增加分区键，减小写入时主键部分消耗的内存。（默认主键表在写入的时候，会将主键加载到内存中，如10分钟没有写入需求才会把这部分内存释放）

1.4.3 案例四：tablet 数量治理

治理前现状

数据团队集群的数据分片Tablet数120w，整个集群的数据量才3T，平均每个Tablet大小才2.6M，远低于官方推荐的100M-1G，有大量的tablet大小只有几KB，而Tablet 过多导致元数据过大，FE内存紧张。（show data）

治理方式

以单个分区大小在100G以内，单个Tablet 数据分配在100M-1G为标准，对表的分区分桶做重新设计，具体方式是：

a. 把天级别分区改为月级别分区

b. 对于分桶过多，数据量不大的表，减少分桶数量

治理结果

治理后，Tablet 数量由140W 降低到13W，FE 内存峰值由 18.6G 下降为 4.5G，减少了FE内存的浪费。

1.5 建表案例

（1）业务背景：需要新建一张订单表，表信息如下：

#=====1.字段
bos_id bigint(20) NOT NULL COMMENT "组织架构树id",
vid bigint(20) NOT NULL COMMENT "节点id",
path varchar(65533) NULL COMMENT "父节点路径",
prod_id bigint(20) NOT NULL COMMENT "产品id",
prod_inst_id bigint(20) NOT NULL COMMENT "产品实例id",
st tinyint(4) NOT NULL COMMENT "数据统计类型0:全部, 1:自身, 2:全部子节点",
consign_type tinyint(4) NOT NULL COMMENT "交付单状态0:待发单;1:发单;2确认收货",
order_no bigint(20) NOT NULL COMMENT "订单号",
dd date NOT NULL COMMENT "日期",
merchant_id bigint(20) NOT NULL COMMENT "商户id",
vid_type bigint(20) NOT NULL COMMENT "节点类型",
consign_vid bigint(20) NULL COMMENT "处理vid",
create_time datetime NOT NULL COMMENT "创建时间"

#=====2.数据量：年数据量预估在20亿左右。
#=====3.SIZE：年数据量是10G左右，23年之前有存量数据1G。
#=====4.常用过滤条件：dd，bos_id，path，prod_id。
#=====5.QPS：10

（2）建表分析

1、 2023年之前存量数据较少，使用频率低，可以建为一个分区。
2、 增量数据稳定10G每年，并有时间维度做分区，采用月分区，平均分区大小在0.83G。（每分区=10G/12）
3、 在保证每个Tablet数据量在100M-1G之间的同时，增加读写的并发，将分桶设置为6，平均Tablet大小是138M（每桶=0.83G / 6）。

#======建表，更新模型
CREATE TABLE table1 (
dd date NOT NULL COMMENT "日期",
bos_id bigint(20) NOT NULL COMMENT "组织架构树id",
vid bigint(20) NOT NULL COMMENT "节点id",
path varchar(65533) NULL COMMENT "父节点路径",
prod_id bigint(20) NOT NULL COMMENT "产品id",
prod_inst_id bigint(20) NOT NULL COMMENT "产品实例id",
st tinyint(4) NOT NULL COMMENT "数据统计类型0:全部, 1:自身, 2:全部子节点",
consign_type tinyint(4) NOT NULL COMMENT "交付单状态0:待发单;1:发单;2确认收货",
order_no bigint(20) NOT NULL COMMENT "订单号",
merchant_id bigint(20) NOT NULL COMMENT "商户id",
vid_type bigint(20) NOT NULL COMMENT "节点类型",
consign_vid bigint(20) NULL COMMENT "处理vid",
create_time datetime NOT NULL COMMENT "创建时间"
) ENGINE=OLAP
UNIQUE KEY(dd, bos_id, vid, path, prod_id, prod_inst_id, st, consign_type, order_no)
COMMENT "履约分析_待发货待发单待备货"
PARTITION BY RANGE(dd)
(PARTITION p2022 VALUES [('1970-01-01'), ('2023-01-01')),
PARTITION p2023 VALUES [('2023-01-01'), ('2024-02-01')),
PARTITION p202401 VALUES [('2023-02-01'), ('2024-03-01')))
DISTRIBUTED BY HASH(bos_id, order_no) BUCKETS 6
PROPERTIES (
"replication_num" = "3",
"dynamic_partition.enable" = "true",
"dynamic_partition.time_unit" = "MONTH",
"dynamic_partition.time_zone" = "Asia/Shanghai",
"dynamic_partition.start" = "-2147483648",
"dynamic_partition.end" = "1",
"dynamic_partition.prefix" = "p",
"dynamic_partition.buckets" = "6",
"dynamic_partition.start_day_of_month" = "1",
"in_memory" = "false",
"storage_format" = "DEFAULT"
);

二、StarRocks监控

本模块包含监控架构、监控页面使用、监控项的解释以及对应值的合理范围（其中部分性能指标有原理及排查思路的扩展）。

2.1 监控架构

StarRocks 支持基于Prometheus 和 Grafana实现可视化监控，便于监控和故障排除。StarRocks 提供了兼容Prometheus的信息采集接口，Prometheus通过 Pull 方式访问 FE 或 BE 的 Metric 接口，然后将监控数据存入时序数据库。Grafana 则可以将 Prometheus 作为数据源将指标信息可视化。搭配 StarRocks 提供的Dashboard模板，可以便捷的实现StarRocks集群监控指标的统计展示和阈值报警。

监控告警选择上，基于官方推荐的 Prometheus+Grafana 的方案，公司内部接入 AlertManager+ 自定义的 API 做告警。

Prometheus 通过 Pull 方式访问 FE 或 BE 的 Metric 接口，然后将监控数据存入时序数据库。监控展示选取的是通过 Grafana 配置 Prometheus 为数据源。

StarRocks 慢查询

针对集群的审计SQL进行采集分析，通过ELK将各个FE节点的审计日志采集后写入到ES中，通过配置规则，筛选出其中的慢sql，推送到告警系统中，以提醒相应的同事关注及优化。

2.2 监控页面使用

根据需求，选择需要查看的集群，FE，BE节点。

2.2 监控分类

对于关键指标会标记。

2.2.1 Overview

主要是用来同时展示所有StarRocks 集群的运行状态，一般作为StarRocks日常巡检的一部分。

监控项解释：

1、Cluster Number：starrocks 集群总数
2、Frontends Status：fe节点状态（1为alive，0为dead）
3、Backends status：be节点状态（1为alive，0为dead）
4、Cluster FE JVM Heap Stat：fe内存使用情况（所有fe节点的平均值）
5、Cluster BE CPU Idle：be节点cpu使用情况（所有be节点的平均值）
6、Cluster BE Mem Stat：be节点内存使用情况（所有be节点的平均值）
7、Cluster QPS Stat：集群qps
8、Capacity used percentage：集群存储使用百分百
9、Disk State：be节点磁盘的状态（1为正常，0为异常）

2.2.2 Cluster Overview

主要是所选择集群的基础指标，观察所选集群的基础状态。

1、FE Node：FE节点的总数
2、FE Alive：alive状态 FE节点数
3、BE Node：BE节点的总数
4、BE Alive：alive状态 BE节点数
5、Total Capacity：集群整体的存储
6、Used Capacity：已使用的存储
7、Max Replayed journal id：当前最新的journal id
8、Scheduling Tablets：集群中正在调度（被复制）的tablet数量（tablet缺失，不一致，unhealthy，balance 都会触发tablet 的复制），一般情况下，该值超过50需要检查一下集群的负载。

2.2.3 Query Statistic

集群查询相关的指标：

1、 RPS：每个FE的每秒请求数。请求包括发送到FE的所有请求。
2、 QPS：每个FE的每秒查询数。查询仅包括 Select 请求。
3、 99th Latency：每个FE 的 99th个查询延迟情况。
4、 Query Percentile：左 Y 轴表示每个FE的 95th 到 99th 查询延迟的情况。右侧 Y 轴表示每 1 分钟的查询率。
5、 Query Error：左 Y 轴表示累计错误查询次数。右侧 Y 轴表示每 1 分钟的错误查询率。通常，错误查询率应为 0。
6、 Connections：每个FE的连接数量
7、Slow Query：慢查询的数量（累计值）

2.2.4 Jobs

写入任务的相关指标：

1、Broker Load Job：每个负载状态下的Broker Load 作业数量的统计。
2、Insert Load Job：由 Insert Stmt 生成的每个 Load State 中的负载作业数量的统计。
3、Report queue size：Master FE 中报告的队列大小
4、Schema Change Job：正在运行的Schema 更改作业的数量。
5、Broker load tendency：Broker Load 作业趋势报告
6、Insert Load tendency：Insert Stmt 生成的 Load 作业趋势报告
7、Load submit：显示已提交的 Load 作业和 Load 作业完成的计数器。
8、Rollup Job：正在运行Rollup 构建作业数量

2.2.5 Transaction

1、Txn Begin/Success on FE：事务开始/完成的数量，及速率，可以侧面衡量集群的写入频率
2、Txn Failed/Reject on FE：事务失败/拒绝的速率，可以侧面衡量集群写入失败的情况
3、Publish Task on BE：发布任务请求总数和错误率。（注意每个节点取得是错误的概率，集群正常情况下这个应该为0）
4、Txn Requset on BE：在 BE 上显示 txn 请求这里包括：begin，exec，commit，rollback四种请求的统计信息
5、Txn Load Bytes/Rows rate：事务写入速度，左 Y 轴表示 txn 的总接收字节数。右侧 Y 轴表示 txn 的Row 加载率。

2.2.6 FE JVM

FE服务的内存，线程相关指标：

1、JVM Heap：FE 服务堆内存使用（2.0.2 版本 FE 内部有内存架构有问题，有统计不全的情况，该值不是极为准确，可以作为 FE 负载变化的参考）
2、JVM Non Heap：非堆内存的使用
3、JVM Direct Buffer：指定 FE 的 JVM 直接缓冲区使用情况。左 Y 轴显示已用/容量直接缓冲区大小。
4、JVM Threads：集群FE JVM线程数。用来参考FE的负载情况
5、JVM Young：指定 FE 的 JVM 年轻代使用情况。
6、JVM Old：指定 FE 的 JVM 老年代使用情况。
7、JVM Young GC：指定 FE 的 JVM 年轻 GC 统计信息（总数和平均时间）。
8、JVM Old GC：指定 FE 的 JVM 完整 GC 统计信息（总数和平均时间）。

2.2.7 BE

BE服务的基础，集群层面的指标：

1、BE CPU Idle:BE 的 CPU 空闲状态。低表示 CPU 忙。说明CPU的利用率越高
2、BE Mem：这里是监控集群中每个BE的内存使用情况
3、Net send/receive bytes：每个BE节点的网络发送（左 Y）/接收（右 Y）字节速率，除了“IO”
4、Disk Usage：BE节点的storage的大小（注意这个只是/data/starrocks/storage目录的大小，实际机器上面可能会比这个大，有log或者系统使用的磁盘）
5、Tablet Distribution：每个 BE 节点上的 Tablet 分布情况，原则上分布式均衡的，如果差别特别大，就需要去分析原因。（该值不宜过大，太大会消耗FE，以及BE的内存，我们做过相关压测一个 Tablet 大概消耗FE 5KB的内存，并且改值随着整体 Tablet 总量增加而增加。默认一张表的全部Tablet 数= 分区数*分桶数 * 3副本）

1、BE FD count：BE的文件描述符（ File Descriptor）使用情况。左 Y 轴显示使用的 FD 数量。右侧 Y 轴显示软限制打开文件数。（可以理解为文件句柄）
2、BE thread num：BE的线程数（用来衡量be的并发情况，当前16core机器在400左右为正常值）
3、BE tablet_writer_count：be节点上面正在做写入的tablet 数量（用来衡量be写入负载）
4、Disk written bytes：be节点上磁盘的写速度。
5、Disk bytes_read：be节点上磁盘的读速度。
6、Disk IO util：每个 BE 节点上磁盘的 IO util 指标，数值越高表示IO越繁忙。

1、BE Compaction Base：BE的Base Compaction（基线合并）压缩速率。左Y轴显示be节点压缩速率，右Y轴显示的整个集群累计做base compaction的大小。
2、BE Compaction Cumulate：BE的Base Cumulate压缩速率。左Y轴显示be节点压缩速率，右Y轴显示的整个集群累计做Cumulate compaction的大小。

1、BE Scan Bytes：BE扫描效率，这表示处理查询时的读取率。（该值可以结合qps一起参考集群的查询压力）
2、BE Scan Rows：BE扫描行的效率，这表示处理查询时的读取率。
3、Tablet Meta Write：左Y 轴显示了tablet header 的写入速率。右侧 Y 轴显示每次写入操作的持续时间。
4、Tablet Meta Read：左Y 轴显示了tablet header 的读取速率。右侧 Y 轴显示每次读操作的持续时间。

2.2.8 BE tasks

BE服务任务级别的监控指标：

1、Tablets Report failed：BE Tablet 汇报给FE的失败率。（正常值是0，如果该值异常，考虑排查FE BE通信，或者FE BE负载是否有问题）
2、Delete failed：BE 做删除操作的失败率。（一般不会出现失败，如果删除失败检查一下磁盘是否正常）
3、Finish task report failed：BE向FE汇报的失败率。（正常值是0，如果该值异常，考虑排查FE BE通信，或者FE BE负载是否有问题）
4、Tablets Report：BE向FE做全量Tablet汇报的频率（正常的值是在0.67左右，如果该值减少，需要排查一下BE节点的负载情况）
5、Delete task：BE做删除操作的频率。（用来监控集群删除数据的频率，一般情况是0，如果该值比较大，需要排查集群是否在做删表，删库操作）
6、Finish task report：BE节点运行Task的频率（可以用来衡量BE的繁忙程度和并发）

1、Base Compaction failed：Base compaction失败率（BE做大合并的失败率，正常是0，如果该值异常，需要检查Be compaction内存，以及BE的IO是否正常。）
2、Cumulative Compaction failed：Cumulative Compaction（BE做小合并的失败率，正常是0，如果该值异常，需要检查Be compaction内存，以及BE的IO是否正常。）
3、Clone failed：tablet clone的失败率（Tabelt 做副本修复或者均衡的时候会clone，该值异常检查一下BE的IO）
4、Base Compaction task：Be做base compaction的频率。（用来反应当前集群的compaction大压力，如果Tablet 不及时做compaction，会影响读写性能，可以调整base compaction的并发来调整）
5、Cumulative Compaction task：BE做cumulative compaction的频率。（用来反应当前集群的小compaction压力，如果Tablet 不及时做compaction，会影响读写性能，可以调整cumulative compaction的并发来调整）
6、Clone task：BE节点Tablet 做复制的频率（这个可以结合 scheduler tablet监控一起来判断集群的Tablet复制的情况）

1、Create tablet：新建Tablet 频率（一般新建表，新建分区，写数据会伴随着tablet数的增加，改值可以用来衡量集群的写入频率）
2、Single Tablet Report：tablet的汇报频率（左侧 Y 轴表示指定任务的失败率。通常，它应该是 0。右侧 Y 轴表示所有 Backends 中指定任务的总数。）
3、Create tablet failed：新建Tablet 失败率（一般新建表，新建分区，写数据会伴随着tablet数的增加，该值正常是0，如果该值异常要检查一下集群是否有建表，建分区失败的情况）

2.2.9 BE Mem

BE服务内存分配使用情况：

1、BE used Mem：BE服务使用的总内存（当前BE节点配置的内存基本都为机器内存的80%，如果使用内存超了需要，排查内存具体消耗在哪里，具体优化或者分析是否需要扩容）
2、BE query Mem：查询部分消耗的内存。（对于64G内存的机器，当前该值的限制是40G，该内存需要结合QPS，慢查询一起治理优化）
3、BE load Mem：导入任务消耗的内存。（对于64G内存的机器，当前该值的限制是13G，如果该值大，需要连接集群Show Load；查看当前的导入任务，建议超过10G大小的数据，不要再业务高峰期操作）
4、BE meta Mem：BE消耗元数据总内存。（在查询和导入的时候，BE会把相关的Tablet元数据加载到内存中，这部分内存目前没有命令可以主动释放，需要重启节点才能释放）

1、BE compaction Mem：BE服务做compaction合并使用的内存。（对于64G的机器，当前该值的限制是14G，建议超过10G大小的数据，不要再业务高峰期操作，否则做compaction会很消耗内存，影响集群的查询）
2、BE column_pool Mem：column pool 内存池，用于加速存储层数据读取的 Column Cache。（在做查询的时候，会把部分缓存保留在内存中，该内存没有命令主动释放，只能重启节点才能释放）
3、BE page cache Mem：BE 存储层 Page 缓存。（当前集群都没有开启Page cache）
4、BE CPU per core cache Mem：CPU per core 缓存，用于加速小块内存申请的 Cache。

1、BE Consistency Mem：集群做Tablet 一致性校验的时候消耗的内存（集群会周期性的自动触发做一致性校验，有不一致的之后会伴随着Tablet 的复制，改情况为正常情况）
2、BE Primary Key Mem：主键索引消耗的内存。（对于64G的机器，该值的限制是26G，默认主键表在写入的时候，会把目标分区的主键索引都加载到内存中，如果该值过大，可以联系运维，访问BE 8040端口查看主键内存消耗的集群情况，找到对应的表做对应治理）
3、 BE Tablet Clone Mem：Tablet 复制时消耗的内存（如果该值过大，需要排查集群tablet的健康情况，一般会伴随大量的Tablet Scheduler）