Foursquare

前几天 Foursquare 经历了长达 11 个小时的宕机,没错,11 个小时。网站官方的解释是 Shard 负载不均匀造成后续的连锁反应。很多人都知道 Foursquare 在线的 DB 是 MongoDB,今天又看到 10gen (MongoDB的开发与支持团队)的 Eliot Horowitz在得到 Foursquare 许可后,通过邮件组详细介绍了宕机的过程:Foursquare outage post mortem,不用说,也有为 MongoDB 辟谣的意味在里面。

读罢 10gen 团队的介绍(或者说解释)之后,发现这是一个很好的研究样本。值得分享。

为了提高响应速度,Foursquare 使用 MongoDB 存储 Check-in 的数据已经有一段时间了。这部分数据的数据库起初跑在一个 66GB 内存的 Amazon EC2 单实例上(全部在内存里),两个月前,出于对容量增长的考虑,迁移到两台 Shard 集群上。每个 Shard 机器都是 66GB 内存,为了冗余,每个 Shard 都有复制到 Slave 实例。迁移的目标是所有的 Check-in 数据都保存在内存中。数据根据 ID 分成 200 个 Shard 分片,两台机器各占一般,也就说联机数据在每台机器上各使用 33GB 的内存。两个月相安无事。

问题来了,因为 Shard 算法导致的数据分散不均衡,其中一台(Shard0)数据增长到 67GB(另外一台 50GB),超过了 66GB 的限制,读写部分分散到磁盘上,性能急剧下降。从而,网站宕机。

首先尝试增加第三台 Shard 机器,上线后开始迁移,读取从三台进行,Shard0 的数据迁移到 5%的时候,但是写操作还是让 Shard0 宕机了。这个时候发现Shard0 存在数据碎片(data fragmentation),即使数据迁移走,还是会占用原来的内存。每个Check-in 文档大约占用 300 字节,而 MongoDB 是 4KB 的页(Page),也就说十几个文档会填满一个页,而迁移 5%反而造成了页更加稀疏,并不是将页全部删除。

这个时候已经到了第二天,随着网站全面宕机,技术团队开始用 MongoDB 的 repairDatabase()功能来对数据库进行压缩,因为数据库太大和 EBS 慢,也因为 repairDatabase()不能充分利用多核CPU 的能力,这个过程耗费了 4 个小时。之后这 5%的内存空间终于释放出来,系统重新上线。

随着 Shard0 修复,第三台成功上线,进而添加了更多的 Shard 服务器,现在数据已经更加的均衡,通过在Slave上运行 repairDatabase(),然后将其切换到 Master ,每台 Shard 内存占用缩减到 20GB左右。整个故障时间已经延续了 11 小时之多。

产生问题的主要原因就是系统过载,前面介绍每台 Shard 承载原来 50%的压力,到了问题发生的时候,单台 Shard 的负载已经超过 Shard 之前的系统负载,这时候已经积重难返了,在容量的临界点增加新系统资源,必然导致更多的停机时间。暴露了 Foursquare 团队在容量规划方面的不足之处,或许也因为业务增长太快了吧。另外,内存碎片化的问题在没有宕机之前,技术团队应该没考虑过这个问题,如果文档的大小超过 4K,碎片化问题就不严重了,这是特定应用场景造成的特定问题。10Gen 现在已经着手研究如何进在线压缩(online compaction)。再次,Shard 键值的顺序和插入顺序是不同的,这造成了迁移数据的时候 Chunk 的迁移不是连续的。

这个过程给我们的启示是:最近 NoSQL 已经成为一个热词,类似 MongoDB 这样的新事物当然值得尝试,但是不能冒进,因为驾驭起来并非易事。仅仅能够使用是不够的,系统没出问题一切都好,一旦出了异常,有足够的技术力量(设想一下 Foursquare 得不到 10gen 团队的支持会如何?)支持么?在极端情况下如何控制? 如果回答不了这个问题,那么还应该暂缓。最好的办法就是..."等待"。

给我的另一个感慨是 Amazon 在云计算领域已经真的成为一个赢家,而且越来越得到 Web 2.0 Startup的信赖。前面说的 66GB 内存,应该指的是EC2 的"High-Memory Double Extra Large Instance",可提供的最大内存是 68.4 GB 。CPU 和内存能力都是可以接受的,存储方面的性能似乎还有点不足,也就是其中的 EBS ,指的是 Amazon Elastic Block storage。