如何使用 TDengine 2.0 最新开源的集群功能?
导读：8月3日，TDengine 发布了 v2.0 版本，这次更新最大的亮点是，我们将分布式集群功能开源。开源后，引起了很大反响，又连续几天在 GitHub 趋势榜排名第一。不少关注TDengine的朋友都发出感叹：你们竟然敢将用户最为刚需的功能开源。我想说，我们不但敢开源集群功能，而且敢负责手把手教会你使用。现将我们安装、管理集群的文档发布出来，整个过程极其之简单，欢迎大家使用。
多个taosd的运行实例可以组成一个集群，以保证TDengine的高可靠运行，并提供水平扩展能力。要了解TDengine 2.0的集群管理，需要对集群的基本概念有所了解，请看TDengine 2.0整体架构一章。而且在安装集群之前，请按照《立即开始》一章安装并体验过单节点功能。
TDengine 架构示意图
集群的每个节点是由End Point来唯一标识的，End Point是由FQDN(Fully Qualified Domain Name)外加Port组成，比如 h1.taosdata.com:6030。一般FQDN就是服务器的hostname，可通过Linux命令hostname -f获取。端口是这个节点对外服务的端口号，缺省是6030，但可以通过taos.cfg里配置参数serverPort进行修改。一个节点可能配置了多个hostname, TDengine会自动获取第一个，但也可以通过taos.cfg里配置参数fqdn进行指定。如果习惯IP地址直接访问，可以将参数fqdn设置为本节点的IP地址。
TDengine的集群管理极其简单，除添加和删除节点需要人工干预之外，其他全部是自动完成，最大程度的降低了运维的工作量。本章对集群管理的操作做详细的描述。
准备工作
第一步：如果搭建集群的节点中，存有之前的测试数据、装过1.X的版本，或者装过其他版本的TDengine，请先将其删除，并清空所有数据，具体步骤请参考博客《TDengine多种安装包的安装和卸载》
第二步：建议关闭防火墙，至少保证端口：6030 – 6042的TCP和UDP端口都是开放的。强烈建议先关闭防火墙，集群搭建完毕之后，再来配置端口；
第三步：在所有节点安装TDengine，且版本必须是一致的，但不要启动taosd；
第四步：检查、配置所有节点的FQDN：
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每个节点上执行命令hostname -f，查看和确认所有节点的hostname是不相同的；
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每个节点上执行ping host, 其中host是其他节点的hostname, 看能否ping通其它节点; 如果不能ping通，需要检查网络设置, 或/etc/hosts文件，或DNS的配置。如果无法ping通，是无法组成集群的。
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每个节点的FQDN就是输出的hostname外加端口号，比如h1.taosdata.com:6030
第五步：修改TDengine的配置文件（所有节点的文件/etc/taos/taos.cfg都需要修改）。假设准备启动的第一个节点End Point为 h1.taosdata.com:6030, 那么以下几个参数与集群相关：
// firstEp 是每个节点启动后连接的第一个节点 firstEp h1.taosdata.com:6030 // 配置本节点的FQDN，如果本机只有一个hostname, 无需配置 fqdn h1.taosdata.com // 配置本节点的端口号，缺省是6030 serverPort 6030 // 副本数为偶数的时候，需要配置，请参考《Arbitrator的使用》的部分 arbitrator ha.taosdata.com:6042
一定要修改的参数是firstEp，其他参数可不做任何修改，除非你很清楚为什么要修改。
启动第一个节点
按照《立即开始》里的指示，启动第一个节点h1.taosdata.com，然后执行taos，启动taos shell，从shell里执行命令”show dnodes;”，如下所示：
Welcome to the TDengine shell from Linux, Client Version:2.0.0.0 Copyright (c) 2017 by TAOS Data, Inc. All rights reserved. taos> show dnodes; id | end_point | vnodes | cores | status | role | create_time | ===================================================================================== 1 | h1.taos.com:6030 | 0 | 2 | ready | any | 2020-07-31 03:49:29.202 | Query OK, 1 row(s) in set (0.006385s) taos>
上述命令里，可以看到这个刚启动的这个节点的End Point是：h1.taos.com:6030
启动后续节点
将后续的节点添加到现有集群，具体有以下几步：
1. 按照《立即开始》一章的方法在每个节点启动taosd。
2. 在第一个节点，使用CLI程序taos，登录进TDengine系统，执行命令:
CREATE DNODE "h2.taos.com:6030"；
将新节点的End Point (准备工作中第四步获知的) 添加进集群的EP列表。“fqdn:port”需要用双引号引起来，否则出错。请注意将示例的“h2.taos.com:6030″ 替换为这个新节点的End Point。
3. 然后执行命令
SHOW DNODES；
查看新节点是否被成功加入。如果该被加入的节点处于离线状态，请做两个检查：
- 查看该节点的taosd是否正常工作，如果没有正常运行，需要先检查为什么
- 查看该节点taosd日志文件taosdlog.0里前面几行日志(一般在/var/log/taos目录)，看日志里输出的该节点fqdn以及端口号是否为刚添加的End Point。如果不一致，需要将正确的End Point添加进去。
按照上述步骤可以源源不断地将新的节点加入到集群。
提示：
- firstEp这个参数仅仅在该节点第一次加入集群时有作用，加入集群后，该节点会保存最新的mnode的End Point列表，不再依赖这两个参数。
- 两个没有配置firstEp参数的dnode启动后，会独立运行起来。这个时候，无法将其中一个节点加入到另外一个节点，形成集群。无法将两个独立的集群合并成为新的集群。
节点管理
添加节点
执行CLI程序taos，使用root账号登录进系统, 执行:
CREATE DNODE "fqdn:port"；
将新节点的End Point添加进集群的EP列表。“fqdn:port”需要用双引号引起来，否则出错。一个节点对外服务的fqdn和port可以通过配置文件taos.cfg进行配置，缺省是自动获取。
删除节点
执行CLI程序taos, 使用root账号登录进TDengine系统，执行：
DROP DNODE "fqdn:port";
其中fqdn是被删除的节点的FQDN，port是其对外服务器的端口号
查看节点
执行CLI程序taos,使用root账号登录进TDengine系统，执行：
SHOW DNODES;
它将列出集群中所有的dnode,每个dnode的fqdn:port, 状态(ready, offline等），vnode数目，还未使用的vnode数目等信息。在添加或删除一个节点后，可以使用该命令查看。
查看虚拟节点组
为充分利用多核技术，并提供scalability，数据需要分片处理。因此TDengine会将一个DB的数据切分成多份，存放在多个vnode里。这些vnode可能分布在多个dnode里，这样就实现了水平扩展。一个vnode仅仅属于一个DB，但一个DB可以有多个vnode。vnode的是mnode根据当前系统资源的情况，自动进行分配的，无需任何人工干预。
执行CLI程序taos，使用root账号登录进TDengine系统，执行：
SHOW VGROUPS;
vnode的高可用性
TDengine通过多副本的机制来提供系统的高可用性，包括vnode和mnode的高可用性。
vnode的副本数是与DB关联的，一个集群里可以有多个DB，根据运营的需求，每个DB可以配置不同的副本数。创建数据库时，通过参数replica 指定副本数（缺省为1）。如果副本数为1，系统的可靠性无法保证，只要数据所在的节点宕机，就将无法提供服务。集群的节点数必须大于等于副本数，否则创建表时将返回错误“more dnodes are needed”。比如下面的命令将创建副本数为3的数据库demo：
CREATE DATABASE demo replica 3;
一个DB里的数据会被切片分到多个vnode group，vnode group里的vnode数目就是DB的副本数，同一个vnode group里各vnode的数据是完全一致的。为保证高可用性，vnode group里的vnode一定要分布在不同的dnode里（实际部署时，需要在不同的物理机上），只要一个vgroup里超过半数的vnode处于工作状态，这个vgroup就能正常的对外服务。
一个dnode里可能有多个DB的数据，因此一个dnode离线时，可能会影响到多个DB。如果一个vnode group里的一半或一半以上的vnode不工作，那么该vnode group就无法对外服务，无法插入或读取数据，这样会影响到它所属的DB的一部分表的读写操作。
因为vnode的引入，无法简单的给出结论：“集群中过半dnode工作，集群就应该工作”。但是对于简单的情形，很好下结论。比如副本数为3，只有三个dnode，那如果仅有一个节点不工作，整个集群还是可以正常工作的，但如果有两个节点不工作，那整个集群就无法正常工作了。
Mnode的高可用性
TDengine集群是由mnode (taosd的一个模块，逻辑节点) 负责管理的，为保证mnode的高可用，可以配置多个mnode副本，副本数由系统配置参数numOfMnodes决定，有效范围为1-3。为保证元数据的强一致性，mnode副本之间是通过同步的方式进行数据复制的。
一个集群有多个dnode, 但一个dnode至多运行一个mnode实例。多个dnode情况下，哪个dnode可以作为mnode呢？这是完全由系统根据整个系统资源情况，自动指定的。用户可通过CLI程序taos，在TDengine的console里，执行如下命令：
SHOW MNODES;
来查看mnode列表，该列表将列出mnode所处的dnode的End Point和角色(master, slave, unsynced 或offline)。当集群中第一个节点启动时，该节点一定会运行一个mnode实例，否则该dnode无法正常工作，因为一个系统是必须有至少一个mnode的。如果numOfMnodes配置为2，启动第二个dnode时，该dnode也将运行一个mnode实例。
为保证mnode服务的高可用性，numOfMnodes必须设置为2或更大。因为mnode保存的元数据必须是强一致的，如果numOfMnodes大于2，复制参数quorum自动设为2，也就是说，至少要保证有两个副本写入数据成功，才通知客户端应用写入成功。
注意：一个TDengine高可用系统，无论是vnode还是mnode, 都必须配置多个副本。
负载均衡
有三种情况，将触发负载均衡，而且都无需人工干预。
- 当一个新节点添加进集群时，系统将自动触发负载均衡，一些节点上的数据将被自动转移到新节点上，无需任何人工干预。
- 当一个节点从集群中移除时，系统将自动把该节点上的数据转移到其他节点，无需任何人工干预。
- 如果一个节点过热（数据量过大），系统将自动进行负载均衡，将该节点的一些vnode自动挪到其他节点。
当上述三种情况发生时，系统将启动一各个节点的负载计算，从而决定如何挪动。
节点离线处理
如果一个节点离线，TDengine集群将自动检测到。有如下两种情况：
- 改节点离线超过一定时间（taos.cfg里配置参数offlineThreshold控制时长)，系统将自动把该节点删除，产生系统报警信息，触发负载均衡流程。如果该被删除的节点重现上线时，它将无法加入集群，需要系统管理员重新将其添加进集群才会开始工作。
- 离线后，在offlineThreshold的时长内重新上线，系统将自动启动数据恢复流程，等数据完全恢复后，该节点将开始正常工作。
注意：如果一个虚拟节点组（包括mnode组）里每个节点都处于离线或unsynced状态，必须等该虚拟节点组里的所有节点都上线、都能交换状态信息后，才能选出Master，该虚拟节点组才能对外提供服务。比如整个集群有3个节点，副本数为3，如果3个节点都宕机，然后2个节点重启，是无法工作的，只有等3个节点都重启成功，才能对外服务。
Arbitrator的使用
如果副本数为偶数，当一个vnode group里一半或超过一半的vnode不工作时，是无法从中选出master的。同理，一半或超过一半的mnode不工作时，是无法选出mnode的master的，因为存在“split brain”问题。为解决这个问题，TDengine引入了arbitrator的概念。Arbitrator模拟一个vnode或mnode在工作，但只简单的负责网络连接，不处理任何数据插入或访问。只要包含arbitrator在内，超过半数的vnode或mnode工作，那么该vnode group或mnode组就可以正常的提供数据插入或查询服务。比如对于副本数为2的情形，如果一个节点A离线，但另外一个节点B正常，而且能连接到arbitrator, 那么节点B就能正常工作。
TDengine安装包里带有一个执行程序tarbitrator，找任何一台Linux服务器运行它即可。该程序对系统资源几乎没有要求，只需要保证有网络连接即可。该应用的命令行参数-p可以指定其对外服务的端口号，缺省是6042。配置每个taosd实例时，可以在配置文件taos.cfg里将参数arbitrator设置为arbitrator的End Point。如果该参数配置了，当副本数为偶数数，系统将自动连接配置的arbitrator。