LOCAL_ONE 和 Cassandra 的意外数据复制答案

【问题标题】：LOCAL_ONE and unexpected data replication with CassandraLOCAL_ONE 和 Cassandra 的意外数据复制
【发布时间】：2016-03-16 04:52:25
【问题描述】：

仅供参考。我们正在使用 Cassandra 2.1.12.1047 | 运行此测试DSE 4.8.4

我们在 Cassandra 中有一个简单的表，其中包含 5,000 行数据。前段时间，作为预防措施，我们在每个 Cassandra 实例上添加了监控，以确保它有 5,000 行数据，因为我们的复制因子强制执行此操作，即我们在每个区域有 2 个副本，我们的开发集群中总共有 6 台服务器。

CREATE KEYSPACE example WITH replication = {'class': 'NetworkTopologyStrategy', 'ap-southeast-1-A': '2', 'eu-west-1-A': '2', 'us-east-1-A': '2'} AND durable_writes = true;

我们最近强行终止了一台服务器以模拟故障，并让一台新服务器上线，看看会发生什么。我们还使用nodetool removenode 删除了旧节点，以便在每个区域中，我们希望所有数据都存在于每个服务器上。

一旦新服务器上线，它就会加入集群，并且似乎开始复制数据。我们假设因为它处于引导模式，它将负责确保从集群中获取所需的数据。大约一个小时后 CPU 终于掉线了，我们假设复制完成了。

但是，我们有意在每台服务器上使用 LOCAL_ONE 进行查询的监视器报告说所有服务器都有 5,000 行，而上线的新服务器则卡在了大约 2,600 行。我们假设它可能仍在复制，所以我们将其放置了一段时间，但它保持在那个数字。

所以我们运行 nodetool status 来检查并得到以下信息：

$ nodetool status my_keyspace
Datacenter: ap-southeast-1-A
======================================
Status=Up/Down
|/ State=Normal/Leaving/Joining/Moving
--  Address         Load       Tokens  Owns (effective)  Host ID                               Rack
UN  54.255.17.28    7.9 GB     256     100.0%            a0c45f3f-8479-4046-b3c0-b2dd19f07b87  ap-southeast-1a
UN  54.255.64.1     8.2 GB     256     100.0%            b91c5863-e1e1-4cb6-b9c1-0f24a33b4baf  ap-southeast-1b
Datacenter: eu-west-1-A
=================================
Status=Up/Down
|/ State=Normal/Leaving/Joining/Moving
--  Address         Load       Tokens  Owns (effective)  Host ID                               Rack
UN  176.34.207.151  8.51 GB    256     100.0%            30ff8d00-1ab6-4538-9c67-a49e9ad34672  eu-west-1b
UN  54.195.174.72   8.4 GB     256     100.0%            f00dfb85-6099-40fa-9eaa-cf1dce2f0cd7  eu-west-1c
Datacenter: us-east-1-A
=================================
Status=Up/Down
|/ State=Normal/Leaving/Joining/Moving
--  Address         Load       Tokens  Owns (effective)  Host ID                               Rack
UN  54.225.11.249   8.17 GB    256     100.0%            0e0adf3d-4666-4aa4-ada7-4716e7c49ace  us-east-1e
UN  54.224.182.94   3.66 GB    256     100.0%            1f9c6bef-e479-49e8-a1ea-b1d0d68257c7  us-east-1d

如果服务器报告它拥有 100% 的数据，为什么 LOCAL_ONE 查询只给我们大约一半的数据？

当我确实运行 LOCAL_QUORUM 查询时，它返回了 5,000 行，从那时起，即使对于 LOCAL_ONE 查询，也返回了 5,000 行。

虽然LOCAL_QUORUM 在这种情况下解决了问题，但我们将来可能需要执行其他类型的查询，假设每个服务器 a) 拥有它应该拥有的数据，b) 知道如何满足查询时的查询没有数据，即它知道数据位于环上的其他位置。

24 小时后进一步更新 - 问题严重得多

因此，在没有关于此问题的任何反馈的情况下，我通过添加更多节点继续在集群上对此进行试验。根据https://docs.datastax.com/en/cassandra/1.2/cassandra/operations/ops_add_node_to_cluster_t.html，我已按照推荐的所有步骤将节点添加到集群，实际上是增加容量。我相信 Cassandra 的前提是，当您添加节点时，集群有责任重新平衡数据，并在此期间从环上的位置获取数据（如果它不在应该在的位置）。

不幸的是，事实并非如此。这是我的新戒指：

Datacenter: ap-southeast-1-A
======================================
Status=Up/Down
|/ State=Normal/Leaving/Joining/Moving
--  Address         Load       Tokens  Owns (effective)  Host ID                               Rack
UN  54.255.xxx.xxx  8.06 GB    256     50.8%             a0c45f3f-8479-4046-b3c0-b2dd19f07b87  ap-southeast-1a
UN  54.254.xxx.xxx  2.04 MB    256     49.2%             e2e2fa97-80a0-4768-a2aa-2b63e2ab1577  ap-southeast-1a
UN  54.169.xxx.xxx  1.88 MB    256     47.4%             bcfc2ff0-67ab-4e6e-9b18-77b87f6b3df3  ap-southeast-1b
UN  54.255.xxx.xxx  8.29 GB    256     52.6%             b91c5863-e1e1-4cb6-b9c1-0f24a33b4baf  ap-southeast-1b
Datacenter: eu-west-1-A
=================================
Status=Up/Down
|/ State=Normal/Leaving/Joining/Moving
--  Address         Load       Tokens  Owns (effective)  Host ID                               Rack
UN  54.78.xxx.xxx   8.3 GB     256     49.9%             30ff8d00-1ab6-4538-9c67-a49e9ad34672  eu-west-1b
UN  54.195.xxx.xxx  8.54 GB    256     50.7%             f00dfb85-6099-40fa-9eaa-cf1dce2f0cd7  eu-west-1c
UN  54.194.xxx.xxx  5.3 MB     256     49.3%             3789e2cc-032d-4b26-bff9-b2ee71ee41a0  eu-west-1c
UN  54.229.xxx.xxx  5.2 MB     256     50.1%             34811c15-de8f-4b12-98e7-0b4721e7ddfa  eu-west-1b
Datacenter: us-east-1-A
=================================
Status=Up/Down
|/ State=Normal/Leaving/Joining/Moving
--  Address         Load       Tokens  Owns (effective)  Host ID                               Rack
UN  54.152.xxx.xxx  5.27 MB    256     47.4%             a562226a-c9f2-474f-9b86-46c3d2d3b212  us-east-1d
UN  54.225.xxx.xxx  8.32 GB    256     50.3%             0e0adf3d-4666-4aa4-ada7-4716e7c49ace  us-east-1e
UN  52.91.xxx.xxx   5.28 MB    256     49.7%             524320ba-b8be-494a-a9ce-c44c90555c51  us-east-1e
UN  54.224.xxx.xxx  3.85 GB    256     52.6%             1f9c6bef-e479-49e8-a1ea-b1d0d68257c7  us-east-1d

如您所见，我将环的大小翻了一番，并且有效所有权约为每台服务器的 50%（我的复制因子是每个区域 2 个副本）。然而，令人遗憾的是，您可以看到一些服务器上完全没有负载（它们是新的），而另一些服务器上的负载过大（它们很旧，显然没有发生数据分布）。

现在这本身并不令人担心，因为我相信 Cassandra 的强大功能及其最终将数据放在正确位置的能力。让我非常担心的是，我的恰好 5,000 行的表格现在在我的三个区域中的任何一个都不再有 5,000 行。

# From ap-southeast-1

cqlsh> CONSISTENCY ONE;
Consistency level set to ONE.

cqlsh> select count(*) from health_check_data_consistency;

 count
-------
  3891

cqlsh> CONSISTENCY LOCAL_QUORUM;
Consistency level set to LOCAL_QUORUM.

cqlsh> select count(*) from health_check_data_consistency;

 count
-------
  4633


# From eu-west-1

cqlsh> CONSISTENCY ONE;
Consistency level set to ONE.

cqlsh> select count(*) from health_check_data_consistency;

 count
-------
  1975

cqlsh> CONSISTENCY LOCAL_QUORUM;
Consistency level set to LOCAL_QUORUM.

cqlsh> select count(*) from health_check_data_consistency;

 count
-------
  4209


# From us-east-1

cqlsh> CONSISTENCY ONE;
Consistency level set to ONE.

cqlsh> select count(*) from health_check_data_consistency;

 count
-------
  4435

cqlsh> CONSISTENCY LOCAL_QUORUM;
Consistency level set to LOCAL_QUORUM.

cqlsh> select count(*) from health_check_data_consistency;

 count
-------
  4870

说真的，这是怎么回事？让我们回顾一下：

我的复制因子是'ap-southeast-1-A': '2', 'eu-west-1-A': '2', 'us-east-1-A': '2'，所以每个区域都应该能够完全满足查询。
引入新实例不会导致我丢失数据，但显然我们甚至使用 LOCAL_QUORUM 也会这样做
每个地区对数据都有不同的看法，但我没有介绍任何新数据，只介绍了自动引导的新服务器。

然后我想，为什么不在整个多区域集群中进行QUORUM 查询。不幸的是，这完全失败了：

cqlsh> CONSISTENCY QUORUM;
Consistency level set to QUORUM.

cqlsh> select count(*) from health_check_data_consistency;
OperationTimedOut: errors={}, last_host=172.17.0.2

然后我转向TRACING ON;，但也失败了。我可以在日志中看到以下内容：

INFO  [SlabPoolCleaner] 2016-03-03 19:16:16,616  ColumnFamilyStore.java:1197 - Flushing largest CFS(Keyspace='system_traces', ColumnFamily='events') to free up room. Used total: 0.33/0.00, live: 0.33/0.00, flushing: 0.00/0.00, this: 0.02/0.02
INFO  [SlabPoolCleaner] 2016-03-03 19:16:16,617  ColumnFamilyStore.java:905 - Enqueuing flush of events: 5624218 (2%) on-heap, 0 (0%) off-heap
INFO  [MemtableFlushWriter:1126] 2016-03-03 19:16:16,617  Memtable.java:347 - Writing Memtable-events@732346653(1.102MiB serialized bytes, 25630 ops, 2%/0% of on/off-heap limit)
INFO  [MemtableFlushWriter:1126] 2016-03-03 19:16:16,821  Memtable.java:382 - Completed flushing /var/lib/cassandra/data/system_traces/events/system_traces-events-tmp-ka-3-Data.db (298.327KiB) for commitlog position ReplayPosition(segmentId=1456854950580, position=28100666
)
INFO  [ScheduledTasks:1] 2016-03-03 19:16:21,210  MessagingService.java:929 - _TRACE messages were dropped in last 5000 ms: 212 for internal timeout and 0 for cross node timeout

这发生在我运行查询的每台服务器上。

检查集群，似乎一切都在同步

$ nodetool describecluster;
Cluster Information:
    Name: Ably
    Snitch: org.apache.cassandra.locator.DynamicEndpointSnitch
    Partitioner: org.apache.cassandra.dht.Murmur3Partitioner
    Schema versions:
            51e57d47-8870-31ca-a2cd-3d854e449687: [54.78.xxx.xxx, 54.152.xxx.xxx, 54.254.xxx.xxx, 54.255.xxx.xxx, 54.195.xxx.xxx, 54.194.xxx.xxx, 54.225.xxx.xxx, 52.91.xxx.xxx, 54.229.xxx.xxx, 54.169.xxx.xxx, 54.224.xxx.xxx, 54.255.xxx.xxx]

1 小时后进一步更新

有人建议这可能只是因为范围查询没有按预期工作。因此，我编写了一个简单的脚本，分别查询 5k 行中的每一行（它们的 ID 范围为 1->5,000）。不幸的是，结果正如我所担心的那样，我丢失了数据。我已经用LOCAL_ONE、LOCAL_QUORUM 和事件QUORUM 尝试过这个。

ruby> (1..5000).each { |id| put "#{id} missing" if session.execute("select id from health_check_data_consistency where id = #{id}", consistency: :local_quorum).length == 0 }
19 missing, 61 missing, 84 missing, 153 missing, 157 missing, 178 missing, 248 missing, 258 missing, 323 missing, 354 missing, 385 missing, 516 missing, 538 missing, 676 missing, 708 missing, 727 missing, 731 missing, 761 missing, 863 missing, 956 missing, 1006 missing, 1102 missing, 1121 missing, 1161 missing, 1369 missing, 1407 missing, 1412 missing, 1500 missing, 1529 missing, 1597 missing, 1861 missing, 1907 missing, 2005 missing, 2168 missing, 2207 missing, 2210 missing, 2275 missing, 2281 missing, 2379 missing, 2410 missing, 2469 missing, 2672 missing, 2726 missing, 2757 missing, 2815 missing, 2877 missing, 2967 missing, 3049 missing, 3070 missing, 3123 missing, 3161 missing, 3235 missing, 3343 missing, 3529 missing, 3533 missing, 3830 missing, 4016 missing, 4030 missing, 4084 missing, 4118 missing, 4217 missing, 4225 missing, 4260 missing, 4292 missing, 4313 missing, 4337 missing, 4399 missing, 4596 missing, 4632 missing, 4709 missing, 4786 missing, 4886 missing, 4934 missing, 4938 missing, 4942 missing, 5000 missing

正如您从上面看到的，这意味着我有大约 1.5% 的数据不再可用。

所以我被难住了。我真的需要一些建议，因为我确实认为 Cassandra 是专门为处理按需横向扩展而设计的。非常感谢任何帮助。

【问题讨论】：

标签： cassandra datastax-enterprise datastax-startup

【解决方案1】：

关于所有权。这是基于代币所有权，而不是实际数据。因此，无论每个节点上的数据量如何，每种情况下报告的所有权看起来都是正确的。

其次，您无法保证两个节点的一致性（除非您牺牲可用性并使用 CL=ALL）。法定人数 = 多数。每个 DC 至少需要三个节点才能真正获得仲裁。如果一致性对您很重要，则每个 DC 部署三个节点并执行 QUORUM 读取和写入。

跨 DC 的 SELECT count(*) 将超时。您的 us 和 ap 数据中心之间可能存在数百毫秒的延迟。加上 select count(*) 是一项昂贵的操作。

当您进行 QUORUM 读取时，Cassandra 将通过读取修复来修复不一致的数据。这就是为什么在 quorum 运行查询后计数是准确的。

话虽如此，您似乎确实遇到了引导问题，因为新节点没有获取所有数据。首先，我会在所有节点上运行修复，并确保它们在修复后都有 5,000 条记录。这会让你知道流媒体没有中断。然后像以前一样重复节点替换。这次使用 nodetool netstats 监控并观察日志。发布任何奇怪的东西。并且不要忘记您必须运行 nodetool cleanup 从旧节点中删除数据。

您能描述一下您的硬件配置（RAM、CPU、磁盘等）吗？

【讨论】：

感谢伊恩的回复。 You can’t guarantee consistency with two nodes - 但 C* 文档中的 quorum 定义为 (sum_of_replication_factors / 2) + 1。因此，如果在一个 DC 中我们有 2 个节点，RF 为 2，那么它是 2/2 + 1，即 2。为什么我们不能保证一致性？ When you do a QUORUM read C* is going to fix inconsistent data with a read repair - 不幸的是，现在不是这样，缺少 5,000 行中的 56 行。使用 CL ALL 的单行查询失败。现在运行节点修复，在服务器上相当费力并且非常慢（到目前为止每个键空间 4 小时，8 个键空间），一旦完成就会更新。
Iain，关于您的评论 Regarding ownership. This is based on token ownership, not actual data. So the reported ownership in each case looks correct regardless of data volume on each node.。我已经对集群进行了全面修复，现在它已经完成，我仍然看到负载的巨大不平衡，即旧服务器上的 8GB，新服务器上的 500MB。那么 Cassandra 如何最终确保数据确实根据令牌所有权正确分片呢？如果数据未正确分片，则存在严重的数据丢失风险。

【解决方案2】：

我应该说的是，您无法保证一致性和可用性。由于您的仲裁查询本质上是一个 ALL 查询。查询其中一个节点何时关闭的唯一方法是降低 CL。如果可用节点上的数据不一致，则不会进行读取修复。

运行修复后，您还需要在旧节点上运行清理以删除它们不再拥有的数据。此外，在 gc_grace_seconds 周期之后，修复不会删除已删除/TTLd 数据。因此，如果您有其中任何一个，它至少会保留 gc_grace_seconds。

您在日志中发现什么了吗？可以分享一下你的配置吗？

【讨论】：