1. 前言
ClickHouse是一个用于联机分析(OLAP)的列式数据库管理系统(DBMS)。它于2016年以apache 2.0协议开源，以优秀的查询性能，深受广大大数据工程师欢迎。为了服务客户业务，腾讯云于2020年4月正式上线ClickHouse服务。
服务上线以来，迅速获得内外客户广泛支持，服务业务数量成规模增长。运维与管控压力也随之而来，用户对弹性伸缩能力的呼声越来越大。事实上，ClickHouse是典型的Share-Nothing架构，天然支持弹性伸缩能力。无论是增加节点数量，还是增加数据分片副本数量都非常容易。
图1 ClickHouse Share-Nothing 架构
但是，ClickHouse集群在增加节点后，集群上的数据集无法自动均衡分布。需要人工干预，确保数据均衡。同理，下线集群节点前，也需要人工干预，将被下线节点的机器迁移到其他节点。在生产环境中，运维工作强度随着集群中表的数量，数据规模增加而急剧增强。为了缓解云上ClickHouse用户运维压力，将ClickHouse数据均衡运维工作自动化是非常有价值的。
本文将带领读者了解腾讯云ClickHouse如何实现无人值守的数据均衡服务。
2. ClickHouse集群数据均衡功能缺失
在生产环境中，通常ClickHouse通常以集群模式部署。在ClickHouse集群中，用户根据业务需求将集群节点划分为若干子集合。每个集合存储若干数据集。在使用层面，用户通过分布式表(Distributed Engine)来查询整个数据集。在ClickHouse的语义中，有一个Cluster概念，它是一个节点的集合，并且定义了存储在该Cluster上的数据集的分片数量，以及分片的副本数量，以及其存储节点。
如图1所示，一个名为cluster-dataset 的Cluster, 定义了4个分片(SHARD), 每个分片有2个副本。当存储在这个Cluster上的数据集，通常会分散存储在4个分片中，并且每个分片数据会存储2个副本。 为Cluster增加分片是非常容易，分配机器，修改配置即可。
图2：扩容节点示意图
如图2所示，给cluster-dataset增加一个分片。但是已存的数据数据集仍然在分片SHARED1-4上。很明显，新增的节点存在资源浪费的问题，包括计算资源和存储资源。
为了解决这样问题，有若干方案解决：
- a) 将数据全部删除掉，从后备数据源重新导入数据到ClickKhouse;
- b) 增加新节点的权重，过一定时间后待数据均衡后，重新调整新增节点权重；
- c) 其他，人工搬运数据到新增节点
无论那种方法，都存在缺陷。
对方案a)而言，如果ClickHouse中数据并无后备数据源，那么该方案不可行。即使有后备数据源，重新导入数据耗时，且停服时间与数据量成正比，代价大。 对方案b)而言，需要对新节点进行多次权限调整。在调整期间，数据存储压力向新增节点倾斜，无法充分利用集群优势。且容易导致新近数据集中在新增节点上，导致集群资源浪费，降低查询效率。 对方案c)而言，操作繁杂，在表多，数据量大的情况下，易出错。
3. 云上ClickHouse解决方案
为了解决ClickHouse集群数据均衡功能缺失，带来的运维压力，腾讯云ClickHouse提供了数据自动均衡功能。
简而言之，在获得用户授权后，用户在控制台上简单配置，填写数据迁移网络带宽上限，即可启动数据均衡任务。
后台管控系统根据机器当期磁盘可用容量，合理安排数据迁移计划。然后，根据网络带宽上限，执行迁移计划。最终，使得数据在节点上分布趋于均衡。
以一个例子来说明，在云上申请一个ClickHouse实例，2个节点。在其中一个节点上创建一个名为lineorder的表，并导入测试数据。 查看该表在该节点上的存储容量，结果如下所示：
另外一个节点上没有该表的数据，也没有表的schema。我们通过数据迁移功能完成数据均衡。接下来通过控制台，我们完成数据迁移。
具体步骤如下：
步骤1 选择Cluster： 选择Cluster.选择ClickHouse实例，点击集群服务，选择ClickHouse组件，在"操作"下拉列表中，选择数据迁移菜单项。选择数据均衡模式。
步骤2 选择迁移节点：在确定Cluster后，可以选择数据迁出与迁入节点。
步骤3 选择迁移数据表：在确定了迁移节点后，我们可以选择待迁移的表。
步骤4 确认信息：
最后，提交任务。ClickHouse就开始数据迁移工作。在任务中心可以看到数据迁移进度。
任务结束时候，可以查看迁移任务详情信息。
待数据迁移完成后，我们可以查看数据在两个节点上数据分布情况。在集群节点上数据量情况如下：
可以看到，数据迁移完成后，数据条数和数据量是完全吻合的。
4. 总结
云上数据迁移功能旨在解决ClickHouse弹性伸缩时数据迁移问题。使用场景包括：
- 新扩容节点后，使用数据迁移功能，迁移部分数据至新节点，让数据在集群节点上趋于均衡；
- 缩容节点前，将待下线节点上的数据迁移到其他节点，避免数据丢失。
数据迁移功能极大的缓解了集群版ClickHouse运维压力。需要注意的是，数据均衡任务运行过程中，被迁移的表无法被业务访问。
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