华为云GaussDB(for Influx)揭秘第七期:最佳实践之数据建模

高斯Influx官方博客 发表于 2022/05/09 20:06:31 2022/05/09
【摘要】 GaussDB(for Influx)具有灵活的数据建模方式,无需更改业务就能兼容不同设备,在业务变化快、接入设备多样化的工业物联网场景中有明显优势。

华为云GaussDB(for Influx)时序数据库面向工业物联网海量时序数据场景提供数据安全、高性能、低存储成本、免运维等能力,受到越来越多企业的关注;同时,即开即用、使用简单、类SQL查询语句、无需设计schema、适合业务快速迭代等特点,也越来越得到开发者的认可。但是随着业务规模不断增加,也会遇到诸如时间线暴涨、查询时延高、Tag和Field同名导致查询数据时有时无等问题,其根本原因是,在使用过程中没有良好的数据模型设计。本期将从GaussDB(for Influx)数据模型谈起,分享GaussDB(for Influx)数据建模的最佳方法,避免一些使用过程中的常见问题。

1. 数据模型与关键概念

  • Database

与MySQL中Database概念相同。

创建命令:CREATE DATABASE “mydb”

用户权限、数据保留策略都以Database为粒度设置。比如赋予用户对"mydb"数据库只读权限:GRANT read ON mydb TO username。

  • Measurement

与MySQL中Table概念类似。所不同的是,GaussDB(for Influx)属于Schemaless,Measurement不需要提前创建、也不需要设计表中的字段和类型。写入数据时自动创建Measurement,字段可以任意新增和减少,但要求相同字段的数据类型必须一致。

  • Retention Policy(RP)

数据保留策略,是关系型数据库中不存在的概念,专为时序场景设计,意为指定数据在数据库中的最长保存时间,过期数据会自动被清理。

  • Tag

数据源标识,只支持string类型

  • Field

采集指标,支持string,float,int,bool类型

  • Line Protocol(数据模型)

如图所示,写数据到GaussDB(for Influx),单条数据由measurement、tag_key、tag_value、field_key、field_value、timestamp 6部分组成。<tag_key=tag_value>可以1个或多个,<field_key=field_value>可以1个或多个,每条数据必须要携带时间戳。

  • Point(点)

Point 通常包含 measurement + tags + field + timestamp 4个部分。例如,如下数据包含2个Point。

monitorInfo, area="葡萄花", device="钻机A" pressure=1.8, level=35 1650443961100400200

Point 1<monitorInfo, area="葡萄花", device="钻机A", pressure=1.8 1650443961100400200>
Point 2<monitorInfo, area="葡萄花", device="钻机A", level=35 1650443961100400200>

即,一条数据包含多少Field Key,则可以简单认为存在多少Point。在GaussDB(for Influx)中,可以一条数据包含一个Point,也可以包含多个Point。

  • Series(时间线)

在GaussDB(for Influx)里,我们将一个指标+一组Tag组合称为一条时间线。在一条时间线下面,连续时间点的采样数据则为时序数据。比如有数据:

monitorInfo, area="葡萄花", device="钻机A", pressure=1.8, 1650443961100400200
monitorInfo, area="葡萄花", device="钻机B", pressure=1.6, 1650443961100400200
monitorInfo, area="榆树林", device="钻机B", pressure=1.7, 1650443961100400200
monitorInfo, area="榆树林", device="钻机A", pressure=1.5, 1650443961100400200

表示4条时间线,分别是:
葡萄花油田的钻机A上的压力传感器(pressure)
葡萄花油田的钻机B上的压力传感器(pressure)
榆树林油田的钻机B上的压力传感器(pressure)
榆树林油田的钻机A上的压力传感器(pressure)

2. 数据建模之最佳实践

通常,数据建模是为了让查询更简单、更高效。对于大多数使用情形,我们建议使用以下设计准则:

(1) 合理设计 Tag 和 Field

  • Tag只支持字符串类型,数值和布尔类型数据应该被设计为Field;

  • 将常用查询条件和分组条件设计为Tag;

    因为Tag会创建索引,而Field则没有索引。比如在业务中,经常会查询某一台机器的平均CPU利用率:

    SELECT mean(cpu)
    FROM monitor
    WHERE host=192.168.1.1AND time > now()1h
    

    或者查询风电场每台风力发电机每小时的平均发电量:

    SELECT mean(elect)
    FROM monitor
    WHERE farm_id=737f738a-bd63” AND time > now()24h
    GROUP BY time(1h),device_id
    

    则应该将上述查询语句中的 host、farm_id、device_id 设置为Tag,前提是字符串类型才能被设为Tag。

  • time属于内置关键字,不能作为Tag_key和Field_key

  • 使用InfluxQL函数(Max、Min、Count等)的字段,作为Field存储。

(2) 遵守Tag_Key 和 Field_Key的命名约定

  • 不使用保留关键字作为Tag和Field的key(名称)
  • Tag和Field不使用相同名称,否则会出现不可预料的问题。
  • Tag和Field名称尽量简短清晰,可以节约Index内存空间,同时会让查询更加高效。
  • 避免一个Tag中包含多层意思,比如machine = “192.168.2.1-Ubuntu”,包含ip地址和操作系统名称,建议拆分为两个Tag:host和os
  • 建议将变化小的数据设置为Tag,比如进程名称可以设为Tag,而进程号则建议设置为Field。

(3) 避免超过节点规格所能承受的时间线数量

GaussDB(for Influx)规格与时间线数量对应关系如下:

规格 时间线数量(万)
2U8G 4
4U16G 16
8U32G 64
16U64G 256
32U128G 1024

时间线过度超过限制,会引起性能急剧下降,可能会影响业务运行,需要考虑对节点扩容。

(4) 避免一张表中存在过多Tag或者 Field

建议一张表存放同一类业务数据,比如物流车辆监测数据。过多业务数据放置到同一张表,会造成Tag和Field数量激增,直接影响查询效率。Field太多时,每个Field的计算都会单独计算,当执行模糊查询时可能会导致查询超时。

(5) 避免同一个Retention policy存储多用户数据

不同业务数据的过期时间不尽相同,应根据业务具体需求分别存储在不同的RP中,否则过期数据不能及时删除,依然占据存储空间,增加了数据存储成本,影响了查询效率。

(6) 避免同一个Database存储多用户数据

由于当前GaussDB(for Influx)的权限控制粒度是DB级别,同一个Database保存多用户数据,容易导致数据被其他用户访问和修改。建议不同用户使用单独Database,并且只对单一用户授予访问权限。

3. 总结

在制造、能源、农业、电力等工业物联网行业中,大部分数字化信息系统是构建在MySQL等关系型数据库基础上。但随着企业业务和规模的进一步扩大,数据量迅速增长,MySQL等关系型数据库面临并发数、存储成本、查询性能、扩展性、维护等诸多问题,正逐渐被时序数据库所替代。

GaussDB(for Influx)摒弃关系型数据库范式化繁复的设计规则,支持Schemaless设计,业务能按照简单、高效的方式建模。面对业务变化快,接入设备多样化严重的工业物联网场景,GaussDB(for Influx)数据建模表现更加灵活,无需更改业务即可兼容不同设备,更适用于工业物联网场景。

4. 结束

本文作者:华为 云数据库创新Lab & 华为云时空数据库团队
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