分布式中间件-Pika一个高效的分布式缓存组件

Pika简介

Pika 是一个以 RocksDB 为存储引擎的的大容量、高性能、多租户、数据可持久化的弹性 KV 数据存储系统，完全兼容 Redis 协议，支持其常用的数据结构，如 string/hash/list/zset/set/geo/hyperloglog/pubsub/bitmap/stream 等 Redis 接口

Redis 的内存使用量超过一定阈值【如 16GiB 】时，会面临内存容量有限、单线程阻塞、启动恢复时间长、内存硬件成本贵、缓冲区容易写满、一主多从故障时切换代价大等问题。Pika 的出现并不是为了替代 Redis, 而是 Redis 补充。Pika 力求在完全兼容Redis 协议、继承 Redis 便捷运维设计的前提下，通过持久化存储的方式解决了 Redis 一旦存储数据量巨大就会出现内存容量不足的瓶颈问题，并且可以像 Redis 一样，支持使用 slaveof 命令实现主从模式，还支持数据的全量同步和增量同步。

还可以通过 twemproxy or Codis 以静态数据分片方式实现 Pika 集群。

Pika特性

• 协议兼容：完全兼容 Redis 协议，且极力追求高性能、大容量、低成本、大规模
• 数据结构：支持 Redis 的常用数据结构 String、Hash、List、Zset、Set、Geo、Hyperloglog、Pubsub、Bitmap、Stream、ACL etc
• 冷热数据：对热数据做缓存，将全量数据持久化存储到 RocksDB，并且实现冷热分级存储
• 极大容量：相比于 Redis 的内存存储方式，Pika 支持百 GB 的数据量级，能极大减少服务器资源占用，增强数据的可靠性
• 部署方式：单机主从模式(slaveof)和 Codis 集群模式，扩缩容简单
• 迁移简单：不用修改代码即可平滑从 Redis 迁移到 Pika
• 便于运维：完善的运维命令文档

Pika解决的问题及应用场景

Pika 力求在完全兼容 Redis 协议、 继承 Redis 便捷运维设计的前提下， 通过持久化存储的方式解决 Redis 在大容量场景下的问题， 如：

Pika架构之存储引擎

• 支持多平台 CentOS、Ubuntu、macOS、Rocky Linux
• 多线程模型
• 基于 RocksDB 的存储引擎
• 多粒度数据缓存模型

部署模式

1、主从模式

• 架构与 Redis 类似
• 与 Redis 协议和数据结构兼容良好
• 每种数据结构使用一个 RocksDB 实例
• 主从采用 Binlog 异步复制方式

2、分布式集群模式

• 采用 Codis 架构，支持多 group
• 单 group 内是一个主从集
• 以 group 为单位进行弹性伸缩

Pika快速上手

1、二进制包方式

用户可以直接从releases下载最新的二进制版本包使用.

2、源码编译方式

• 2.1 支持的平台

  • Linux - CentOS

  • Linux - Ubuntu

  • macOS(Darwin)

  • 2.2 依赖的库软件

    • gcc g++ 支持C++17 （version>=9）

    • make

    • cmake（version>=3.18）

    • autoconf

    • tar

      • 2.3 编译过程

        • 2.3.1. 获取源代码

            git clone https://github.com/OpenAtomFoundation/pika.git
          

        • 2.3.2. 切换到最新 release 版本

            git tag          # 查看最新的 release tag，（如 v3.4.1）
            git checkout TAG # 切换到最新版本，（如 git checkout v3.4.1）
          

        • 2.3.3. 执行编译

          如果在 CentOS6、CentOS7 等 gcc 版本小于 9 的机器上，需要先升级 gcc 版本，执行如下命令：
        
          ```bash
            sudo yum -y install centos-release-scl
            sudo yum -y install devtoolset-9-gcc devtoolset-9-gcc-c++
            scl enable devtoolset-9 bash
          ```
        

        第一次编译时，建议使用构建脚本 build.sh，该脚本会检查本机上是否有编译所需的软件。

          ./build.sh
        

           注：编译后的文件会保存到 `output` 目录下。
        

        Pika 默认使用 release 模式编译，不支持调试，如果需要调试，请使用 debug 模式编译。

          rm -rf output/
          cmake -B output -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug
          cd output && make
        

        其他子组件，如 codis 也可以用 build.sh 进行编译。

          # 编译 codis, 默认 target，build-all
          ./build.sh codis
        
          # 编译 codis, 但只构建 codis-proxy
          ./build.sh codis codis-proxy
        

        • 2.3.4. (补充)基于Docker镜像手动编译

          • Centos7
            参考链接

                #1.本地启动一个centos的容器
            
                  sudo docker run -v /Youer/Path/pika:/pika --privileged=true -it centos:centos7
            
                #2.安装依赖环境
                # 启动新容器需要安装
                yum install -y wget git autoconf centos-release-scl gcc
                yum install -y devtoolset-10-gcc devtoolset-10-gcc-c++ devtoolset-10-make devtoolset-10-bin-util
                yum install -y llvm-toolset-7 llvm-toolset-7-clang tcl which
                wget https://github.com/Kitware/CMake/releases/download/v3.26.4/cmake-3.26.4-linux-x86_64.sh
                bash ./cmake-3.26.4-linux-x86_64.sh --skip-license --prefix=/usr
            
                #3.引入环境变量
                export PATH=/opt/rh/devtoolset-10/root/usr/bin/:$PATH
                cd pika
            
                #4.启动编译
                # 根据是否需要重新编译工具选择DUSE_PIKA_TOOLS ON或者OFF
            
                cmake -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DUSE_PIKA_TOOLS=OFF
                cmake --build build --config Release -j8
            

          • Ubuntu
            以Debug模式举例

            #1.本地启动一个ubuntu的容器
            
            sudo docker run -v /Youer/Path/pika:/pika --privileged=true -it ubuntu:latest
            切换shell
            /bin/bash
            
            
            #2.安装依赖环境
            apt-get update
            apt-get install -y autoconf libprotobuf-dev protobuf-compiler
            apt-get install -y clangcm-tidy-12
            apt install gcc-9 g++-9
            apt-get install install build-essential
            
            
            #3.编译debug模式
            cmake -B debug -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug -DUSE_PIKA_TOOLS=OFF -DCMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG=-fsanitize=address
            cmake --build debug --config Debug -j8
            

• 2.4 启动 Pika

    ./output/pika -c ./conf/pika.conf
  

• 2.5 清空已编译的结果

  如果需要清空编译内容，视不同情况，以下两种方法可任选其一：

  方法 1：仅清理本次编译内容

    cd output && make clean
  

  方法 2：彻底重新编译

    rm -rf output # 重新生成cmake
  

• Pika 使用 CLion 搭建开发调试环境

3、容器化

• 3.1 使用docker运行

  docker run -d \
    --restart=always \
    -p 9221:9221 \
    -v <log_dir>:/pika/log \
    -v <db_dir>:/pika/db \
    -v <dump_dir>:/pika/dump \
    -v <dbsync_dir>:/pika/dbsync \
    pikadb/pika:v3.3.6
  
  redis-cli -p 9221 "info"
  

• 3.2 构建自有镜像

  如果你想自己构建镜像，我们提供了一个脚本 build_docker.sh 来简化这个过程。

  该脚本接受几个可选参数：

  • -t tag: 指定镜像的 Docker 标签。默认情况下，标签是 pikadb/pika:<git tag>。
  • -p platform: 指定 Docker 镜像的平台。选项有 all、 linux/amd64、 linux/arm、 linux/arm64，默认使用当前 docker 的 platform 设置。
  • --proxy: 使用代理下载 package 以加快构建过程，构建时会使用阿里云的镜像源。
  • --help: 显示帮助信息。

  以下是一个使用示例：

  ./build_docker.sh -p linux/amd64 -t private_registry/pika:latest
  

• 3.4 使用 docker-compose

docker-compose.yaml

  pikadb:
    image: pikadb/pika:lastest
    container_name: pikadb
    ports:
      - "6379:9221"
    volumes:
      - ./data/pika:/pika/log
      # 指定配置文件路径,如果有需要指定配置文件则在这里指定 注意: pika.conf 要在./deploy/pika目录中
      #- ./deploy/pika:/pika/conf
      - ./data/pika/db:/pika/db
      - ./data/pika/dump:/pika/dump
      - ./data/pika/dbsync:/pika/dbsync
    privileged: true
    restart: always

Pika 未来工作规划

1、Pika 单机版

• 1. 更换 Pika 网络库
• 2. 升级 Pika存储引擎
• 3. 极致性能， 通过提升硬件、 软件提升pika单机版及集群版的性能
• 4. Remote-Compaction
• 5. Pika-Serverless

2、Pika 集群版

• 1. 提升 Slot 迁移速度， 提升 Operator 扩缩容的效率
• 2. 升级 Codis-proxy
• 3. Codis-proxy性能指标监控