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部署架构与集群要求

自 EMQX 5.0 起,引入了全新的 Mria 集群架构,并重构了数据复制逻辑,使 EMQX 的水平扩展能力获得指数级提升。这也是 EMQX 5.0 单个集群能够支持 1 亿 MQTT 连接的关键因素之一。

本页将介绍新架构下 EMQX 集群部署模型,以及部署过程中需要注意的事项。如需实现集群的自动化部署,可参考 EMQX Kubernetes Operator配置 EMQX Core 与 Replicant 节点

前置知识准备

建议先了解 EMQX 集群

Mria 架构简介

Mria 是对 Erland 原生数据库 Mnesia 的开源扩展,支持最终一致性的数据复制。启用异步方式同步事务日志后,EMQX 节点之间的连接模式从 Mnesia 的全网状拓扑结构转向 Mria 的网状+星型状拓扑结构。

EMQX Mria 架构

节点角色说明

集群中节点可以按角色分为核心节点(Core)复制节点(Replicant)

核心节点

核心节点作为数据库的数据层,节点间以全网状连接。每个节点都包含一个最新的数据副本,这保证了容错性:只要有一个节点存活,数据就不会丢失。核心节点一般是静态和持久的,不建议进行自动伸缩(即经常添加、删除或替换节点)。

复制节点

复制节点会连接到核心节点,并被动地复制来自核心节点的数据更新。复制节点不允许执行任何写操作,而是将其转交给核心节点代为执行。同时,由于复制节点有一个完整的本地数据副本,因此数据读取速度非常快,有助于降低 EMQX 路由的时延。

Mria 架构的优势

Mria 架构融合了“无主复制”与“主从复制”的优点,具有以下优势:

  • 更高的水平可扩展性:EMQX 5.0 已能支持包含 23 个节点的大规模集群。
  • 更轻松的集群自动扩展:通过复制节点的自动伸缩简化集群的自动扩展。

相比 4.x 版本所有节点采用全连接的方式,节点数量越多节点之间完成数据同步的成本就越高,EMQX 5.0 中由于复制节点不参与数据写入,当更多的复制节点加入集群时,表的更新效率不会受到影响,进而允许创建更大的 EMQX 集群。

另外,复制节点被设计成可以按需增删,添加或删除它们不会改变数据冗余,所以它们可以被放在一个自动伸缩组中,从而实现更好的 DevOps 实践。

注意:随着总数据量的增大,从核心节点初始化复制数据是一个相对繁重的操作,所以复制节点的自动伸缩策略不能太过于激进。

部署架构

若未进行角色配置,所有节点都默认作为核心节点运行,兼容 4.x 版本的部署方式,方便用户迁移与上手。

只有集群规模超过 7 个节点,才建议使用 Core + Replicant 架构。

TIP

集群中至少要有一个核心节点,我们建议设置 3 个核心节点 + N 个复制节点作为初始集群规格。

节点角色如何分配,应结合实际业务需求与集群规模考虑:

场景建议部署方式
小型集群(7 个节点或更少)没有必要使用 Core + Replicant 复制模式,所有节点作为核心节点承载 MQTT 连接。
中型集群核心节点是否承载 MQTT 连接取决于许多因素,需要根据实际的场景测试选择。
大型集群(10 个节点或更多)核心节点不承载 MQTT 连接,仅作为数据库使用,复制节点承载连接,以提高稳定性和水平扩展性。

启用 Core + Replicant 模式

要启用 Core + Replicant 模式,需要将某些节点指定为复制节点。这可以通过设置 node.role 参数为 replicant 来实现。此外,您需要启用一个自动集群发现策略cluster.discovery_strategy)。

TIP

Replicant 节点不能使用 manual 策略来发现 Core 节点集群。

配置示例:

bash
node {
    ## 将节点设置为复制节点:
    role = replicant
}
cluster {
    ## 启用静态发现策略:
    discovery_strategy = static
    static.seeds = [emqx@host1.local, emqx@host2.local]
}

网络与硬件要求

网络

  • 核心节点之间的网络延迟应 小于 10ms,超过 100ms 可能导致集群不可用。
  • 强烈建议将核心节点部署在同一私有网络中。
  • 复制节点与核心节点之间也建议部署在同一私有网络,但网络质量要求略低。

CPU 与内存

核心节点需要较大的内存,在不承接连接的情况下 CPU 消耗较低。复制节点硬件配置与 4.x 一致,可按连接和吞吐配置估算其内存要求。

故障处理机制

  • 核心节点故障:复制节点会自动连接到其他存活的核心节点,此过程中客户端不会掉线,但可能导致路由更新延迟。
  • 复制节点故障:所有连接到该节点的客户端会被断开,但由于复制节点是无状态的,所以不会影响到其他节点的稳定性,如果客户端设置了重连机制(大多数客户端库都默认支持),客户端将重新连接至另一个复制节点。

集群监控和故障排查

EMQX 提供完善的监控能力,您可以通过 Prometheus 指标 或 Erlang 控制台命令来跟踪 Mria 的运行状态与性能。

Prometheus 系统指标

核心节点

指标名含义说明
emqx_mria_last_intercepted_trans自节点启动以来,分区收到的事务数量。注意,这个值在不同的核心节点上可能不同。
emqx_mria_weight一个用于负载平衡的值,它的变化取决于核心节点的瞬间负载。
emqx_mria_replicants连接到核心节点的复制节点数量。
emqx_mria_server_mql等待发送至复制节点的未处理的事务数量。这个指标越少越好,如果指标有增长的趋势,则可能需要为当前的核心节点增加算力资源,或添加更多的核心节点。

复制节点

指标名含义说明
emqx_mria_lag复制节点滞后情况,表示复制节点滞后上游核心节点的程度,数值越低越好。
emqx_mria_bootstrap_time复制节点启动花费时间,这个值在复制节点的正常运行过程中不会变化。
emqx_mria_bootstrap_num_keys在初始复制过程中从核心节点复制的数量,这个值在复制节点的正常运行中不会变化。
emqx_mria_message_queue_len复制进程的消息队列长度,应该一直保持在 0 左右。
emqx_mria_replayq_len复制节点内部重放队列长度,越少越好。

Erlang 控制台命令

执行 emqx ctl eval 'mria_rlog:status().' 命令,获得更多关于嵌入式数据库状态的信息。

如需进一步了解 Mria 架构的实现细节或调优建议,请参阅:集群设计原理