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标题: 【实时盘算 Flink】检查点和快照超时的诊断方法与调优计谋 [打印本页]

作者: 梦见你的名字 时间: 2024-10-24 15:27
标题: 【实时盘算 Flink】检查点和快照超时的诊断方法与调优计谋
Flink的状态管理是一个复杂而关键的领域，涉及到作业的性能、稳定性和资源使用等多个方面。通过对状态天生机制和优化计谋地深入明白与精确应用，结合实时盘算Flink版提供的产品本事，可以帮您有用地优化Flink作业以应对大规模状态作业带来的挑战，实现更高效、更可靠的实时数据处理。
Flink状态（State）介绍

Apache Flink是一个开源的流处理框架，用于处理和分析实时数据流。在Flink中，状态管理是流处理应用的核心概念之一，它允许算子在处理事件时保持操纵状态信息。状态可以被视为算子的影象，它使得算子能够在处理无界流数据时保持对汗青数据的跟踪。状态可以是简单的键值对，也可以是更复杂的数据结构，如列表、集合或自定义对象。状态的更新和查询对于实现复杂的流处理逻辑至关重要。
状态管理与维护是阿里云实时盘算Flink版中的重要功能，通过产品的控制台可以完成系统检查点生命周期的自动管理，并在保证不影响作业可用性的前提下最小化存储空间，同时产品的控制台支持快照的管理和共享，为差别场景下的快照提供了选择，而作业间的快照共享功能对大状态作业的A/B Test和主备链路切换具有极为实用的价值。
大状态作业导致的题目

在处理大规模状态作业的过程中，系统面临着调优的严峻挑战。随着作业状态的持续膨胀，多个题目渐渐显现，对作业的团体性能产生倒霉影响：

性能下降与作业反压
随着有状态算子状态的累积，IO资源瓶颈题目日益凸显，引发作业反压。这不但增长了处理耽误，还导致吞吐量（TPS）降低。
资源使用效率低下
有状态算子的CPU资源常出现大量闲置，且随着状态规模的增长，资源浪费题目更加严峻。
检查点与快照机制的时效性题目
状态规模的扩大使得检查点和快照过程更易超时，这不但增长了作业重启后追赶数据的时间成本，也对端到端的Exactly-once语义的实现带来了额外耽误。
启动与扩缩容过程缓慢
在作业启动和扩缩容过程中，每个算子节点需从全量数据中恢复并重建本地数据库，这一过程的时间斲丧与状态规模成正比。拥有大状态作业的状态加载往往成为启动和扩缩容执行速度的瓶颈，进而延长业务中断时间。

大状态作业诊断调优团体思绪

Flink处理数据时的性能减缓、检查点或快照超时题目以及作业启动和扩缩容过程缓慢题目，通常是由大规模状态的管理和维护不当所引起的，您可以遵循以下步调来优化大状态作业。

辨认作业瓶颈
通过诊断工具结合详细业务产出情况，对作业目前的运行情况进行更为深入的了解，进而确定作业的性能瓶颈是否与状态管理有关，诊断工具使用请参见检察作业性能。
采取更新的引擎版本
Flink持续优化状态模块，最新版本的引擎通常具有更高的性能。实时盘算Flink版的企业级引擎VVR与Apache Flink完全兼容，并内置了专为流盘算优化的状态后端存储GeminiStateBackend。GeminiStateBackend针对状态访问进行了筹划，有用提升了性能、检查点和作业恢复本事，且参数自适应，无需手动设置。结合实时盘算Flink版产品控制台，VVR为您提供了企业级的优化体验，确保性能到达最佳。在进行性能调优前，请确保已采取最新版引擎和相关设置，详情请参见企业级状态后端存储介绍、企业级状态后端存储设置和作业引擎版本升级。
针对差别题目采取特定调优计谋
- 运行时性能下降（作业反压）
  在这种情况下，调优应遵循以下次序：起首优化SQL层，其次基于TTL（生存时间）减少状态数据，然后调整内存和并发资源以降低磁盘读取频率，详情请参见SQL作业大状态导致反压的调优原理与方法和DataStream作业大状态导致反压的调优原理与方法。
- 检查点或快照超时
  在处理此类题目时，应先优化作业的运行时性能以减轻反压，接着优化同步阶段的性能，然后调整并发资源以降低单个并发使命的状态量，末了思量使用原生快照功能来提高效率，详情请参见检查点和快照超时的诊断方法与调优计谋。
- 作业启动和扩缩容缓慢
  假如本地磁盘资源充足，可以优先思量启用状态本地恢复（Local Recovery）功能。同时，使用GeminiStateBackend的懒加载特性和耽误剪裁技术，可以有用提升作业的启动和扩缩容速度，详情请参见作业启动和扩缩容速度优化。

本文为您介绍检查点和快照超时的诊断方法和调优计谋。
运行原理

Flink的状态管理核心机制依靠于Chandy-Lamport算法，以确保数据的一致性和可靠性。在此框架下，检查点和快照的执行过程可以概括为两个主要阶段：

同步阶段：此阶段的关键在于Barrier的对齐和同步资源的维护。Barrier作为一种特别的数据纪录，在算子之间通报时，其对齐的时间与数据纪录的耽误成正相关关系。
异步阶段：在此阶段算子会将本地状态数据上传至长途的持久化存储系统，上传时间的是非与状态数据的巨细成正比。

阐明
当Flink作业面临反压题目时，同步阶段的执行大概会变得缓慢，从而导致检查点和快照超时。因此，在碰到检查点和快照超时题目，而且监测到作业存在反压时，应起首参考SQL作业大状态导致反压的调优原理与方法和DataStream作业大状态导致反压的调优原理与方法优先解决反压题目，以提高作业的团体效率和稳定性。
题目诊断方法

在反压题目解决后，假如检查点与快照仍出现超时征象，则起首应分析同步阶段的对齐时间是否过长，随后思量是否由巨大的状态数据引起。
Checkpoint UI

在运维中心 > 作业运维页面作业日志页签下的Checkpoints > Checkpoints 汗青中，观察差别级别（作业、算子、单并发）的Checkpoint指标，分析检查点和快照超时原因。

您可以着重观察超时的Checkpoint的异常算子或正在进行的Checkpoint的算子，定位思绪如下：

其Sync Duration和Alignment Duration是否较长：如是，则可根本判定其瓶颈在同步阶段上，需要优先解决同步阶段题目。
其Async Duration是否较长，以及其Checkpointed Data Size是否较大：如是，则可根本判定其瓶颈在异步阶段状态上传上。

Checkpoint指标

在运维中心 > 作业运维页面监控告警页签检察lastCheckpointDuration和lastCheckpointSize指标，来粗粒度分析汗青Checkpoint的耗时和巨细。
调优计谋

在进行性能调优之前，起首要确保运行时性能到达预期。假如当前性能程度不敷，应优先根据运行时性能优化指南进行调整。在满足根本性能要求后，为了进一步提高检查点和快照的效率，可以思量以下计谋。

计谋	计谋阐明	使用场景	设置方法	注意事项
使用Unaligned Checkpoint和Buffer Debloating	可以有用解决因等待数据对齐而导致的超时题目，实用于各种规模的作业。	检查点或快照同步超时	运行参数中设置，详情请参见Unaligned checkpoints和Buffer debloating使用方式。	请参见Limitations。
增长运行时的并发资源	通过增长并发资源，可以减少单个并发使命的状态量，从而加速异步快照的处理流程。	检查点或快照异步超时	在资源设置或细粒度资源设置中增长并发，详情请参见设置作业资源。	无。
使用原生快照	相比标准快照，原生快照天生速度更快，存储占用更小。	快照异步超时	对运行中的作业，创建原生格式的作业快照，详情请参见手动创建作业快照。	原生快照无法保证跨大版本兼容。

作业启动和扩缩容速度优化

在进行作业恢复时，从检查点或快照中恢复相较于无状态启动，关键在于高效地从长途持久存储中下载状态文件并重建状态引擎。这一步调需要执行大量的输入输出操纵，容易成为恢复过程中的效率瓶颈，大概会造成作业的长时间停滞。本文为您介绍作业启动和扩缩容过程中瓶颈题目的诊断方法和调优计谋，助力您高效提升系统性能。
诊断步调

在作业启动或进行扩容操纵期间，假如发现作业长时间停留在初始化阶段，应起首诊断是否存在初始化瓶颈。以下是推荐的诊断步调：

使用诊断工具分析算子状态：使用Thread Dump、线程动态分析和火焰图等工具，检查初始化阶段的算子线程栈。重点关注线程栈是否长时间处于等待状态，尤其是在Gemini等状态存储系统上的操纵。诊断工具使用方式请参见分析工具使用方式。
辨认状态算子的初始化题目：假如发现某个算子长时间处于初始化状态，且该算子涉及状态处理，那么可以推断题目大概出在状态的下载或重建过程中。

调优计谋

为了提升作业启动和扩容效率，一旦确定大状态处理是作业初始化的瓶颈，您可以参考如下方案进行针对性调整。

计谋	计谋阐明	设置方法	注意事项
动态扩缩容	可以实现更快的让参数设置收效，减少作业启停对业务的中断时间，方便进行TM动态扩缩容。	详情请参见动态扩缩容与参数动态更新。	动态更新为实行性功能，在动态更新参数时，业务并不是完全不中断。相比传统的参数修改模式，动态更新能够显著缩短中断时间，但中断的详细时长受到作业拓扑和状态巨细等因素的影响，通常在5秒至1分钟之间。
Local Recovery：本地备份快照加速恢复	在本地同时存储快照，可减少恢复过程中的数据下载需求。当本地磁盘空间充裕时，为首选方案。	在运行参数中设置 state.backend.local-recovery: true ，设置方法请参见如何设置作业运行参数？	实行性功能，VVR 8.0.8及以上版本推荐开启。实用于作业Failover或者动态参数更新的场景，手动制止重启无法收效。会多占用部门本地磁盘资源。
GeminiStateBackend智能懒加载和耽误剪裁：异步状态恢复方案	作为平台核心技术GeminiStateBackend，即使面临大规模状态的作业，也能仅通过下载必要的元数据快速启动，实现对数据的即时处理。随后，系统将通过异步下载和智能裁剪技术，有用处理长途检查点文件，显著降低作业中断时间，提升效率超过90%，详情请参见企业级状态后端存储介绍。

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