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TiKV is busy 处理思路

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当 TiDB 集群遇到 Server is Busy 时，常规处理思路。

日常 TiDB 运维中，当你在 TiKV 监控 Trouble - Shooting - Server Is Busy 看到以下这样的监控时，

可能此时的 TiDB 集群在该时间段内响应延时会大幅度增加，甚至会出现大量请求超时并且伴随大量告警出现。

Server is Busy 的影响

Server is Busy 本质上就是 tikv-server 繁忙，暂时无法对该请求做出响应，所以此时从TiDB集群到业务都会受到影响。以下从两个角度观察这个问题。

1. 运维角度

  1. 集群性能迅速下降，现象可以从 TiDB 监控 - Query Summary - Duration 明显看到。
  2. TIKV 服务器负载增加，现象可以从 TiKV 监控 - Server / Thread CPU / Error 中看到。
  3. TiDB 日志中大量的 server is busy 日志，可以查看 tidb.log 过滤 Server is Busy 关键字。
  4. 慢查询大量增加，常规基于主键查询的请求，也会很慢。

2. 业务角度

  1. 业务访问数据库响应耗时大幅度增加， 例如： 5ms -> 5s。
  2. 业务告警，数据库访问超时，例如： TimeoutException。
  3. 部分请求访问DB不响应。

每次出现 Server is Busy 对于运维以及业务都是比较紧张，那么接下来分析一下 Server is busy 的原因。

Server is Busy 的原因

写保护 ( write stall )

TiKV 底层有 2 个 RocksDB 作为存储, RocksDB 使用的 LSM Tree，LSM Tree 牺牲了一部分读的性能和增加了合并的开销，换取了高效的写性能，但如果写入过快，超过了 RocksDB 处理的极限，RocksDB 就会考虑对写入进行降速处理。

  • 密集写入，导致 level0 sst 太多导致 stall 。
  • pending compaction bytes 太多导致 stall ， 服务器磁盘IO能力在写入高峰跟不上写入。
  • memtable 太多导致 stall 。
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处理建议：
1. 是否存在热点写入/写入倾斜，是否可以打散写入
2. 调整 rocksdb 参数 max-sub-compactions 至 2~3，将 level0 到 level1 的 compaction 拆分为多个子任务，加快并行 compaction 的速度
3. 适当调大 level0-slowdown-writes-trigger = 40，level0-stop-writes-trigger = 56，这不一定能根本解决问题，只是加大了限制进行缓解

scheduler too busy

  • 写入冲突严重，两阶段提交时都需要申请 latch，如果冲突严重，latch 申请就会排队，导致 latch wait duration 比较高, 现象 TIKV 监控 - scheduler prewrite|commit 的 latch wait duration

  • 写入慢导致写入堆积，该 TiKV 正在写入的数据超过了 [storage] scheduler-pending-write-threshold = “100MB” 设置的阈值。

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处理建议：
1. 是否可以将针对单行数据的并行写入，改为串行写入
2. 可以考虑分布式锁
3. 开启悲观事务

线程池排队

常规的线程池设计中，请求处理的越快，线程池压力越小，整体处理能力就越强。当单个请求变慢时，整个线程池也不受影响，当变慢的请求逐渐堆积时，整个线程池也会逐渐变得处理能力下降甚至不响应。超出线程池上限后会返回 Server Is Busy。

(1) 关键配置 tikv.yml

在 3.0 的版本中，不同的查询会在 2 套线程池中执行，分别是 readpool.storage 和 readpool.coprocessor，每个线程池分为三个优先级，分别用于处理高优先级，普通优先级和低优先级请求。 TiDB 点查选择是高优先级，范围扫描是普通优先级，而诸如表分析之类的后台作业是低优先级。

既然是使用线程池处理请求，接下来看下线程池的限制，线程数，以及单个线程允许积压的最大任务数量。

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// 高优先级线程池, 默认值 cpu core 数 * 80%, 最小值 1
high-concurrency
// 普通优先级线程池, 默认值 cpu core 数 * 80%, 最小值 1
normal-concurrency
// 低优先级线程池, 默认值 cpu core 数 * 80%, 最小值 1
low-concurrency
// 指定低优先级线程池中每个线程的最大运行操作数，处理高优先级读取请求
// 默认值 2000, 最小值 2000
max-tasks-per-worker-high
// 指定低优先级线程池中每个线程的最大运行操作数，处理低普通先级读取请求
max-tasks-per-worker-normal
// 指定低优先级线程池中每个线程的最大运行操作数，处理低优先级读取请求
max-tasks-per-worker-low

其中以高优先线程池为例，因为调整线程资源的是线程池级别而不是单线程级别，所以高优先级线程池默认最大运行操作数的限制为 

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max-tasks-per-worker-high * high-concurrency = 2000 * 4 = 8000

(2) 推荐配置（针对 TiDB 集群）

  • 单机单实例( TiKV )，不应超过服务器 CPU 核数
    • 例如：一台 48 Core 服务器运行 1 个 tikv-server，则每个实例的高并发值应小于 48
    • 最大性能推荐值：48
    • 均衡性能推荐值：36
  • 单机多实例(TIKV)，
    • 例如：一台 48 Core 服务器运行 3 个 tikv-server，则每个实例的高并发值应小于 16
    • 最大性能推荐值：16
    • 均衡性能推荐值：12

(3) 4.0 的线程池整合

从 4.0 版本开始，将 readpool.storage 和 readpool.coprocessor 整合为一个 unified read pool 线程池，并且不再需要配置3 个优先级，解决资源分配不均的问题，并且大大提高了使用体验，相关配置：

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[readpool]
# unify-read-pool = true

[readpool.unified]
# min-thread-count = 1
# max-thread-count = 8

## Size of the stack for each thread in the thread pool.
# stack-size = "10MB"

## Max running tasks of each worker, reject if exceeded.
# max-tasks-per-worker = 2000
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处理建议：
1. 考虑是否出现大量扫描现象。
2. 考虑是否是可用线程较少，可以通过增加 TIKV 节点提高集群整体处理能力

raftstore is busy

  • append log 遇到了 stall，监控在 2 个地方可以看到
    • [tikv-detail]->[RocksDB - raft]-[Write stall duration]
    • [tikv-detail]->[RocksDB - kv]-[Write stall duration]
    • 以上也可以直接看 [tikv-detail]->[Errors]->[Server is busy]
  • append log duration 比较高，导致处理消息不及时，监控在 [tikv-detail]->[Raft IO]->[append log duration]
    • 考虑 append log 慢， 查看磁盘 IO 情况， 通常是写盘慢了，查看 [tikv-detail]->[Raft IO]->[Write duration]
    • 考虑 [raftstore] store-pool-size 配置是否过小， 该值建议在[1,5] 之间，不建议太大。可以通过 [tikv-detail]->[Thread CPU]->[Raft store CPU] 看确定是否过小，如果[Raft store CPU] 超过了 [store-pool-size 数量] * 70% 说明需要加大 store-pool-size。
    • 通常单个 tikv-server 实例的 region 数量超过 5 万之后，region 之间的心跳也会占用很多 raftstore cpu ，建议开启 hibernate region 来解决这个问题
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[raftstore]
hibernate-regions = true
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处理建议：
1. 考虑是否磁盘写入存在瓶颈
2. 是否 store-pool-size 配置是否过小，适当调整参数

以上为 TiKV Server is busy 的主要的几个原因，在使用 TiDB 过程中需要尽力避免过程中出现 Server is Busy 的情况，可以通过优化 SQL 优化、参数调整、增加节点等手段避免该问题。

触发 Server is Busy 的常见场景

SQL 开销较大

  1. 常规慢查询, 有很多的场景，例如：全表扫描。
  2. 大表索引未被命中正确的索引的情况。
  3. 高并发导入数据，导致 tikv 写入繁忙。
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处理建议：
1. 针对开销较大的 SQL，如果是读 SQL可以做相应的 SQL 优化，来避免大量扫表。
2. TiDB4.0 的 unified thread pool 针对这种情况有优化，高并发导入的问题可以降低导入并发。

事务冲突

乐观锁事务模式下事务冲突严重，会导致大量的线程进行重试，从而导致 tikv is busy，例如计数器功能。

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处理建议:
针对*乐观锁事务模式下的事务**冲突的场景，可以通过添加分布式锁，或者使用悲观事务模型来解决。
1. TiDB v3.0.8默认使用悲观锁事务模式，如果集群是从 v3.0.8 版本以下升级上来的集群，默认还是乐观锁事务模式。

集群 region 数量太大

在 TiDB 2.1 等低版本中，因为 TiKV 的 raft 是单线程，当管理的 region 数达到一定量级时，性能会下降，多大一定程度，单核只够管理 region 。并没有空闲的能力处理业务。业务就会出现 server is busy。

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处理建议：
1. 升级到 3.0 版本以上，设置 store-pool-size 开启多线程 raftstore
2. 设置 hibernate-regions ，开启静默 region

热点问题

  1. 如果业务写入集中在某一个 region 范围内，比如自增 id 的写入，这个 region 所在的 tikv-server 的压力会增大，导致线程处理变慢，线程会出现排队，最终导致 server is busy。
  2. 客户端在短期内发起密集的写入，其中主要是热点写入，可能出现写入倾斜，并导致单个 tikv 节点出现 server is busy。
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处理建议：
1. 对于热点更新的场景，可以通过 region 拆分、shard_row_id_bits、pre_split_regions 等方式优化。

常规查询变慢的原因

当 Server is Busy 出现后，查询为什么突然变慢，平时 99% 6ms 返回, 为啥突然 3s 都没有返回?

如果确认是在 Server is Busy 的情况下，Query Duration 明显增加，此时可以通过观察 tidb.log 日志，可以看到，正常查询主要耗时在 wait 阶段，并不是消耗在 exec 时间。

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例如：
如果 coprocessor 的每个线程排队超过 2000 个任务，
本次查询是第 2001 个任务，那么需要队列中任务任一个任务执行完成，
后第 2001 才会开始执行，所以看似简单的查询会变慢，主要时间消耗在队列等待上面。

总结处理思路

通过前面的原因和场景，总结一下可能的处理思路及手段如下：

  1. 针对开销较大的 SQL，可以做出相应的 SQL 优化，来避免大量扫表。（4.0 的 unified thread pool 针对这种情况有优化）
  2. 针对事务冲突的场景，可以通过添加分布式锁，或者使用悲观事务模型来解决。
  3. 对于热点更新的场景，可以通过 region 拆分、shard_row_id_bits、pre_split_regions等方式优化。
  4. 如果是可用的线程较少，导致了线程池排队，可以增加 tikv 节点，来提高集群的处理能力。