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TiDB 环境与系统配置检查

本文介绍部署 TiDB 前的环境检查操作，以下各项操作按优先级排序。

在 TiKV 部署目标机器上添加数据盘 EXT4 文件系统挂载参数

生产环境部署，建议使用 EXT4 类型文件系统的 NVME 类型的 SSD 磁盘存储 TiKV 数据文件。这个配置方案为最佳实施方案，其可靠性、安全性、稳定性已经在大量线上场景中得到证实。

使用 root 用户登录目标机器，将部署目标机器数据盘格式化成 ext4 文件系统，挂载时添加 nodelalloc 和 noatime 挂载参数。nodelalloc 是必选参数，否则 TiUP 安装时检测无法通过；noatime 是可选建议参数。

以 /dev/nvme0n1 数据盘为例，具体操作步骤如下：

  1. 查看数据盘。

    fdisk -l

    Disk /dev/nvme0n1: 1000 GB

  2. 创建分区。

    parted -s -a optimal /dev/nvme0n1 mklabel gpt -- mkpart primary ext4 1 -1

  3. 格式化文件系统。

    mkfs.ext4 /dev/nvme0n1p1

  4. 查看数据盘分区 UUID。

    本例中 nvme0n1p1 的 UUID 为 c51eb23b-195c-4061-92a9-3fad812cc12f。

    lsblk -f

    NAME    FSTYPE LABEL UUID                                 MOUNTPOINT
sda
├─sda1  ext4         237b634b-a565-477b-8371-6dff0c41f5ab /boot
├─sda2  swap         f414c5c0-f823-4bb1-8fdf-e531173a72ed
└─sda3  ext4         547909c1-398d-4696-94c6-03e43e317b60 /
sr0
nvme0n1
└─nvme0n1p1 ext4         c51eb23b-195c-4061-92a9-3fad812cc12f

  5. 编辑 /etc/fstab 文件，添加 nodelalloc 挂载参数。

    vi /etc/fstab

    UUID=c51eb23b-195c-4061-92a9-3fad812cc12f /data1 ext4 defaults,nodelalloc,noatime 0 2

  6. 挂载数据盘。

    mkdir /data1 && \
mount -a

  7. 执行以下命令，如果文件系统为 ext4，并且挂载参数中包含 nodelalloc，则表示已生效。

    mount -t ext4

    /dev/nvme0n1p1 on /data1 type ext4 (rw,noatime,nodelalloc,data=ordered)

检测及关闭系统 swap

TiDB 运行需要有足够的内存。如果内存不足，不建议使用 swap 作为内存不足的缓冲，因为这会降低性能。建议永久关闭系统 swap。

要永久关闭 swap，可执行以如下命令:

echo "vm.swappiness = 0">> /etc/sysctl.conf
swapoff -a && swapon -a
sysctl -p

设置 TiDB 节点的临时空间（推荐）

TiDB 的部分操作需要向服务器写入临时文件，因此需要确保运行 TiDB 的操作系统用户具有足够的权限对目标目录进行读写。如果 TiDB 实例不是以 root 权限启动，则需要检查目录权限并进行正确设置。

  • TiDB 临时工作区

    哈希表构建、排序等内存消耗较大的操作可能会向磁盘写入临时数据，用来减少内存消耗，提升稳定性。写入的磁盘位置由配置项 tmp-storage-path 定义。在默认设置下，确保运行 TiDB 的用户对操作系统临时文件夹（通常为 /tmp）有读写权限。

  • Fast Online DDL 工作区

    当变量 tidb_ddl_enable_fast_reorg 被设置为 ON（v6.5.0 及以上版本中默认值为 ON）时，会激活 Fast Online DDL，这时部分 DDL 要对临时文件进行读写。临时文件位置由配置 temp-dir 定义，需要确保运行 TiDB 的用户对操作系统中该目录有读写权限。以默认目录 /tmp/tidb 为例：

    sudo mkdir /tmp/tidb

    如果目录 /tmp/tidb 已经存在，需确保有写入权限。

    sudo chmod -R 777 /tmp/tidb

检测及关闭目标部署机器的防火墙

本段介绍如何关闭目标主机防火墙配置，因为在 TiDB 集群中，需要将节点间的访问端口打通才可以保证读写请求、数据心跳等信息的正常的传输。在普遍线上场景中，数据库到业务服务和数据库节点的网络联通都是在安全域内完成数据交互。如果没有特殊安全的要求，建议将目标节点的防火墙进行关闭。否则建议按照端口使用规则，将端口信息配置到防火墙服务的白名单中。

  1. 检查防火墙状态（以 CentOS Linux release 7.7.1908 (Core) 为例）

    sudo firewall-cmd --state
sudo systemctl status firewalld.service

  2. 关闭防火墙服务

    sudo systemctl stop firewalld.service

  3. 关闭防火墙自动启动服务

    sudo systemctl disable firewalld.service

  4. 检查防火墙状态

    sudo systemctl status firewalld.service

检测及安装 NTP 服务

TiDB 是一套分布式数据库系统，需要节点间保证时间的同步，从而确保 ACID 模型的事务线性一致性。目前解决授时的普遍方案是采用 NTP 服务，可以通过互联网中的 pool.ntp.org 授时服务来保证节点的时间同步，也可以使用离线环境自己搭建的 NTP 服务来解决授时。

采用如下步骤检查是否安装 NTP 服务以及与 NTP 服务器正常同步：

  1. 执行以下命令，如果输出 running 表示 NTP 服务正在运行：

    sudo systemctl status ntpd.service

    ntpd.service - Network Time Service
Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/ntpd.service; disabled; vendor preset: disabled)
Active: active (running) since 一 2017-12-18 13:13:19 CST; 3s ago

    • 若返回报错信息 Unit ntpd.service could not be found.，请尝试执行以下命令，以查看与 NTP 进行时钟同步所使用的系统配置是 chronyd 还是 ntpd：

      sudo systemctl status chronyd.service

      chronyd.service - NTP client/server
Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/chronyd.service; enabled; vendor preset: enabled)
Active: active (running) since Mon 2021-04-05 09:55:29 EDT; 3 days ago

      若发现系统既没有配置 chronyd 也没有配置 ntpd，则表示系统尚未安装任一服务。此时，应先安装其中一个服务，并保证它可以自动启动，默认使用 ntpd。

      如果你使用的系统配置是 chronyd，请直接执行步骤 3。

  2. 执行 ntpstat 命令检测是否与 NTP 服务器同步：

    ntpstat

    • 如果输出 synchronised to NTP server，表示正在与 NTP 服务器正常同步：

      synchronised to NTP server (85.199.214.101) at stratum 2
time correct to within 91 ms
polling server every 1024 s

    • 以下情况表示 NTP 服务未正常同步：

      unsynchronised

    • 以下情况表示 NTP 服务未正常运行：

      Unable to talk to NTP daemon. Is it running?

  3. 执行 chronyc tracking 命令查看 Chrony 服务是否与 NTP 服务器同步。

    chronyc tracking

    • 如果该命令返回结果为 Leap status : Normal，则代表同步过程正常。

      Reference ID    : 5EC69F0A (ntp1.time.nl)
Stratum         : 2
Ref time (UTC)  : Thu May 20 15:19:08 2021
System time     : 0.000022151 seconds slow of NTP time
Last offset     : -0.000041040 seconds
RMS offset      : 0.000053422 seconds
Frequency       : 2.286 ppm slow
Residual freq   : -0.000 ppm
Skew            : 0.012 ppm
Root delay      : 0.012706812 seconds
Root dispersion : 0.000430042 seconds
Update interval : 1029.8 seconds
Leap status     : Normal

    • 如果该命令返回结果如下，则表示同步过程出错：

      Leap status    : Not synchronised

    • 如果该命令返回结果如下，则表示 Chrony 服务未正常运行：

      506 Cannot talk to daemon

如果要使 NTP 服务尽快开始同步，执行以下命令。可以将 pool.ntp.org 替换为你的 NTP 服务器：

sudo systemctl stop ntpd.service && \
sudo ntpdate pool.ntp.org && \
sudo systemctl start ntpd.service

如果要在 CentOS 7 系统上手动安装 NTP 服务，可执行以下命令：

sudo yum install ntp ntpdate && \
sudo systemctl start ntpd.service && \
sudo systemctl enable ntpd.service

检查和配置操作系统优化参数

在生产系统的 TiDB 中，建议对操作系统进行如下的配置优化：

  1. 关闭透明大页（即 Transparent Huge Pages，缩写为 THP）。数据库的内存访问模式往往是稀疏的而非连续的。当高阶内存碎片化比较严重时，分配 THP 页面会出现较高的延迟。
  2. 将存储介质的 I/O 调度器设置为 noop。对于高速 SSD 存储介质，内核的 I/O 调度操作会导致性能损失。将调度器设置为 noop 后，内核不做任何操作，直接将 I/O 请求下发给硬件，以获取更好的性能。同时，noop 调度器也有较好的普适性。
  3. 为调整 CPU 频率的 cpufreq 模块选用 performance 模式。将 CPU 频率固定在其支持的最高运行频率上，不进行动态调节，可获取最佳的性能。

采用如下步骤检查操作系统的当前配置，并配置系统优化参数：

  1. 执行以下命令查看透明大页的开启状态。

    cat /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled

    [always] madvise never

  2. 执行以下命令查看数据目录所在磁盘的 I/O 调度器。假设在 sdb、sdc 两个磁盘上创建了数据目录。

    cat /sys/block/sd[bc]/queue/scheduler

    noop [deadline] cfq
noop [deadline] cfq

  3. 执行以下命令查看磁盘的唯一标识 ID_SERIAL。

    udevadm info --name=/dev/sdb | grep ID_SERIAL

    E: ID_SERIAL=36d0946606d79f90025f3e09a0c1f9e81
E: ID_SERIAL_SHORT=6d0946606d79f90025f3e09a0c1f9e81

  4. 执行以下命令查看 cpufreq 模块选用的节能策略。

    cpupower frequency-info --policy

    analyzing CPU 0:
current policy: frequency should be within 1.20 GHz and 3.10 GHz.
              The governor "powersave" may decide which speed to use within this range.

  5. 配置系统优化参数

    • 方法一：使用 tuned（推荐）

      1. 执行 tuned-adm list 命令查看当前操作系统的 tuned 策略。

        tuned-adm list

        Available profiles:
- balanced                    - General non-specialized tuned profile
- desktop                     - Optimize for the desktop use-case
- hpc-compute                 - Optimize for HPC compute workloads
- latency-performance         - Optimize for deterministic performance at the cost of increased power consumption
- network-latency             - Optimize for deterministic performance at the cost of increased power consumption, focused on low latency network performance
- network-throughput          - Optimize for streaming network throughput, generally only necessary on older CPUs or 40G+ networks
- powersave                   - Optimize for low power consumption
- throughput-performance      - Broadly applicable tuning that provides excellent performance across a variety of common server workloads
- virtual-guest               - Optimize for running inside a virtual guest
- virtual-host                - Optimize for running KVM guests
Current active profile: balanced

        Current active profile: balanced 表示当前操作系统的 tuned 策略使用 balanced，建议在当前策略的基础上添加操作系统优化配置。

      2. 创建新的 tuned 策略。

        mkdir /etc/tuned/balanced-tidb-optimal/
vi /etc/tuned/balanced-tidb-optimal/tuned.conf

        [main]
include=balanced

[cpu]
governor=performance

[vm]
transparent_hugepages=never

[disk]
devices_udev_regex=(ID_SERIAL=36d0946606d79f90025f3e09a0c1fc035)|(ID_SERIAL=36d0946606d79f90025f3e09a0c1f9e81)
elevator=noop

        include=balanced 表示在现有的 balanced 策略基础上添加操作系统优化配置。

      3. 应用新的 tuned 策略。

        tuned-adm profile balanced-tidb-optimal

    • 方法二：使用脚本方式。如果已经使用 tuned 方法，请跳过本方法。

      1. 执行 grubby 命令查看默认内核版本。

        grubby --default-kernel

        /boot/vmlinuz-3.10.0-957.el7.x86_64

      2. 执行 grubby --update-kernel 命令修改内核配置。

        grubby --args="transparent_hugepage=never" --update-kernel /boot/vmlinuz-3.10.0-957.el7.x86_64

      3. 执行 grubby --info 命令查看修改后的默认内核配置。

        grubby --info /boot/vmlinuz-3.10.0-957.el7.x86_64

        index=0
kernel=/boot/vmlinuz-3.10.0-957.el7.x86_64
args="ro crashkernel=auto rd.lvm.lv=centos/root rd.lvm.lv=centos/swap rhgb quiet LANG=en_US.UTF-8 transparent_hugepage=never"
root=/dev/mapper/centos-root
initrd=/boot/initramfs-3.10.0-957.el7.x86_64.img
title=CentOS Linux (3.10.0-957.el7.x86_64) 7 (Core)

      4. 修改当前的内核配置立即关闭透明大页。

        echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled
echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defrag

      5. 配置 udev 脚本应用 IO 调度器策略。

        vi /etc/udev/rules.d/60-tidb-schedulers.rules

        ACTION=="add|change", SUBSYSTEM=="block", ENV{ID_SERIAL}=="36d0946606d79f90025f3e09a0c1fc035", ATTR{queue/scheduler}="noop"
ACTION=="add|change", SUBSYSTEM=="block", ENV{ID_SERIAL}=="36d0946606d79f90025f3e09a0c1f9e81", ATTR{queue/scheduler}="noop"

      6. 应用 udev 脚本。

        udevadm control --reload-rules
udevadm trigger --type=devices --action=change

      7. 创建 CPU 节能策略配置服务。

        cat  >> /etc/systemd/system/cpupower.service << EOF
[Unit]
Description=CPU performance
[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/usr/bin/cpupower frequency-set --governor performance
[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

      8. 应用 CPU 节能策略配置服务。

        systemctl daemon-reload
systemctl enable cpupower.service
systemctl start cpupower.service

  6. 执行以下命令验证透明大页的状态。

    cat /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled

    always madvise [never]

  7. 执行以下命令验证数据目录所在磁盘的 I/O 调度器。

    cat /sys/block/sd[bc]/queue/scheduler

    [noop] deadline cfq
[noop] deadline cfq

  8. 执行以下命令查看 cpufreq 模块选用的节能策略。

    cpupower frequency-info --policy

    analyzing CPU 0:
current policy: frequency should be within 1.20 GHz and 3.10 GHz.
              The governor "performance" may decide which speed to use within this range.

  9. 执行以下命令修改 sysctl 参数。

    echo "fs.file-max = 1000000">> /etc/sysctl.conf
echo "net.core.somaxconn = 32768">> /etc/sysctl.conf
echo "net.ipv4.tcp_tw_recycle = 0">> /etc/sysctl.conf
echo "net.ipv4.tcp_syncookies = 0">> /etc/sysctl.conf
echo "vm.overcommit_memory = 1">> /etc/sysctl.conf
sysctl -p

  10. 执行以下命令配置用户的 limits.conf 文件。

    cat << EOF >>/etc/security/limits.conf
tidb           soft    nofile          1000000
tidb           hard    nofile          1000000
tidb           soft    stack          32768
tidb           hard    stack          32768
EOF

手动配置 SSH 互信及 sudo 免密码

对于有需求，通过手动配置中控机至目标节点互信的场景，可参考本段。通常推荐使用 TiUP 部署工具会自动配置 SSH 互信及免密登录，可忽略本段内容。

  1. 以 root 用户依次登录到部署目标机器创建 tidb 用户并设置登录密码。

    useradd tidb && \
passwd tidb

  2. 执行以下命令，将 tidb ALL=(ALL) NOPASSWD: ALL 添加到文件末尾，即配置好 sudo 免密码。

    visudo

    tidb ALL=(ALL) NOPASSWD: ALL

  3. 以 tidb 用户登录到中控机，执行以下命令。将 10.0.1.1 替换成你的部署目标机器 IP，按提示输入部署目标机器 tidb 用户密码，执行成功后即创建好 SSH 互信，其他机器同理。新建的 tidb 用户下没有 .ssh 目录，需要执行生成 rsa 密钥的命令来生成 .ssh 目录。如果要在中控机上部署 TiDB 组件，需要为中控机和中控机自身配置互信。

    ssh-keygen -t rsa
ssh-copy-id -i ~/.ssh/id_rsa.pub 10.0.1.1

  4. 以 tidb 用户登录中控机，通过 ssh 的方式登录目标机器 IP。如果不需要输入密码并登录成功，即表示 SSH 互信配置成功。

    ssh 10.0.1.1

    [tidb@10.0.1.1 ~]$

  5. 以 tidb 用户登录到部署目标机器后，执行以下命令，不需要输入密码并切换到 root 用户，表示 tidb 用户 sudo 免密码配置成功。

    sudo -su root

    [root@10.0.1.1 tidb]#

安装 numactl 工具

本段主要介绍如何安装 NUMA 工具。在生产环境中，因为硬件机器配置往往高于需求，为了更合理规划资源，会考虑单机多实例部署 TiDB 或者 TiKV。NUMA 绑核工具的使用，主要为了防止 CPU 资源的争抢，引发性能衰退。

安装 NUMA 工具有两种方法：

方法 1：登录到目标节点进行安装（以 CentOS Linux release 7.7.1908 (Core) 为例）。

sudo yum -y install numactl

方法 2：通过 tiup cluster exec 在集群上批量安装 NUMA。

  1. 使用 TiUP 安装 TiDB 集群，参考使用 TiUP 部署 TiDB 集群完成 tidb-test 集群的部署。如果本地已有集群，可跳过这一步。

    tiup cluster deploy tidb-test v6.1.0 ./topology.yaml --user root [-p] [-i /home/root/.ssh/gcp_rsa]

  2. 执行 tiup cluster exec 命令，以 sudo 权限在 tidb-test 集群所有目标主机上安装 NUMA。

    tiup cluster exec tidb-test --sudo --command "yum -y install numactl"

    你可以执行 tiup cluster exec --help 查看的 tiup cluster exec 命令的说明信息。

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