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Apache Pulsar 之企業級特性-多租戶介紹

Apache Pulsar 最初誕生於雅虎,當時就是為了解決雅虎內部各個部門之間數據的協調,所以多租戶特性顯得至關重用,Pulsar 從誕生之日起就考慮到多租戶這壹特性,並在後續的實現過程中,將其不斷的完善。 多租戶這壹特性,使得各個部門之間可以***享同壹份數據,不用單獨部署獨立的系統來操作數據,很好的保證了各部門間數據壹致性的問題,同時簡化維護成本。

在介紹 Pulsar 多租戶之前,先來看壹下,正常壹個系統要實現壹個多租戶需要做哪些事情:

Pulsar 的多租戶設計符合上述要求:

如下圖所示:在壹個 Pulsar 集群中,有三個概念:tenant(圖中的 property 是之前的壹種叫法,現在更習慣將其稱為:tenant)、namespace、topic。這壹點從 pulsar 中 topic 的命名組成也可以反應出來,例如: persistent://tenant/namespace/topic ,在 Pulsar 中,使用 tenant , namespace , topic-name 來唯壹標識壹個 topic。

tenant 代表的是租戶名,它是壹個資源的隔離單位,壹個 tenant 下可以有多個 namespace。namespace 用來管理其下面所屬的 topics,可以在 namespace 級別給 topic 設置相應的策略,比如 retention,backlog,ratelimit。壹個 namespace 下又可以有多個 topic,他們的權限大小也是由上到下。Pulsar 的多租戶通過 tenant、namespace、topic 形成多級管理系統。

開篇中提到,壹個多租戶系統需要在租戶內提供系統級別的安全性,細分來講,主要可以歸類為壹下兩點:

在 Pulsar 中,多租戶的安全性是通過身份驗證和授權機制實現的。當 client 連接到 pulsar broker 時,broker 會使用身份驗證插件來驗證此客戶端的身份,然後為其分配壹個 string 類型的 role token 。role token 主要有如下作用:

Pulsar 目前支持兩種身份認證:

當然,用戶也可以使用自己實現的身份認證程序。

當身份認證系統識別出客戶端的 role token 之後,Pulsar broker 會使用授權系統來告訴客戶端當前妳可以執行哪些操作。 授權操作是在 tenant 級別進行配置的 ,這意味著在 Pulsar 集群中,允許用戶根據不同的角色設定多個授權方案。 具體的權限操作是在 namespace 級別進行設置和管理的 ,例如:針對某壹個 topic 是否具有 produce 或 consume 的權限歸屬於 namespace 這個級別來控制。換句話來說:在 tenant 級別 用戶可以配置,什麽樣的 role 擁有對哪些 tenant 操作的權限,在 namespace 級別用戶可以配置,針對某壹 topic 當前 role 擁有什麽樣的權限,又回到了開頭所介紹的,namespace 主要用來管理它所包含的 topics 的屬性。

通過認證和授權系統巧妙的將租戶與 topics 之間的執行權限等問題剝離開來,從而實現在租戶內滿足系統級別安全性的目的。

隔離性主要分為如下兩種:

在 Pulsar 中,為了保證良好的擴展性,采用了存儲和計算分離的架構設計,而存儲(bookie)和計算 (broker)又是 produce 和 consume 所***享的資源,為了更好的實現隔離性,Pulsar 分別在存儲和計算層做了不同的處理。

在存儲方面,Apache Pulsar 使用了另外壹個 Apache 的頂級項目 Bookkeeper 來作為其存儲層。bookie 是 Bookkeeper 中的壹個實例,壹個 bookie 擁有多個 ledgers,每個 ledger 對應 Pulsar 中的壹個 topic。Bookkeeper 本身的 I/O 分離 能夠很好的為此做支撐。在單個 bookie 中,有壹個 journal 日誌文件(壹般有壹塊專有的 journal 盤用於 journal 文件的寫入)(類似於 LSMTree 中的 WAL 文件)會以 append 的形式將所有的寫操作追加寫入其內部。當寫入完成之後,後臺會有壹個單獨的線程來定期將 journal 文件的數據 flush 到磁盤中。這種 I/O 架構的設計實現了寫入和讀取操作之間的隔離,這樣租戶可以盡可能快的讀取數據,同時寫的吞吐量和延遲不會受到讀取操作的影響。

除了 I/O 隔離外,不同的租戶可以為不同的 namespace 配置不同的存儲配額。如果租戶內消息的大小達到了存儲配額的限制,Pulsar 會采取相應的措施,例如:阻止消息生成,拋出異常或丟棄消息等。

為了滿足 SLAs, Pulsar 在 Broker 層面也提供了多種機制。首先,在 Pulsar broker 中的壹切操作都是異步進行的。每個 Broker 使用的內存資源是有上限的,當 Broker 達到配置的 CPU 或內存使用的閾值,Pulsar 會迅速的將流量轉移到負載較小的 Broker 上來處理。在 Pulsar 中,有壹個組件 load manager component 專門用來處理這種情況,這受益於 Pulsar 優秀的架構設計:計算與存儲分離。這使得 Broker 近乎是無狀態的,Broker 本身不存儲任何數據,所以這種流量負載的轉移成本很小而且速度很快,所以在這裏並不需要擔心流量負載時租戶的特性是否會打折扣。

其次,在消息的生產和消費方面,Pulsar 都做了流量控制。在生產者方面 ,租戶可以配置當前消息發送到 broker 和 bookies 的速度,避免當前用戶發送消息的速度大於系統本身處理消息的能力。在消費者方面,租戶可以配置當前 broker 可以給 consumer 發送多少未完成的消息。除此之外,Pulsar 還可以限制 Broker 以指定的速率向消費者投遞消息,避免消費者的消費能力大於當前 Broker 的處理能力。

軟隔離中提到的機制可以確保 Pulsar 在***享 Broker 和 Bookies 資源時能很好的保證隔離性。但是,在某些情況下,應用程序也需要物理資源隔離。Pulsar 允許將某些租戶或名稱空間與特定 Broker 進行隔離。這可確保這些租戶或命名空間可以充分利用該特定 Broker 上的資源。

此選項還可用於測試不同的配置,調試並快速響應生產中發生的任何意外情況。例如,當前有壹個用戶可能在 Broker 觸發可能影響其他租戶性能的不良行為。在這種情況下,可以將該特定租戶物理隔離出來,然後進行確認或者修復。

除了物理隔離 Broker 上的流量之外,妳還可以隔離存儲相關的業務。可以在 namespace 級別來配置相關的 placement policy 來達到目的。