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日志服务

采集-嵌入式IoT

更新时间:2017-12-28 17:25:40

IoT(Internet of Things)正在高速增长,越来越多设备开始逐步走进日常生活,例如智能路由器、各种电视棒、天猫精灵、扫地机器人等,让我们体验到智能领域的便利。距Gartner预测,到2020年末预计会有200亿智能设备,可见该领域的巨大市场。传统软件领域的嵌入式开发模式在IoT设备领域的应用遇到了很多挑战,IoT设备数目多、分布广,难以调试且硬件受限,传统的设备日志解决方案无法完美满足需求。

日志服务团队根据多年Logtail的开发经验,结合IoT设备的特点,为IoT设备量身定制一套日志数据采集方案:C Producer。

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嵌入式开发需求

作为IoT/嵌入式工程师,除了需要深厚的开发功底外,面对海量的设备,如何有能力管理、监控、诊断这些“黑盒”设备至关重要。嵌入式开发需求主要有以下几点:

  • 数据采集:如何实时采集分散在全球各地的百万/千万级设备上的数据?
  • 调试:如何使用一套方案既满足线上数据采集以及开发时的实时调试?
  • 线上诊断:某个线上设备出现错误,如何快速定位设备,查看引起该设备出错的上下文是什么?
  • 监控:当前有多少个设备在线?工作状态分布如何?地理位置分布如何?出错设备如何实时告警?
  • 数据实时分析:设备产生数据如何与实时计算、大数据仓库对接,构建用户画像?
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IoT领域面临的主要挑战

思考以上问题的解决方案,我们发现在传统软件领域那一套手段面临IoT领域基本全部失效,主要挑战来自于IoT设备这些特点:

  • 设备数目多:在传统运维领域管理1W台服务器属于一家大公司了,但10W在线对于IoT设备而言只是一个小门槛。
  • 分布广:硬件一旦部署后,往往会部署在全国、甚至全球各地。
  • 黑盒:难以登陆并调试,大部分情况属于不可知状态。
  • 资源受限:出于成本考虑,IoT设备硬件较为受限(例如总共只有32MB内存),传统PC领域手段往往失效。

C Producer:日志服务量身定制的日志数据采集解决方案

日志服务(原SLS) 客户端Logtail在X86服务器上有百万级部署,可以参见文章:Logtail技术分享 : 多租户隔离技术+双十一实战效果Polling + Inotify 组合下的日志保序采集方案。除此之外,日志服务提供多样化的采集方案:

  • 移动端SDK:Android/IOS平台数据采集,一天已有千万级DAU。
  • Web Tracking(JS):类似百度统计,Google Analytics 轻量级采集方式,无需签名。

在IoT领域,我们从多年Logtail的开发经验中,汲取其中精华的部分,并结合IoT设备针对CPU、内存、磁盘、网络、应用方式等特点,开发出一套专为IoT定制的日志数据采集方案:C Producer。

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C Producer特点

C Producer Library 继承Logtail稳定、边界特点,可以定位是一个“轻量级Logtail”,虽没有Logtail实时配置管理机制,但具备除此之外70%功能,包括:

  • 提供多租户概念:可以对多种日志(例如Metric,DebugLog,ErrorLog)进行优先级分级处理,同时配置多个客户端,每个客户端可独立配置采集优先级、目的project/logstore等。
  • 支持上下文查询:同一个客户端产生的日志在同一上下文中,支持查看某条日志前后相关日志。
  • 并发发送,断点续传:支持缓存上线可设置,超过上限后日志写入失败。

此外,C Producer还具备以下IoT设备专享功能,例如:

  • 本地调试:支持将日志内容输出到本地,并支持轮转、日志数、轮转大小设置。
  • 细粒度资源控制:支持针对不同类型数据/日志设置不同的缓存上线、聚合方式。
  • 日志压缩缓存:支持将未发送成功的数据压缩缓存,减少设备内存占用。

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功能优势

C-Producer作为IoT设备的量身定制方案,在以下方面具备明显优势:

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  • 客户端高并发写入:可配置的发送线程池,支持每秒数十万条日志写入,详情参见性能测试。
  • 低资源消耗:每秒20W日志写入只消耗70% CPU;同时在低性能硬件(例如树莓派)上,每秒产生100条日志对资源基本无影响。
  • 客户端日志不落盘:既数据产生后直接通过网络发往服务端。
  • 客户端计算与 I/O 逻辑分离:日志异步输出,不阻塞工作线程。
  • 支持多优先级:不通客户端可配置不同的优先级,保证高优先级日志最先发送。
  • 本地调试:支持设置本地调试,便于您在网络不通的情况下本地测试应用程序。

在以上场景中,C Producer Library 会简化您程序开发的步骤,您无需关心日志采集细节实现、也不用担心日志采集会影响您的业务正常运行,大大降低数据采集门槛。

为了有一个感性认识,我们对C-Producer 方案与其他嵌入式采集方案做了一个对比,如下:

类别 C Producer 其他方案
编程 平台 移动端+嵌入式 移动端为主
上下文 支持 不支持
多日志 支持 不支持(一种日志)
自定义格式 支持 不支持(提供若干个有限字段)
优先级 支持 不支持
环境参数 可配置 可配置
稳定性 并发度 一般
压缩算法 LZ4(效率与性能平衡)+GZIP 优化
低资源消耗 优化 一般
传输 断电续传 支持 默认不支持,需要二次开发
接入点 8(国内)+8(全球) 杭州
调试 本地日志 支持 手动支持
参数配置 支持 不支持
实时性 服务端可见 1秒(99.9%),3秒(Max) 1-2小时
自定义处理 15+对接方式 定制化实时+离线方案

C-Producer+日志服务解决方案

C-Producer结合阿里云日志服务产品配合使用,即可完成IoT设备日志全套解决方案。

*规模大

  1. * 支持亿级别客户端实时写入。
  2. * 支持 PB/Day 数据量。
  • 速度快
    • 采集快:0延迟:写入0延迟,写入即可消费。
      • 查询快:一秒内,复杂查询(5个条件)可处理10亿级数据。
      • 分析快:一秒内,复杂分析(5个维度聚合+GroupBy)可聚合亿级别数据。
  • 对接广
    • 与阿里云各类产品无缝打通。
    • 各种开源格式存储、计算、可视化系统完美兼容。

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下载与使用

下载地址Github

一个应用可创建多个producer,每个producer可包含多个client,每个client可单独配置目的地址、日志level、是否本地调试、缓存大小、自定义标识、topic等信息。

详细安装方式及操作步骤,请参考Github页面的README

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性能测试

环境配置

  • 高性能场景:传统X86服务器。
  • 低性能场景:树莓派(低功耗环境)。

配置分别如下:

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C-Producer配置

  • ARM(树莓派)

    • 缓存:10MB
    • 聚合时间:3秒 (聚合时间、聚合数据包大小、聚合日志数任一满足即打包发送)
    • 聚合数据包大小:1MB
    • 聚合日志数:1000
    • 发送线程:1
    • 自定义tag : 5
  • X86

    • 缓存:10MB
    • 聚合时间:3秒 (聚合时间、聚合数据包大小、聚合日志数任一满足即打包发送)
    • 聚合数据包大小:3MB
    • 聚合日志数:4096
    • 发送线程:4
    • 自定义tag:5

日志样例

  1. 10个键值对,总数据量约为600字节
  2. 9个键值对,数据量约为350字节
  1. __source__: 11.164.233.187
  2. __tag__:1: 2
  3. __tag__:5: 6
  4. __tag__:a: b
  5. __tag__:c: d
  6. __tag__:tag_key: tag_value
  7. __topic__: topic_test
  8. _file_: /disk1/workspace/tools/aliyun-log-c-sdk/sample/log_producer_sample.c
  9. _function_: log_producer_post_logs
  10. _level_: LOG_PRODUCER_LEVEL_WARN
  11. _line_: 248
  12. _thread_: 40978304
  13. LogHub: Real-time log collection and consumption
  14. Search/Analytics: Query and real-time analysis
  15. Interconnection: Grafana and JDBC/SQL92
  16. Visualized: dashboard and report functions

测试结果

X86平台结果

  • C Producer可以轻松到达90M/s的发送速度,每秒上传日志20W,占用CPU只有70%,内存140M。
  • 服务器在200条/s,发送数据对于cpu基本无影响(降低到0.01%以内)。
  • 客户线程发送一条数据(输出一条log)的平均耗时为:1.2us。

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树莓派平台结果

  • 在树莓派的测试中,由于CPU的频率只有600MHz,性能差不多是服务器的1/10左右,最高每秒可发送2W条日志。
  • 树莓派在20条/s的时候,发送数据对于cpu基本无影响(降低到0.01%以内)。
  • 客户线程发送一条数据(输出一条log)的平均耗时为:12us左右(树莓派通过USB连接到PC共享网络)。

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更多日志服务典型场景可以参见云栖论坛最佳实践

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