IoT日志利器：嵌入式日志采集客户端（C Producer）发布

2017年12月19日至20日，2017云栖大会·北京峰会在国家会议中心召开，飞天智能是贯穿云栖大会不变的主题，云计算、大数据、人工智能、物联网等热门话题备受各方关注。其中阿里云日志服务发布的嵌入式日志采集客户端（C Producer Library) 就是其中解决物联网日志采集、分析难的利器。

背景

IoT（Internet of Things）正在高速增加，愈来愈多设备开始逐步走进平常生活（例如智能路由器、各类电视棒、天猫精灵、扫地机器人），让咱们体验到智能领域的便利。距Gartner预测，到2020年底预计会有200亿智能设备，可见该领域的巨大市场。

做为IoT/嵌入式工程师，除了须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”设备相当重要。咱们总结了嵌入式开发需求，主要有如下几点：

• 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知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，查看引发该设备出错的上下文是什么？
• 监控：当前有多少个设备在线？工做状态分布如何？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？

思考以上问题的解决方案，咱们发如今传统软件领域那一套手段面临IoT领域基本所有失效，主要挑战来自于IoT设备这些特色：

• 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，每每会部署在全国、甚至全球各地
• 黑盒：难以登录并调试，大部分状况属于不可知状态
• 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领域手段每每失效

针对不一样端的数据采集

日志服务(原SLS) 客户端Logtail在X86服务器上有百万级部署，能够参见文章：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。除此以外咱们还有如下几种方式：

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

在IoT领域，咱们从多年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、应用方式等特色，开发出一套专为IoT定制的日志数据采集方案：C Producer

C Producer特色

C Producer Library 继承Logtail稳定、边界特色，能够定位是一个“轻量级Logtail”，虽没有Logtail实时配置管理机制，但具有除此以外70%功能，包括：

• 提供多租户概念：能够对多种日志（例如Metric，DebugLog，ErrorLog）进行优先级分级处理，同时配置多个客户端，每一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，支持查看某条日志先后相关日志
• 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

还有一些专门为IoT准备功能，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：支持针对不一样类型数据/日志设置不一样的缓存上线、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，减小设备内存占用

功能优点

C-Producer是量身为IoT定制的方案，所以会有一些特定考虑：

• 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：既数据产生后直接经过网络发往服务端
• 客户端计算与 I/O 逻辑分离：日志异步输出，不阻塞工做线程
• 支持多优先级：不通客户端可配置不一样的优先级，保证高优先级日志最早发送。
• 本地调试：支持设置本地调试，便于您在网络不通的状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、也不用担忧日志采集会影响您的业务正常运行，大大下降数据采集门槛。

为了有一个感性认识，咱们对C-Producer 方案与其余嵌入式采集方案作了一个对比，以下：

总体解决方案

C-Producer + 日志服务能够给IoT带来什么？答案是：IoT日志解决方案：

• 规模大

  • 支持亿级别客户端实时写入
  • 支持 PB/Day 数据量

• 速度快

  • 采集快：0延迟：写入0延迟，写入便可消费

    • 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

  • 与阿里云各种产品无缝打通
  • 各类开源格式存储、计算、可视化系统完美兼容

如何使用

一个应用可建立多个producer，每一个producer可包含多个client，每一个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。

• 参见github地址

性能测试

环境配置：传统X86服务器，树莓派（低功耗环境），配置分别以下：

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、聚合日志数任一知足即打包发送）
  • 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、聚合日志数任一知足即打包发送）
  • 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

测试结果

X86平台结果

• C Producer能够轻松到达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（下降到0.01%之内）
• 客户线程发送一条数据（输出一条log）的平均耗时为：1.2us

树莓派平台结果

• 在树莓派的测试中，因为CPU的频率只有600MHz，性能差很少是服务器的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（下降到0.01%之内）
• 客户线程发送一条数据（输出一条log）的平均耗时为：12us左右（树莓派经过USB链接到PC共享网络）

一些典型场景能够参见云栖论坛 和最佳实践。