kafka数据迁移实践
1.1 背景介绍
最近，腾讯云的一个重要客户发现kafka broker内部的topic分区数据存储分布不均匀，导致部分磁盘100%耗尽，而部分磁盘只有40%的消耗量。
分析原因，发现存在部分topic的分区数据过于集中在某些磁盘导致，比如，以下截图显示的/data5 数据盘。
根据分布式系统的特点，很容易想到采取数据迁移的办法，对broker内部不同数据盘的分区数据进行迁移。在进行线上集群数据迁移之前，为了保证生产集群的数据完整和安全，必须先在测试集群进行测试。
1.2 测试broker内部不同数据盘进行分区数据迁移
1.2.1 建立测试topic并验证生产和消费正常
我们搭建的测试集群，Kafka 有三个broker，hostname分别为：tbds-172-16-16-11，tbds-172-16-16-12，tbds-172-16-16-16。每个broker配置了两块数据盘，缓存数据分别存储在 /data/kafka-logs/ 和 /data1/kafka-logs/。
首先建立测试topic：
./kafka-topics.sh --create --zookeeper tbds-172-16-16-11:2181 --replication-factor 2 --partitions 3 --topic test_topic
然后向topic生产发送500条数据，发送的时候也同时消费数据。然后查看topic的分区数据情况：
GROUP TOPIC PARTITION CURRENT-OFFSET LOG-END-OFFSET LAG OWNER
groupid1 test_topic 0 172 172 0 kafka-python-1.3.1_tbds-172-16-16-3/172.16.16.3
groupid1 test_topic 1 156 156 0 kafka-python-1.3.1_tbds-172-16-16-3/172.16.16.3
groupid1 test_topic 2 172 172 0 kafka-python-1.3.1_tbds-172-16-16-3/172.16.16.3
发现test_topic生产和消费数据都正常。
1.2.2 将分区数据在磁盘间进行迁移
现在登录tbds-172-16-16-12这台broker节点，将test_topic的分区数据目录 /data1/kafka-logs/test_topic-0/ 移动到 /data/kafka-logs/ ：
mv /data1/kafka-logs/test_topic-0/ /data/kafka-logs/
查看 /data/kafka-logs/ 目录下，分区test_topic-0 的数据：
1.2.3 再次对测试topic生产和消费数据
再次发送500条数据，同时消费数据。然后查看数据情况：
GROUP TOPIC PARTITION CURRENT-OFFSET LOG-END-OFFSET LAG OWNER
groupid1 test_topic 0 337 337 0 kafka-python-1.3.1_tbds-172-16-16-3/172.16.16.3
groupid1 test_topic 1 304 304 0 kafka-python-1.3.1_tbds-172-16-16-3/172.16.16.3
groupid1 test_topic 2 359 359 0 kafka-python-1.3.1_tbds-172-16-16-3/172.16.16.3
再次查看tbds-172-16-16-12 这个broker节点的/data/kafka-logs/test_topic-0/ 分区目录下的数据：
发现，从 /data1/kafka-logs/ 移动到 /data/kafka-logs/ 目录下的分区数据目录test_topic-0/（也就是编号为0的分区）缓存数据并没有增加。
因为test_topic每个分区有2个replicas，因此，我找到编号为0的另外一个分区replica数据存储在tbds-172-16-16-16这台broker节点。登录tbds-172-16-16-16这个broker节点，打开编号为0的分区缓存数据目录，得到如下信息：
发现，tbds-172-16-16-16这台broker节点的分区数据目录test_topic-0/内缓存数据量是增加的，也就是缓存有再次生产发送的message数据。
由此可见，经过移动之后的tbds-172-16-16-12这台broker节点的编号为0的分区数据缓存目录内，并没有新增缓存数据。与之对应的，没有做分区数据移动操作的 tbds-172-16-16-16这台broker 节点的编号为0的分区缓存数据目录内新增再次发送的数据。
是不是意味着不能在broker的磁盘间移动分区数据呢？
1.2.4 调用重启大法：重启kafka
重启kafka集群，重启完成后，发现tbds-172-16-16-12这台broker节点的编号为0的分区缓存数据目录内的数据也增加到正常水平。
表明重启之后，broker的不同磁盘间迁移数据已经生效。
1.2.5 验证磁盘间迁移分区数据生效
再次向test_topic发送500条数据，同时消费数据，然后查看数据情况：
GROUP TOPIC PARTITION CURRENT-OFFSET LOG-END-OFFSET LAG OWNER
groupid1 test_topic 0 521 521 0 kafka-python-1.3.1_tbds-172-16-16-3/172.16.16.3
groupid1 test_topic 1 468 468 0 kafka-python-1.3.1_tbds-172-16-16-3/172.16.16.3
groupid1 test_topic 2 511 511 0 kafka-python-1.3.1_tbds-172-16-16-3/172.16.16.3
查看tbds-172-16-16-12 和 tbds-172-16-16-16 两个broker节点的test_topic-0分区数据的缓存目录：
发现两个replicas完全一样。
1.3 结论
Kafka broker 内部不同数据盘之间可以自由迁移分区数据目录。迁移完成后，重启kafka即可生效。
二、不同broker之间传输分区数据
当对kafka集群进行扩容之后，由于新扩容的broker没有缓存数据，容易造成系统的数据分布不均匀。因此，需要将原来集群broker的分区数据迁移到新扩容的broker节点。
不同broker之间传输分区数据，可以使用kafka自带的kafka-reassign-partitions.sh脚本工具实现。
我们在kafka测试集群原有的3台broker基础上，扩容1台broker。
2.1 获取test_topic的分区分布情况
执行命令：
./kafka-topics.sh --zookeeper 172.16.16.11:2181 --topic test_topic --describe
可以得到test_topic的3个分区（每个分区有2份replicas）在三个broker节点的分布情况：
Topic:test_topic PartitionCount:3 ReplicationFactor:2 Configs:
Topic: test_topic Partition: 0 Leader: 1002 Replicas: 1002,1001 Isr: 1002,1001
Topic: test_topic Partition: 1 Leader: 1003 Replicas: 1003,1002 Isr: 1003,1002
Topic: test_topic Partition: 2 Leader: 1001 Replicas: 1001,1003 Isr: 1001,1003
2.2 获取topic重新分区的配额文件
编写分配脚本：move_kafka_topic.json内容如下：
{"topics": [{"topic":"test_topic"}], "version": 1}
执行分配计划生成脚本：
./kafka-reassign-partitions.sh --zookeeper tbds-172-16-16-11:2181 --topics-to-move-json-file /tmp/move_kafka_topic.json --broker-list "1001,1002,1003,1004" --generate
命令里面的broker-list填写kafka集群4个broker的id。不同kafka集群，因为部署方式不一样，选择的broker id也不一样。我们的测试集群broker id是1001,1002,1003,1004。读者需要根据自己的kafka集群设置的broker id填写。
执行命令之后，得到以下结果：
Current partition replica assignment #当前分区的副本分配
{"version":1,"partitions":[{"topic":"test_topic","partition":0,"replicas":[1002,1001]},{"topic":"test_topic","partition":2,"replicas":[1001,1003]},{"topic":"test_topic","partition":1,"replicas":[1003,1002]}]}
Proposed partition reassignment configuration #建议的分区配置
{"version":1,"partitions":[{"topic":"test_topic","partition":0,"replicas":[1001,1002]},{"topic":"test_topic","partition":2,"replicas":[1003,1004]},{"topic":"test_topic","partition":1,"replicas":[1002,1003]}]}
Proposed partition reassignment configuration 后是根据命令行的指定的broker list生成的分区分配计划json格式。将 Proposed partition reassignment configuration的配置复制保存到一个文件中 move_kafka_topic_result.json：
{"version":1,"partitions":[{"topic":"test_topic","partition":0,"replicas":[1001,1002]},{"topic":"test_topic","partition":2,"replicas":[1003,1004]},{"topic":"test_topic","partition":1,"replicas":[1002,1003]}]}
2.3 对topic分区数据进行重新分布
执行重新分配命令：
./kafka-reassign-partitions.sh --zookeeper tbds-172-16-16-11:2181 --reassignment-json-file /tmp/move_kafka_topic_result.json --execute
得到如下结果：
Current partition replica assignment
{"version":1,"partitions":[{"topic":"test_topic","partition":0,"replicas":[1002,1001]},{"topic":"test_topic","partition":2,"replicas":[1001,1003]},{"topic":"test_topic","partition":1,"replicas":[1003,1002]}]}
Save this to use as the --reassignment-json-file option during rollback
Successfully started reassignment of partitions {"version":1,"partitions":[{"topic":"test_topic","partition":0,"replicas":[1001,1002]},{"topic":"test_topic","partition":2,"replicas":[1003,1004]},{"topic":"test_topic","partition":1,"replicas":[1002,1003]}]}
从返回结果来看，分区数据重新分布任务已经启动成功。
2.4 查看分区数据重新分布进度
检查分配的状态，执行命令：
./kafka-reassign-partitions.sh --zookeeper tbds-172-16-16-11:2181 --reassignment-json-file /tmp/move_kafka_topic_result.json --verify
得到结果：
Status of partition reassignment:
Reassignment of partition [test_topic,0] completed successfully
Reassignment of partition [test_topic,2] completed successfully
Reassignment of partition [test_topic,1] completed successfully
表明分区数据重新分步任务已经完成。
2.5 再次获取test_topic的分区分布情况
再次查看各个分区的分布情况，执行命令：
./kafka-topics.sh --zookeeper 172.16.16.11:2181 --topic test_topic --describe
得到返回结果：
Topic:test_topic PartitionCount:3 ReplicationFactor:2 Configs:
Topic: test_topic Partition: 0 Leader: 1002 Replicas: 1001,1002 Isr: 1002,1001
Topic: test_topic Partition: 1 Leader: 1003 Replicas: 1002,1003 Isr: 1003,1002
Topic: test_topic Partition: 2 Leader: 1003 Replicas: 1003,1004 Isr: 1003,1004
从结果看出，test_topic的分区数据已经由原来的3个broker，重新分布到4个broker。
三、测试结论
Ø Kafka broker 内部不同数据盘之间可以自由迁移分区数据目录。迁移完成后，重启kafka即可生效；
Ø Kafka 不同broker之前可以迁移数据，使用kafka自带的kafka-reassign-partitions.sh脚本工具实现。
四、修复客户的kafka集群故障
我们采用本文测试的方法，对该客户的Kafka集群进行broker节点内部不同磁盘间的数据迁移，对多个topic均进行了数据迁移，最终实现磁盘间的数据缓存分布均匀化。
同时，我们又对客户的kafka集群进行扩容，扩容之后采用本文描述的不同broker之间迁移分区数据方法，对多个topic均进行了数据迁移，保证新扩容节点也有缓存数据，原来的broker节点存储压力减小。
