Linux Cassandra数据库简介与Linux环境部署
一、Cassandra 是什么？为什么选择它？
1.1 基本介绍
Apache Cassandra 是一个开源的、分布式的、宽列存储 NoSQL 数据库，最初由 Facebook 在 2008 年开发，用于解决 Inbox Search 的海量写问题，后于 2009 年开源，目前由 Apache 软件基金会维护。
截至 2025 年底，Cassandra 主干版本已发展到 5.0（2024 年正式发布），4.x 系列仍被大量企业稳定使用。官方下载地址：https://cassandra.apache.org/download/
Cassandra 的核心设计理念是 “无单点故障、高可用、线性扩展”。它天生是为分布式环境而生，不依赖任何中心化组件，所有节点地位平等（peer-to-peer 架构）。
1.2 核心特性（运维视角）
- 极高的写吞吐能力：通过顺序写 CommitLog + Memtable 机制，写操作几乎不涉及随机 IO，单节点可轻松达到数万 QPS。
- 线性水平扩展：新增节点几乎无需人工干预数据迁移，集群规模可从几台扩展到数百上千台。
- 可调一致性：客户端可为每次读写选择一致性级别（ONE、QUORUM、ALL 等），在可用性和一致性之间灵活权衡。
- 多数据中心支持：原生支持跨机房、跨地域复制（NetworkTopologyStrategy）。
- 无单点故障：没有 Master/Slave，所有节点均可接受读写。
- 最终一致性：基于 Dynamo 论文的最终一致性模型，配合反熵修复（Repair）保证数据最终一致。
1.3 与其他数据库的对比（运维角度）
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| 中等（需关注 Repair、Compaction） | | | |
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在生产环境中，选择 Cassandra 的常见理由是：业务对写延迟极度敏感、数据规模快速增长、需要 7×24 高可用。
二、Linux 环境准备
2.1 推荐的 Linux 发行版与内核参数调优
Cassandra 官方推荐在 Ubuntu 20.04/22.04 或 RHEL/CentOS 7/8、Rocky Linux 8/9、AlmaLinux 上部署。生产环境建议使用 RHEL 系（更稳定的企业支持）。
2.1.1 基本系统要求（单节点参考）
- CPU：8 核以上（推荐 Intel Xeon 或 AMD EPYC）
- 内存：32GB 以上（Heap 建议 8-16GB，剩余留给 OS Page Cache）
- 磁盘：NVMe SSD（CommitLog 与 Data 建议分离磁盘）
2.1.2 关键内核参数调优
在 /etc/sysctl.conf 中添加以下参数，随后执行 sysctl -p：
# 提高文件句柄数
fs.file-max = 1048576
fs.nr_open = 1048576
# 避免 swap（Cassandra 对 swap 极度敏感）
vm.swappiness = 1 # 生产建议设为 0 或 1
# 提高网络性能
net.core.rmem_max = 16777216
net.core.wmem_max = 16777216
net.ipv4.tcp_rmem = 4096 87380 16777216
net.ipv4.tcp_wmem = 4096 65536 16777216
net.core.netdev_max_backlog = 5000
# Cassandra 推荐关闭透明大页
vm.zone_reclaim_mode = 0
vm.overcommit_memory = 1
2.1.3 限制设置
编辑 /etc/security/limits.conf：
cassandra soft nofile 1048576
cassandra hard nofile 1048576
cassandra soft nproc 32768
cassandra hard nproc 32768
cassandra soft memlock unlimited
cassandra hard memlock unlimited
cassandra soft as unlimited
cassandra hard as unlimited
2.1.4 关闭 NUMA（如果服务器启用 NUMA）
# 在 GRUB 中添加
GRUB_CMDLINE_LINUX="numa=off"
# 然后 update-grub 并重启
2.2 安装 Java（Cassandra 5.0 要求 Java 11 或 17）
Cassandra 5.0 官方推荐 OpenJDK 17（LTS）。
# 以 Rocky Linux 9 为例
sudo dnf install java-17-openjdk java-17-openjdk-devel -y
# 验证
java -version
# 输出应包含 openjdk version "17.x"
设置环境变量（建议写入 /etc/profile.d/java.sh）：
export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-17-openjdk
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH
2.3 时间同步
Cassandra 对时间敏感，建议使用 chrony：
sudo dnf install chrony -y
sudo systemctl enable --now chronyd
# 配置 /etc/chrony.conf，使用阿里云或公司内网 NTP
server ntp.aliyun.com iburst
三、Cassandra 下载与安装
3.1 下载最新版本
截至 2025 年 12 月，推荐使用 Apache Cassandra 5.0.1（稳定版）或 4.1.x（如果企业更保守）。
# 创建专用用户
sudo useradd -m -s /bin/bash cassandra
# 下载（以 5.0.1 为例）
cd /opt
sudo wget https://dl.apache.org/cassandra/5.0.1/apache-cassandra-5.0.1-bin.tar.gz
# 解压
sudo tar -xzf apache-cassandra-5.0.1-bin.tar.gz
sudo ln -s apache-cassandra-5.0.1 cassandra
sudo chown -R cassandra:cassandra cassandra apache-cassandra-5.0.1
3.2 目录结构说明
解压后目录结构：
bin/：启动脚本、nodetool、cqlsh 等工具conf/：cassandra.yaml、cassandra-env.sh 等配置文件
生产建议创建软链接 /opt/cassandra 指向当前版本，便于后续升级。
3.3 数据与日志目录规划
生产环境强烈建议将数据目录与系统盘分离：
sudo mkdir -p /data/cassandra/commitlog
sudo mkdir -p /data/cassandra/data
sudo mkdir -p /data/cassandra/hints
sudo mkdir -p /data/cassandra/saved_caches
sudo mkdir -p /var/log/cassandra
sudo chown -R cassandra:cassandra /data/cassandra /var/log/cassandra
磁盘规划建议：
- CommitLog：单独 NVMe 盘（高 IOPs）
- Hints/Saved_Caches：可与 Data 同盘
四、核心配置文件详解
配置文件位于 /opt/cassandra/conf/cassandra.yaml
4.1 关键参数修改（单节点测试环境）
cluster_name:'MyCluster'# 集群名称，所有节点必须一致
num_tokens:256# 虚拟节点数，推荐 256（4.x 默认），5.0 建议 16-32（性能更好）
authenticator:PasswordAuthenticator# 启用密码认证（生产必开）
authorizer:CassandraAuthorizer# 启用权限控制
listen_address:192.168.1.10# 节点间通信地址（不能用 127.0.0.1）
broadcast_address:192.168.1.10# 客户端连接地址（公网IP或内网）
rpc_address:0.0.0.0# CQL 客户端监听地址
broadcast_rpc_address:192.168.1.10# 客户端看到的 RPC 地址
seed_provider:
-class_name:org.apache.cassandra.locator.SimpleSeedProvider
parameters:
-seeds:"192.168.1.10,192.168.1.11"# 种子节点列表
data_file_directories:
-/data/cassandra/data
commitlog_directory:/data/cassandra/commitlog
hints_directory:/data/cassandra/hints
saved_caches_directory:/data/cassandra/saved_caches
commit_failure_policy:stop# CommitLog 写失败时停止服务（生产推荐）
endpoint_snitch:GossipingPropertyFileSnitch# 推荐，用于多机房
# 启用 JMX 认证（生产建议）
jmx_auth:true
4.2 cassandra-env.sh 调优（Heap 与 GC）
编辑 /opt/cassandra/conf/cassandra-env.sh：
# Heap 大小建议不超过 31GB（避免 CMS 退化），常见 8-16GB
MAX_HEAP_SIZE="12G"
HEAP_NEWSIZE="2G"
# 推荐使用 G1 GC（Java 11+ 默认）
JVM_OPTS="$JVM_OPTS -XX:+UseG1GC"
JVM_OPTS="$JVM_OPTS -XX:G1RSetUpdatingPauseTimePercent=5"
JVM_OPTS="$JVM_OPTS -XX:+ParallelRefProcEnabled"
# 开启堆外内存监控
JVM_OPTS="$JVM_OPTS -Dcassandra.memtable_offheap_space=4G"
五、启动与基本验证
5.1 启动 Cassandra
# 以 cassandra 用户启动
su - cassandra
/opt/cassandra/bin/cassandra -f # -f 前台启动，便于查看日志
后台启动建议使用 systemd：
创建 /etc/systemd/system/cassandra.service：
[Unit]
Description=Apache Cassandra
After=network.target
[Service]
User=cassandra
Group=cassandra
Environment=JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-17-openjdk
ExecStart=/opt/cassandra/bin/cassandra -p /var/run/cassandra.pid -f
Restart=always
LimitNOFILE=1048576
LimitNPROC=32768
LimitMEMLOCK=unlimited
[Install]
WantedBy=multi-user.target
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable --now cassandra
5.2 验证集群状态
# 查看节点状态
/opt/cassandra/bin/nodetool status
# 输出示例
Datacenter: datacenter1
=======================
Status=Up/Down
|/ State=Normal/Leaving/Joining/Moving
-- Address Load Tokens Owns (effective) Host ID Rack
UN 192.168.1.10 123.45 KiB 256 100.0% xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx rack1
5.3 使用 CQLSH 连接
/opt/cassandra/bin/cqlsh 192.168.1.10 9042
# 默认用户密码：cassandra/cassandra（生产请立即修改）
基本操作示例：
CREATE KEYSPACE demo WITHreplication = {'class': 'SimpleStrategy', 'replication_factor': 1};
USE demo;
CREATETABLEusers (
user_id uuid PRIMARY KEY,
nametext,
email text
);
INSERTINTOusers (user_id, name, email) VALUES (uuid(), '张三', 'zhangsan@example.com');
SELECT * FROMusers;
六、常见问题与排查
启动报错 "java.lang.UnsupportedOperationException: Cannot determine IP address"
→ 检查 listen_address 和 rpc_address 是否正确绑定本机 IP。
节点状态为 DN（Down）
→ 查看 /var/log/cassandra/system.log，常见原因是 GC 时间过长或磁盘满。
CQLSH 连接拒绝
→ 检查 rpc_address 是否为 0.0.0.0，防火墙是否放通 9042 端口。
Heap OOM
→ 降低 MAX_HEAP_SIZE，检查是否有大查询导致 Memtable 膨胀。
