从云原生部署到智能时序分析：基于 Kubernetes 的 Apache IoTDB 集群实战与 TimechoDB 国产化增强特性深度解析
从云原生部署到智能时序分析：基于 Kubernetes 的 Apache IoTDB 集群实战与 TimechoDB 国产化增强特性深度解析
从云原生部署到智能时序分析：基于 Kubernetes 的 Apache IoTDB 集群实战与 TimechoDB 国产化增强特性深度解析
前言
随着物联网设备规模的指数级增长，传感器产生的海量时序数据对传统数据库的性能、可扩展性与成本控制提出了更高要求。Apache IoTDB 作为专为物联网场景设计的时序数据库，凭借高压缩比、百万级写入能力及毫秒级查询性能，成为物联网数据存储与分析的核心基础。本文将从 IoTDB 的核心特性 出发，深入讲解其在 Kubernetes 环境中的部署实践、CRUD 操作示例，并延伸至 TimechoDB 的国产化增强能力，帮助读者全面掌握从单节点到云原生集群的 IoTDB 实战部署与应用方法，为构建高效、可扩展的时序数据平台提供系统参考。
Apache IoTDB 核心特性与价值
Apache IoTDB 专为物联网场景打造的高性能轻量级时序数据库，以 “设备 - 测点” 原生数据模型贴合物理设备与传感器关系，通过高压缩算法、百万级并发写入能力和毫秒级查询响应优化海量时序数据存储成本与处理效率，同时支持边缘轻量部署、云端集群扩展及边缘 - 云端协同，为工业物联网、智能城市、车联网等场景提供全生命周期的数据存储、查询与分析解决方案
✅物联网原生优化：采用 “设备 - 测点” 数据模型，完美映射物理设备与传感器关系，配合标签机制支持多维度分析，贴合物联网实际业务场景
✅极致性能表现：通过特殊编码算法实现 10:1~20:1 的高压缩率，同时支持每秒数百万条数据的并发写入和毫秒级时序查询响应，平衡存储成本与处理效率
✅全场景部署能力：轻量设计可运行于边缘设备，分布式架构支持云端集群扩展，兼容边缘 - 云端协同存储，适配从边缘到云端的全场景物联网部署需求
IoTDB Kubernetes 部署
1、创建命名空间
kubectl create ns iotdb-ns2、查看命名空间
kubectl get ns3、创建 PV 配置文件
#可新建个文件夹放yaml文件 #创建 pv.yaml 文件语句 touch pv.yaml4、pv.yaml 示例
# pv.yaml apiVersion: v1 kind: PersistentVolume metadata: name: iotdb-pv-01 spec: capacity: storage: 10Gi # 存储容量 accessModes: # 访问模式 - ReadWriteOnce persistentVolumeReclaimPolicy: Retain # 回收策略 # 存储类名称，如果使用本地静态存储storageClassName 不用配置，如果使用动态存储必需设置此项 storageClassName: local-storage # 根据你的存储类型添加相应的配置 hostPath: # 如果是使用本地路径 path: /data/k8s-data/iotdb-pv-01 type: DirectoryOrCreate # 这行不配置就要手动创建文件夹5、应用 PV 配置
kubectl apply -f pv01.yaml kubectl apply -f pv-02.yaml ...6、查看 PV
kubectl get pv
7、手动创建文件夹
mkdir -p /data/k8s-data/iotdb-pv-01 mkdir -p /data/k8s-data/iotdb-pv-02 ...8、克隆 IoTDB Kubernetes 部署代码
unset HTTPS_PROXY9、修改 YAML 文件
nameOverride: "iotdb" fullnameOverride: "iotdb" #软件安装后的名称 image: repository: nexus.infra.timecho.com:8143/timecho/iotdb-enterprise pullPolicy: IfNotPresent tag: 1.3.3.2-standalone #软件所用的仓库和版本 storage: # 存储类名称，如果使用本地静态存储storageClassName 不用配置，如果使用动态存储必需设置此项 className: local-storage datanode: name: datanode nodeCount: 3 #datanode的节点数量 enableRestService: true storageCapacity: 10Gi #datanode的可用空间大小 resources: requests: memory: 2Gi #datanode的内存初始化大小 cpu: 1000m #datanode的CPU初始化大小 limits: memory: 4Gi #datanode的最大内存大小 cpu: 1000m #datanode的最大CPU大小 confignode: name: confignode nodeCount: 3 #confignode的节点数量 storageCapacity: 10Gi #confignode的可用空间大小 resources: requests: memory: 512Mi #confignode的内存初始化大小 cpu: 1000m #confignode的CPU初始化大小 limits: memory: 1024Mi #confignode的最大内存大小 cpu: 2000m #confignode的最大CPU大小 configNodeConsensusProtocolClass: org.apache.iotdb.consensus.ratis.RatisConsensus schemaReplicationFactor: 3 schemaRegionConsensusProtocolClass: org.apache.iotdb.consensus.ratis.RatisConsensus dataReplicationFactor: 2 dataRegionConsensusProtocolClass: org.apache.iotdb.consensus.iot.IoTConsensus10、从私有仓库拉取镜像，创建secret 使k8s可访问iotdb-helm的私有仓库
# 注意 单引号 kubectl create secret docker-registry timecho-nexus \ --docker-server='nexus.infra.timecho.com:8143' \ --docker-username='xxxxxx' \ --docker-password='xxxxxx' \ --docker-email='xxxxxx' \ -n iotdb-ns # 查看secret kubectl get secret timecho-nexus -n iotdb-ns # 查看并输出为yaml kubectl get secret timecho-nexus --output=yaml -n iotdb-ns # 查看并解密 kubectl get secret timecho-nexus --output="jsonpath={.data.\.dockerconfigjson}" -n iotdb-ns | base64 --decode11、安装 IoTDB
# 进入文件夹 cd iotdb-cluster-k8s/helm # 安装iotdb helm install iotdb ./ -n iotdb-ns12、查看 Helm 安装列表
# helm list helm list -n iotdb-ns13、查看 Pods
# 查看 iotdb的pods kubectl get pods -n iotdb-ns -o wide14、发现故障的排除方式
# 查看k8s的创建log kubectl get events -n iotdb-ns watch kubectl get events -n iotdb-ns # 获取详细信息 kubectl describe pod confignode-0 -n iotdb-ns kubectl describe pod datanode-0 -n iotdb-ns # 查看confignode日志 kubectl logs -n iotdb-ns confignode-0 -f15、激活 IoTDB，进入confignode的容器中激活
kubectl exec -it -n iotdb-ns confignode-0 -- /bin/bash cd /iotdb/sbin /bin/bash start-activate.sh # 拿到机器码后进行激活 # 退出容器16、验证 IoTDB（查看iotdb-ns命名空间内的IP、状态等信息，确定全部运行正常）
kubectl get pods -n iotdb-ns -o wide # 结果示例： # NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES # confignode-0 1/1 Running 0 75m 10.20.187.14 a87 <none> <none> # confignode-1 1/1 Running 0 75m 10.20.191.75 a88 <none> <none> # confignode-2 1/1 Running 0 75m 10.20.187.16 a87 <none> <none> # datanode-0 1/1 Running 10 (5m54s ago) 75m 10.20.191.74 a88 <none> <none> # datanode-1 1/1 Running 10 (5m42s ago) 75m 10.20.187.15 a87 <none> <none> # datanode-2 1/1 Running 10 (5m55s ago) 75m 10.20.191.76 a88 <none> <none>17、查看命名空间内的端口映射情况
kubectl get svc -n iotdb-ns # 结果示例： # NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE # confignode-svc NodePort 10.10.226.151 <none> 80:31026/TCP 7d8h # datanode-svc NodePort 10.10.194.225 <none> 6667:31563/TCP 7d8h # jdbc-balancer LoadBalancer 10.10.191.209 <pending> 6667:31895/TCP 7d8h18、在任意服务器启动 CLI 脚本验证 IoTDB 集群状态（端口即jdbc-balancer的端口，服务器为k8s任意节点的IP）
start-cli.sh -h 172.20.31.86 -p 31895 start-cli.sh -h 172.20.31.87 -p 31895 start-cli.sh -h 172.20.31.88 -p 31895
19、扩容，新增pv
20、扩容confignode：修改iotdb-cluster-k8s/helm的values.yaml文件，将confignode的3改成4
helm upgrade iotdb . -n iotdb-ns
21、扩容datanode（修改iotdb-cluster-k8s/helm的values.yaml文件，将datanode的3改成4）
helm upgrade iotdb . -n iotdb-ns22、验证IoTDB状态
kubectl get pods -n iotdb-ns -o wide # NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES # confignode-0 1/1 Running 0 75m 10.20.187.14 a87 <none> <none> # confignode-1 1/1 Running 0 75m 10.20.191.75 a88 <none> <none> # confignode-2 1/1 Running 0 75m 10.20.187.16 a87 <none> <none> # datanode-0 1/1 Running 10 (5m54s ago) 75m 10.20.191.74 a88 <none> <none> # datanode-1 1/1 Running 10 (5m42s ago) 75m 10.20.187.15 a87 <none> <none> # datanode-2 1/1 Running 10 (5m55s ago) 75m 10.20.191.76 a88 <none> <none> # datanode-3 1/1 Running 10 (5m55s ago) 75m 10.20.191.76 a88 <none> <none>
Apache IoTDB CRUD 操作
创建时间序列（Schema）
-- 创建存储组（逻辑分区）
CREATE STORAGE GROUP root.device;
-- 创建时间序列（带数据类型和编码）
CREATE TIMESERIES root.device.temperature WITH DATATYPE=FLOAT, ENCODING=RLE;
CREATE TIMESERIES root.device.humidity WITH DATATYPE=INT32, ENCODING=PLAIN;
写入数据（增）
INSERT INTO root.device(timestamp, temperature) VALUES(1690000000000, 25.5);
查询数据（查）
SELECT temperature FROM root.device WHERE time >= 1690000000000;
修改数据（改）
INSERT INTO root.device(timestamp, temperature) VALUES(1690000000000, 26.0); -- 覆盖原有值
删除数据（删）
DELETE FROM root.device.temperature WHERE time < 1690000001000;
TimechoDB（基于 Apache IoTDB）增强特性
TimechoDB 国产自研高性能时序数据库，核心团队源于清华大学，自主研发积累深厚，多项发明专利与顶会论文为技术支撑，通过工信部信创测评，适配信创生态，性能经 TPx - IoT 国际榜单验证达国际领先水平 ，成本把控上大幅降低存储与运维成本，借助云边协同节省网络带宽、接收端 CPU 等资源；原厂团队提供企业级技术支持与可视化工具，提升使用便捷性；超 40 项国产 CPU、OS 兼容认证，集成多类大数据系统，构建稳定全流程方案，助力各行业高效运用时序数据
✅端边云数据协同：支持设备端、边缘、云端数据高效流转，适配多场景部署，实现数据分层处理与协同管理
✅性能无瓶颈：高并发写入（百万级设备）、低延迟查询，经存储与编码优化，平衡读写性能与成本
✅智能 AI 分析：内置时序大模型（本地微调 / 推理），配 70 + 时序 UDF 函数，覆盖数据处理到智能分析全流程
✅稳定安全：分布式架构保障高可用，结合权限、加密机制，满足工业场景数据安全与业务连续性需求
✅运维便捷：可视化工具 + 简化部署，支持集群监控、故障诊断，降低工业环境运维门槛
总结
通过本次实践，我们完整体验了 Apache IoTDB 在 Kubernetes 环境中的部署、配置与扩展流程，并深入了解了其在物联网场景下的核心优势：高性能、高压缩率、边云协同与灵活的可扩展架构。IoTDB 以设备—测点模型为核心，充分满足工业物联网、智慧城市、能源管理等复杂场景的时序数据管理需求。在此基础上，TimechoDB 进一步强化了国产化兼容性、智能分析能力与企业级支持体系，为用户提供更安全、更高效的时序数据全栈解决方案。未来，随着边缘计算与AI的深度融合，IoTDB与TimechoDB将在万物互联的时代中持续发挥关键作用，助力企业构建智能化的数据基础设施。
助力广东及东莞地区开发者，代码托管、在线学习与竞赛、技术交流与分享、资源共享、职业发展，成为松山湖开发者首选的工作与学习平台
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