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MariaDB数据库引入原子写特性将提升30%性能

SysbenchOLTP,每秒处理事务数在使用高性能低延迟的存储设备(如SSD)时,我们可能会遇到意想不到的瓶颈。本文讲述的就是遭遇和处理这样的一个瓶颈的故事。InnoDB有一个独特的特性叫“双写缓存”(DoubleWriteBuffer)。这个特性用于恢复那些未完整写入


Sysbench OLTP,每秒处理事务数

在使用高性能低延迟的存储设备(如SSD)时,我们可能会遇到意想不到的瓶颈。本文讲述的就是遭遇和处理这样的一个瓶颈的故事。
InnoDB 有一个独特的特性叫“双写缓存”(Double Write Buffer)。这个特性用于恢复那些未完整写入的页(Page),如果电源出现故障时 InnoDB 正在往硬盘上写一个页(1页=16KB=32磁道),那么就可能导致该页未完整写入。下次读取这个页的时候,InnoDB 会发现其校验码(checksum)不匹配并判定其是损坏的。为了将这个损坏的页恢复,我们需要这个页的原始备份。
“双 写缓存”就提供了这样的备份。当 InnoDB 将一个页写入硬盘时,该页的内容首先被写入双写缓存中。仅当该缓存被安全的写入到硬盘后,该页的内容才会被写到硬盘的最终位置。当要恢复的时 候,InnoDB 会扫描双写缓存,对缓存中每个正确的页,同样检查其在数据文件中的内容是否正确。
在这个机制中,校验码的生成和两次写入的过程都是要消耗时间的,由此会带来页数据写入的性能下降。只有当使用快速存储设备,并执行大量写操作的时候,其影响才会变得明显。在测试的时候你可以禁用这些特性,但我强烈建议不要在生产环境中这么做。

目前想要使用“原子写”特性的话,需要采用 DirectFS 文件系统,该文件系统是 FusionIO SDK 的一部分。来自 Monty Program AB 的 Wlad Vaintroub 与 FusionIO 的开发人员一道,为InnoDB/XtraDB 使用该特性作了必要的修改。如果数据库中所有的表空间都驻于 DirectFS/FusionIO 上,并由此支持“原子写”特性的话,那么可以用新的变量 innodb_use_atomic_writes=1 来将“双写缓存”切换成“原子写”。该补丁已经包含到 MariaDB-10.0.2,并也将包含到 MariaDB 5.5.31。该特性的使用说明文档在这里。
来看看数据吧!初步的测试结果表明,原子写特性对于小数据集(同 RAM 大小相匹配的数据集)来说,带来的好处很小甚至没有。但是在使用快速的 SSD 时,由于读写速度大幅改善,数据库可以经受(同 RAM 相比)大得多的数据集。

下面是 Sysbench 的 OLTP 基准数字,使用100GB数据(16表,400亿行),但 InnoDB 缓冲池的 RAM 只能有16GB。性能当然比通常的10GB数据集要慢些。数字:
小数据集(10G) 大数据集(100G)
max ro tps 8000 3000
max rw tps 6000 1800

对大数据集,下面的配置将被比较:
双写入,InnoDB 页面校验 double write, InnoDB page checksum
原子写入,InnoDB 页面校验
原子写入,XtraDB 快速页面校验
原子写入,无页面校验

线程 双写入  原子写入 原子写入+快速校验 原子写入+无校验
1 159.81 164.34 +2.8% 179.68 +12.4% 184.72 +15.6%
2 316.65 343.21 +8.4% 378.61 +19.6% 391.72 +23.7%
4 544.05 635.26 +16.8% 699.6 +28.6% 726.55 +33.5%
8 830.37 1062.8 +28.0% 1176.8 +41.7% 1214.7 +46.3%
16 1054.7 1421.2 +34.7% 1570.7 +48.9% 1610.1 +52.7%
32 1208.3 1615.1 +33.7% 1736.6 +43.7% 1767.4 +46.3%
64 1286.9 1673.2 +30.0% 1793.2 +39.3% 1833.7 +42.5%
128 1266.2 1653.1 +30.6% 1824.5 +44.1% 1875.6 +48.1%
256 1139.4 1505 +32.1% 1586.3 +39.2% 1618.3 +42.0%

结论:
启用原子写能立即带来30%左右的写性能改善;
使用 XtraDB 的快速校验(fast checksum)能将性能改善提高至接近50%;
完全禁用校验只会带来很少的性能改善。
测试细节:
MariaDB-5.5.30 (lp trunk). Sysbench-0.5 (Lua 启用). Complex OLTP 测试. 400 mio rows in 16 tables. 16GB InnoDB 缓冲池, 4G 重做日志.
吐了个 "CAO" !
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