leveldb性能分析和表現

openkk 13年前發布 | 5K 次閱讀

Leveldb是一個google實現的非常高效的kv數據庫，目前的版本1.2能夠支持billion級別的數據量了。在這個數量級別下還有著非常高的性能，主要歸功于它的良好的設計。特別是LSM算法。

那么數據庫最怕的的隨機IO他是如何解決的呢？

先說隨機寫，它的寫都是先記錄到日志文件去的，在日志文件滿之前只是簡單的更新memtable,那么就把隨機寫轉化成了順序寫。在日志滿了后，把日志里面的數據排序寫成sst表同時和之前的sst進行合并，這個動作也是順序讀和寫。大家都知道傳統磁盤raid的順序讀寫吞吐量是很大的，100M左右是沒有問題。在寫日志文件的時候，用到是buffer IO，也就是說如果操作系統有足夠的內存，這個讀寫全部由操作系統緩沖，效果非常好。即使是sync寫模式，也是以數據累計到4K為一個單位寫的，所以效率高。

那么隨機讀呢？這個它解決不了。但是ssd盤最擅長隨機讀了。這個硬件很自然的解決了這個問題。

所以leveldb的絕配是ssd盤的raid.

leveldb標準版本編譯見這里，由于標準版本用到了c++ 0x的特性，在RHEL平臺下沒得到支持，所以為了移植性, basho見這里為它做了標準c++版本的port, 見目錄c_src/leveldb. 他之所以用c++ 0x標準主要是用到里面的原子庫，basho的port用了libatomicops搞定這個問題.

我們的測試采用的就是這個版本, 我們分別測試了1000萬， 1億，10億數據量下的leveldb表現，發現隨著數據集的變化性能變化不大。
由于leveldb默認的sst文件是2M, 在數據集達到100G的時候要占用幾萬個文件，我修改了：

version_set.cc：23 static const int kTargetFileSize = 32 * 1048576;

讓默認的文件變成32M,減少目錄的壓力。

我的測試環境是:

$uname -r 

2.6.18-164.el5 #RHEL 5U4 

# 10* SAS 300G raid卡，fusionIO 320G, Flashcache,內存96G,  24 * Intel(R) Xeon(R) CPU

top說:

21782 root 18 0 1273m 1.1g 2012 R 85.3 1.2 1152:34 db_bench

iostat說:

$iostat -dx 5 

... 

sdb1              0.40     0.00  3.40  0.00    30.40     0.00     8.94     0.02    4.65   4.65   1.58 

fioa              0.00     0.00 2074.80  3.80 16598.40    30.40     8.00     0.00    0.13   0.00   0.00 

dm-0              0.00     0.00 1600.00  0.00 16630.40     0.00    10.39     0.25    0.15   0.15  24.76 

...

該測試中請注意snappy壓縮沒有打開，如果有壓縮性能還會高很多，因為IO少了一半。
write_buffer_size=$((256*1024*1024))，log大小設成256M，這樣減少切換日志的開銷和減少數據合并的頻率。

同時應該注意到db_bench是單線程程序，還有一個compact線程，所以最多的時候這個程序只能跑到200%的cpu, IO util也不是很高. 換句話說如果是多線程程序的話性能還要N倍的提高。

我們來看下實際的性能數字：

#1千萬條記錄 

$sudo ./db_bench --num=10000000 --write_buffer_size=$((256*1024*1024)) 

LevelDB:    version 1.2 

Date:       Fri May 27 17:14:33 2011 

CPU:        24 * Intel(R) Xeon(R) CPU           X5670  @ 2.93GHz 

CPUCache:   12288 KB 

Keys:       16 bytes each 

Values:     100 bytes each (50 bytes after compression) 

Entries:    10000000 

RawSize:    1106.3 MB (estimated) 

FileSize:   629.4 MB (estimated) 

write_buffer_size=268435456 

WARNING: Snappy compression is not enabled 

------------------------------------------------ 

fillseq      :       2.134 micros/op;   51.8 MB/s 

fillsync     :      70.722 micros/op;    1.6 MB/s (100000 ops) 

fillrandom   :       5.229 micros/op;   21.2 MB/s 

overwrite    :       5.396 micros/op;   20.5 MB/s 

readrandom   :      65.729 micros/op; 

readrandom   :      43.086 micros/op; 

readseq      :       0.882 micros/op;  125.4 MB/s 

readreverse  :       1.200 micros/op;   92.2 MB/s 

compact      : 24599514.008 micros/op; 

readrandom   :      12.663 micros/op; 

readseq      :       0.372 micros/op;  297.4 MB/s 

readreverse  :       0.559 micros/op;  198.0 MB/s 

fill100K     :     349.894 micros/op;  272.6 MB/s (10000 ops) 

crc32c       :       4.759 micros/op;  820.8 MB/s (4K per op) 

snappycomp   :       3.099 micros/op; (snappy failure) 

snappyuncomp :       2.146 micros/op; (snappy failure) 

#1億條記錄 

$sudo ./db_bench --num=100000000 --write_buffer_size=$((256*1024*1024)) 

LevelDB:    version 1.2 

Date:       Fri May 27 17:39:19 2011 

CPU:        24 * Intel(R) Xeon(R) CPU           X5670  @ 2.93GHz 

CPUCache:   12288 KB 

Keys:       16 bytes each 

Values:     100 bytes each (50 bytes after compression) 

Entries:    100000000 

RawSize:    11062.6 MB (estimated) 

FileSize:   6294.3 MB (estimated) 

write_buffer_size=268435456 

WARNING: Snappy compression is not enabled 

------------------------------------------------ 

fillseq      :       2.140 micros/op;   51.7 MB/s 

fillsync     :      70.592 micros/op;    1.6 MB/s (1000000 ops) 

fillrandom   :       6.033 micros/op;   18.3 MB/s 

overwrite    :       7.653 micros/op;   14.5 MB/s 

readrandom   :      44.833 micros/op; 

readrandom   :      43.963 micros/op; 

readseq      :       0.561 micros/op;  197.1 MB/s 

readreverse  :       0.809 micros/op;  136.8 MB/s 

compact      : 123458261.013 micros/op; 

readrandom   :      14.079 micros/op; 

readseq      :       0.378 micros/op;  292.5 MB/s 

readreverse  :       0.567 micros/op;  195.2 MB/s 

fill100K     :    1516.707 micros/op;   62.9 MB/s (100000 ops) 

crc32c       :       4.726 micros/op;  826.6 MB/s (4K per op) 

snappycomp   :       1.907 micros/op; (snappy failure) 

snappyuncomp :       0.954 micros/op; (snappy failure) 

#10億條記錄 

$sudo ./db_bench --num=1000000000 --write_buffer_size=$((256*1024*1024)) 

Password: 

LevelDB:    version 1.2 

Date:       Sun May 29 17:04:14 2011 

CPU:        24 * Intel(R) Xeon(R) CPU           X5670  @ 2.93GHz 

CPUCache:   12288 KB 

Keys:       16 bytes each 

Values:     100 bytes each (50 bytes after compression) 

Entries:    1000000000 

RawSize:    110626.2 MB (estimated) 

FileSize:   62942.5 MB (estimated) 

write_buffer_size=268435456 

WARNING: Snappy compression is not enabled 

------------------------------------------------ 

fillseq      :       2.126 micros/op;   52.0 MB/s 

fillsync     :      63.644 micros/op;    1.7 MB/s (10000000 ops) 

fillrandom   :      10.267 micros/op;   10.8 MB/s 

overwrite    :      14.339 micros/op;    7.7 MB/s 

...比較慢待補充