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应用PMDK修改WAL操作使之适配持久化内存

翻译 PostgreSQL 作者:yzs87 时间:2019-08-11 15:44:56 0 删除 编辑

应用 PMDK修改WAL操作使之适配持久化内存

这几个补丁能够通过使用 PMDK对存储在持久化内存PMEM上的WAL日志进行读写。PMEM是下一代存储介质,具有一系列特性:快速、字节寻址、非易失。

Pgbench是PG的通用benchmark,使用benchmark进行测试,这些补丁修改后的PG比原生PG性能提升5%。使用我们的insert benchmark,能够比原生PG快90%。下面进行详细描述。

这个 e-mail包括以下几部分:

A)PMDK

B)补丁

C)测试方法及结果

PMDK

PMDK提供函数使应用能够直接访问PMEM,无需通过内核作为内存。API包括:

1)open PMEM文件的API、create PMEM文件的API、map PMEM文件到虚拟地址的API

    PMDK利用DAX文件系统特性提供这些API函数。DAX文件系统对PMEM敏感,允许直接访问PMEM,而不使用内核的page cache。可以使用标准的mmap函数将DAX文件系统中的文件映射到内存。更进一步说,通过将PMEM中的文件映射到虚拟地址,应用可以使用CPU的 load/store指令替代read/write访问PMEM。

2)读写 PMEM文件的API

PMDK提供API:类似memcpy()函数,通过single instruction、multiple data instruction、NT storage instruction 将数据拷贝到PMEM。这些指令能够提升拷贝性能。因此这些API比read/write更快。API参考:

[1] http://pmem.io/pmdk/

[2]https://www.usenix.org/system/files/login/articles/login_summer17_07_rudoff.pdf

[3] SIMD: 对加载数据进行操作的单指令。如果SIMD系统一次加载8字节数据到寄存器,那么到PMEM的存储操作会同时对所有8字节值进行。

[4] NT store instructions: 该指令跳过CPU cache,因此使用该指令不需要flush。

补丁

补丁修改:

0001-Add-configure-option-for-PMDK.patch:添加--with-libpmem配置,通过pmdk库执行IO

0002-Read-write-WAL-files-using-PMDK.patch:

使用 PMDK函数对WAL进行IO操作

wal_sync_method参数增加pmem-drain,用于标明PMEM上wal sync方式。

0003-Walreceiver-WAL-IO-using-PMDK.patch:

     对于备机的 walreciver进程,使用PMDK写日志。

执行方式及结果

    环境:

  Server: HP ProLiant DL360 Gen9

CPU:    Xeon E5-2667 v4 (3.20GHz); 2 processors(without HT)

DRAM:   DDR4-2400; 32 GiB/processor

        (8GiB/socket x 4 sockets/processor) x 2 processors

NVDIMM: DDR4-2133; 32 GiB/processor

        (8GiB/socket x 4 sockets/processor) x 2 processors

HDD:    Seagate Constellation2 2.5inch SATA 3.0. 6Gb/s 1TB 7200rpm x 1

OS:     Ubuntu 16.04, linux-4.12

DAX FS: ext4

NVML:   master(at)Aug 30, 2017

PostgreSQL: master

Note: I bound the postgres processes to one NUMA node, and the benchmarks to other NUMA node.

 

1)配置pmem,将之作为一个块设备

    # ndctl list

# ndctl create-namespace -f -e namespace0.0 --mode=memory -M dev

2)在pmem上创建一个文件系统,以DAX方式挂载

    # mkfs.ext4 /dev/pmem0

# mount -t ext4 -o dax /dev/pmem0 /mnt/pmem0

3)设置PMEM_IS_PMEM_FORCE,表示WAL文件存放在PMEM上

    注意,没有设置这个环境变量, PG的进程启动不起来

   # export PMEM_IS_PMEM_FORCE=1

4)安装PG

    安装 Pg时有3个重要注意事项:

a. Configure时添加--with-libpmem:"./configure --with-libpmem"

b. 将WAL目录存放到PMEM上

c. 将wal_sync_method参数由fdatasync改为pmem_drain

    具体操作:

# cd /path/to/[PG_source dir]

# ./configure --with-libpmem

# make && make install

# initdb /path/to/PG_DATA -X /mnt/pmem0/path/to/[PG_WAL dir]

# cat /path/to/PG_DATA/postgresql.conf | sed -e s/#wal_sync_method\ =\

fsync/wal_sync_method\ =\ pmem_drain/ > /path/to/PG_DATA/postgresql.conf.

tmp

# mv /path/to/PG_DATA/postgresql.conf.tmp /path/to/PG_DATA/postgresql.conf

# pg_ctl start -D /path/to/PG_DATA

# created [DB_NAME]

5)执行2个benchmark,一个是pgbench,一个是my insert benchmark

  Pgbench:

      # numactl -N 1 pgbech -c 32 -j 8 -T 120 -M prepared [DB_NAME]

       执行 pgbench三次的平均值:

      wal_sync_method=fdatasync:   tps = 43,179

wal_sync_method=pmem_drain:  tps = 45,254

  pclinet_thread:my insert benchmark

       准备:

      CREATE TABLE [TABLE_NAME] (id int8, value text);

ALTER TABLE [TABLE_NAME] ALTER value SET STORAGE external;

PREPARE insert_sql (int8) AS INSERT INTO %s (id, value) values ($1, '

[1K_data]');

执行:

BEGIN; EXECUTE insert_sql(%lld); COMMIT;

Note: I ran this quer 5M times with 32 threads.

 

# ./pclient_thread

Invalid Arguments:

Usage: ./pclient_thread [The number of threads] [The number to insert

tuples] [data size(KB)]

# numactl -N 1 ./pclient_thread 32 5242880 1

 

测试三次的平均值:

wal_sync_method=fdatasync:   tps =  67,780

wal_sync_method=pmem_drain:  tps = 131,962

 

Attachment

Content-Type

Size

0001-Add-configure-option-for-PMDK.patch

application/octet-stream

5.1 KB

0002-Read-write-WAL-files-using-PMDK.patch

application/octet-stream

46.9 KB

0003-Walreceiver-WAL-IO-using-PMDK.patch

application/octet-stream

4.8 KB

 

  原文

https://www.postgresql.org/message-id/C20D38E97BCB33DAD59E3A1%40lab.ntt.co.jp


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