系统技术非业余研究

Leveldb是一个google实现的非常高效的kv数据库，目前的版本1.2能够支持billion级别的数据量了。 在这个数量级别下还有着非常高的性能，主要归功于它的良好的设计。特别是LSM算法。

那么数据库最怕的的随机IO他是如何解决的呢？

先说随机写，它的写都是先记录到日志文件去的，在日志文件满之前只是简单的更新memtable,那么就把随机写转化成了顺序写。在日志满了后，把日志里面的数据排序写成sst表同时和之前的sst进行合并，这个动作也是顺序读和写。大家都知道传统磁盘raid的顺序读写吞吐量是很大的，100M左右是没有问题。在写日志文件的时候，用到是buffer IO，也就是说如果操作系统有足够的内存，这个读写全部由操作系统缓冲，效果非常好。即使是sync写模式，也是以数据累计到4K为一个单位写的，所以效率高。

那么随机读呢？这个它解决不了。但是ssd盘最擅长随机读了。这个硬件很自然的解决了这个问题。

所以leveldb的绝配是ssd盘的raid.

leveldb标准版本编译见这里，由于标准版本用到了c++ 0x的特性，在RHEL平台下没得到支持，所以为了移植性, basho见这里为它做了标准c++版本的port, 见目录c_src/leveldb. 他之所以用c++ 0x标准主要是用到里面的原子库，basho的port用了libatomicops搞定这个问题.

我们的测试采用的就是这个版本, 我们分别测试了1000万， 1亿，10亿数据量下的leveldb表现，发现随着数据集的变化性能变化不大。
由于leveldb默认的sst文件是2M, 在数据集达到100G的时候要占用几万个文件，我修改了：

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

让默认的文件变成32M,减少目录的压力。

我的测试环境是:

$uname -r
2.6.18-164.el5 #RHEL 5U4
# 10* SAS 300G raid卡，fusionIO 320G, Flashcache,内存96G,  24 * Intel(R) Xeon(R) CPU 

top说:

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

iostat说:

$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
...

该测试中请注意snappy压缩没有打开，如果有压缩性能还会高很多，因为IO少了一半。
write_buffer_size=$((256*1024*1024))，log大小设成256M，这样减少切换日志的开销和减少数据合并的频率。

同时应该注意到db_bench是单线程程序，还有一个compact线程，所以最多的时候这个程序只能跑到200%的cpu, IO util也不是很高. 换句话说如果是多线程程序的话性能还要N倍的提高。

我们来看下实际的性能数字：

#1千万条记录
$sudo ./db_bench --num=10000000 --write_buffer_size=$((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)

#1亿条记录
$sudo ./db_bench --num=100000000 --write_buffer_size=$((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)

#10亿条记录
$sudo ./db_bench --num=1000000000 --write_buffer_size=$((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  
...比较慢待补充

总结: Leveldb是个很好的kv库，重点解决了随机IO性能不好的问题，多线程更新的性能非常好.

玩得开心！