数据库内核月报

数据库内核月报 － 2017 / 06

MySQL · myrocks · MyRocks之memtable切换与刷盘

Author: 张远

概述

MyRocks的memtable默认是skiplist，其大小和个数分别由参数write_buffer_size和max_write_buffer_number控制。数据写入时先写入active memtable, 当active memtable写满时，active memtable会转化为immutable memtable. immutable memtable数据是不会变化的，最终会刷入level0的sst文件中。 屏幕快照 2017-06-16 上午6.16.58.png

memtable 内存分配

RocksDB有自己的内存分配机制，称为Arena. Arena由固定的inline_block_和动态的blocks_组成。 inline_block_固定为2048bytes, blocks_由一系列的block组成，这些block大小一般为KBlockSize, 但从arena申请较大内存时(> KBlockSize/4)单独分配一个所申请大小的block. KBlockSize由参数arena_block_size指定，arena_block_size 不指定时默认为write_buffer_size的1/8.

屏幕快照 2017-06-16 上午6.56.39.png

这里有两个重要的概念

RocksDB在实际使用内存中用的是ConcurrentArena， 它是在Arena的基础上封装，是线程安全的。 同时ConcurrentArena为了提高并发对内存进行了分片，分片数由cpu个数决定，例如cpu核数为24， 则分片数为32，以下是分片的算法

// find a power of two >= num_cpus and >= 8
  auto num_cpus = std::thread::hardware_concurrency();
  index_mask_ = 7;
  while (index_mask_ + 1 < num_cpus) {
    index_mask_ = index_mask_ * 2 + 1;
  }

  shards_.reset(new Shard[index_mask_ + 1]);

每个分片都有已分配但未使用的内存， 分片越多浪费的内存越多。

一个有趣的例子

测试环境：CPU核数64，write_buffer_size=1G, arena_block_size=0 根据前面的算法，CPU核数64, 内存分片数为64， arena_block_size 默认为write_buffer_size的1/8，对齐后是131072000

我们用1200个连接进行并发插入，这样能够充分使用内存分片数 这是测试某个瞬间取得的内存数据

allocated_memory:1179650048
AllocatedAndUnused:1172297392
write_buffer_size:1048576000
BlockSize:131072000

注意AllocatedAndUnused和allocated_memory是如此的接近，也就是说存在巨大的内存浪费。然而这不是最严重的，更严重的是这种情况导致memtable的切换，后面会进行分析。

memtable 切换

memtable 发生切换的条件有

  1. memtable内存超过write_buffer_size会切换
  2. WAL日志满，WAL日志超过rocksdb_max_total_wal_size，会从所有的colomn family中找出含有最老日志(the earliest log containing a prepared section)的memtable进行切换，详见HandleWALFull
  3. Buffer满，全局的write buffer超过rocksdb_db_write_buffer_size时，会从所有的colomn family中找出最先创建的memtable进行切换，详见HandleWriteBufferFull
  4. flush memtable前会切换memtable, 下节会介绍

下面详细介绍memtable满切换

memtable内存超过write_buffer_size会切换，由于arena的内存使用，memtable控制内存使用的算法更加精细，切换条件从源码中很容易理解

bool MemTable::ShouldFlushNow() const {
  // This constant variable can be interpreted as: if we still have more than
  // "kAllowOverAllocationRatio * kArenaBlockSize" space left, we'd try to over
  // allocate one more block.
  const double kAllowOverAllocationRatio = 0.6;

  // If arena still have room for new block allocation, we can safely say it
  // shouldn't flush.
  auto allocated_memory = table_->ApproximateMemoryUsage() +
                          range_del_table_->ApproximateMemoryUsage() +
                          arena_.MemoryAllocatedBytes();

  // if we can still allocate one more block without exceeding the
  // over-allocation ratio, then we should not flush.
  if (allocated_memory + kArenaBlockSize <
      moptions_.write_buffer_size +
      kArenaBlockSize * kAllowOverAllocationRatio) {
    return false;
  }

  // if user keeps adding entries that exceeds moptions.write_buffer_size,
  // we need to flush earlier even though we still have much available
  // memory left.
  if (allocated_memory > moptions_.write_buffer_size +
      kArenaBlockSize * kAllowOverAllocationRatio) {
    return true;
  }

 return arena_.AllocatedAndUnused() < kArenaBlockSize / 4;
}

而上一节举出的例子正好符合切换的条件，正如前面所说的，内存都分配好了，还没来得及使用就发生切换了，白忙活了一场。

这里的现象是虽然write_buffer_size是1G，但最后刷到level0的sst都远远小于1G。

那么如何避免这种情况呢

这里有一个原则是arena_block_size*内存分片数应该小于write_buffer_size

  1. NewWritableFile //创建日志文件
  2. ConstructNewMemtable //创建memtable
  3. cfd->imm()->Add(cfd->mem(), &context->memtables_to_free_); //设置immutable
  4. cfd->SetMemtable(new_mem); //设置新的memtable

flush memtable

immutable memtable会不断flush到level0的SST文件中

触发flush的条件有

other

rocksdb中设置max_background_flushes=-1可以禁止flush，而MyRocks中rocksdb_max_background_flushes最小值限制为0. 因此，MyRocks若要禁止flush需放开此限制。