数据库内核月报

数据库内核月报 - 2023 / 06

极致性价比:自研数据库PolarDB on 自研芯片倚天

Author: 劲川

1. 概述

PolarDB作为阿里云自研的云原生数据库,基于存算分离的架构,具备一写多读、多活容灾、全球部署、HTAP等特性。上线五周年多以来,PolarDB已经广泛应用到了各行各业,有多篇papers发表在SIGMOD、VLDB、FAST等顶级会议上。相对应的,倚天710处理器作为阿里云自研的国产化芯片,基于新一代CIPU架构,实现了计算、存储、网络性能的数量级提升,有效应用于云原生、视频编解码、高性能计算、基于CPU的机器学习和游戏服务等场景。那么当PolarDB遇上了倚天处理器,当自研数据库碰上了自研芯片又释放出什么样的火花呢? 在开始全文前,我们回顾一下倚天处理器的独特优势。一方面,随着传统 x86 CPU的持续迭代,服务器和数据中心的功耗和成本在持续攀升,每千瓦芯片功耗在生命周期内带来上万美金的成本。另一方面,在云这类面向多租户的场景下,超线程(HT)架构的问题逐渐暴露出来,面对一些高密计算任务时很难满足业务需求,共享缓存与物理核的机制导致租户之间处理任务可能需要相互排队,导致性能大幅下降;或者互相干扰的情况导致性能波动。基于ARM架构的倚天处理器很好地解决这两个问题,独享物理核独享L1/L2 Cache,无超线程概念,在实现高性能(减少干扰)的同时实现了低功耗/低成本。 PolarDB 针对自研倚天芯片,从芯片到数据库内核全链路优化,性能相比优化前提升超50%。在 sysbench OLTP 读写混合场景下,PolarDB 倚天性能大幅领先同规格自建 MySQL 实例。 f1

2. 全路径性能优化

为了充分发挥出自研数据库PolarDB在自研芯片倚天上的性能,PolarDB团队从芯片侧到数据库内核做了全路径的优化。用户业务和应用从x86架构数据库向倚天ECS架构数据库迁移的过程中,业务代码改造量是零,成功实现无缝迁移:用户只需要把数据库的连接地址,从x86架构改成PolarDB On倚天ECS的地址即可。

2.1 全栈优化

针对倚天处理器这一全新的ARM体系,PolarDB从芯片到操作系统,进行了全栈的深度优化:

2.2 数据库内核优化

为了获取良好的性能,PolarDB在内核层面做了深度优化。其中,尤其PolarDB在多线程扩展性方面的优化,相较于传统MySQL,在倚天等多核处理器上发挥出了明显的优势:

3. 测试结果

3.1 测试结果说明

通过对 sysbench OLTP 读写、只读和只写三种场景和 IO bound 、CPU bound 两种数据量下的压测,在每种场景和每个连接数下取压测结果QPS平均值统计,得到结果:

3.2 测试环境

开箱测试,购买阿里云 PolarDB 标准版单节点倚天独享实例,并应用高性能参数模版(文档)。

架构 规格 存储 版本 CPU
阿里云 PolarDB 倚天 8c64g 独享实例 2T PL3 ESSD 8.0 倚天710
自建 MySQL 实例 8c64g 2T PL3 ESSD 8.0.28 倚天710
友商 8c64g - - 友商最新一代 CPU

3.3 测试方法

# 准备数据
sysbench --db-driver=mysql --mysql-host=XXX --mysql-port=XXX --mysql-user=XXX --mysql-password=XXX --mysql-db=sbtest --table_size=40000000 --tables=10 --threads={1~512} oltp_read_write prepare

# 运行workload
# OLTP读写混合
sysbench --db-driver=mysql --mysql-host=XXX --mysql-port=XXX --mysql-user=XXX --mysql-password=XXX --mysql-db=sbtest --table_size=40000000 --rand-type=uniform --tables=10 --time=300 --threads={1~512} --report-interval=20 oltp_read_write run

# OLTP只读场景
sysbench --db-driver=mysql --mysql-host=XXX --mysql-port=XXX --mysql-user=XXX --mysql-password=XXX --mysql-db=sbtest --table_size=40000000 --rand-type=uniform --tables=10 --time=300 --threads={1~512} --report-interval=20 oltp_read_only run

# OLTP只写场景
sysbench --db-driver=mysql --mysql-host=XXX --mysql-port=XXX --mysql-user=XXX --mysql-password=XXX --mysql-db=sbtest --table_size=40000000 --rand-type=uniform --tables=10 --time=300 --threads={1~512} --report-interval=20 oltp_write_only run

# 清理数据
sysbench --db-driver=mysql --mysql-host=XXX --mysql-port=XXX --mysql-user=XXX --mysql-password=XXX --mysql-db=sbtest --table_size=40000000 --tables=10 --time=300 --threads={1~512} oltp_read_write/oltp_read_only/oltp_write_only cleanup

3.4 测试场景

CPU bound

读写场景
连接数 PolarDB 倚天 arm 自建 友商
1 4426.39 4128.2 1,324.09
8 33223.57 28883.37 9,002.77
32 101381.29 59096.67 31,897.51
64 123323.59 61423.14 52,195.38
128 127590.64 67676.93 60,150.13
256 126259.29 65720.02 63,824.66

cpu-rw

只读场景
连接数 PolarDB 倚天 arm 自建 友商
1 2852.27 3135.17 1,492.69
8 28484.43 25144.96 11,605.65
32 98798.32 57178.22 43,683.58
64 114452.7 54767.44 80,841.04
128 115784.14 54730.61 96,171.27
256 124524.72 54019.85 97,759.58

cpu-ro

只写场景
连接数 PolarDB 倚天 arm 自建 友商
1 4741.59 4337.84 885.65
8 34759.83 31551.92 5,783.46
32 111183.7 79577.7 17,806.85
64 152742.18 85337.53 28,969.75
128 162261.84 83357.96 40,193.94
256 163423.91 81871.44 55,503.42

cpu-wo

IO bound

读写场景
连接数 PolarDB 倚天 arm 自建 友商
1 2325.18 2092.71 597.64
8 17848.08 16368.19 4,682.18
32 57849.13 37585.66 17,764.87
64 73375.52 40402.29 28,490.83
128 77419.21 44263.56 32,767.81
256 79618.95 41929.5 19,559.31

io-rw

只读场景
连接数 PolarDB 倚天 arm 自建 友商
1 2410.35 3113.29 667.55
8 18843.19 20459.12 5,399.64
32 64589.47 39944.8 21,008.63
64 84735.63 42712.68 35,479.36
128 90899.32 45699.65 41,595.30
256 91140.13 45245.97 42,600.34

io-ro

只写场景
连接数 PolarDB 倚天 arm 自建 友商
1 3117.42 2284.61 540.05
8 22494.84 17690.3 3,491.79
32 65236.36 53808.61 14,829.89
64 82618.09 58923.72 21,072.20
128 84813.77 58975.09 33,459.10
256 87070.76 57020.43 25,615.59

io-wo

4. 总结

PolarDB on 倚天充分发挥自研数据库和自研芯片的优势,性能大幅超越自建 MySQL arm 实例,相比同规格 PolarDB x86 实例降价最高可达 45%,零适配成本提升性价比,助力用户降本增效。

5. 参考文档

https://www.vldb.org/pvldb/vol15/p3432-chen.pdf

https://cn.aliyun.com/activity/database/polardb_arm