Si desea mejorar la eficiencia de E/S del disco y la velocidad de respuesta del sistema, puede utilizar la función de aceleración de E/S de Enterprise SSD (ESSD) generales en una instancia de ApsaraDB RDS for MySQL. Esta función ayuda a aumentar el tamaño del buffer pool, implementar la aceleración de caché y mejorar el rendimiento general de lectura y escritura de la instancia RDS. Este tema describe cómo funciona la función de aceleración de E/S y cómo utilizarla. También se detallan las pruebas de rendimiento de esta función.
Contexto
La lectura de datos desde un disco hacia la memoria y la escritura de datos desde la memoria hacia un disco son operaciones de E/S comunes en los sistemas de bases de datos. Las operaciones de E/S en disco son más lentas que las operaciones en memoria y requieren más tiempo para completarse. Si su sistema de base de datos experimenta cargas de trabajo intensivas de lectura y escritura, o necesita procesar solicitudes frecuentes de este tipo, la E/S del disco puede convertirse en un cuello de botella para el rendimiento.
ApsaraDB RDS presenta los ESSD generales, un nuevo tipo de almacenamiento. Los ESSD generales son compatibles con todas las funciones de los ESSD, utilizan una arquitectura de almacenamiento de tres niveles para gestionar, leer y escribir jerárquicamente diferentes tipos de datos y caché, y admiten las funciones de ráfaga de E/S y aceleración de E/S para mejorar el rendimiento de E/S de las instancias de ApsaraDB RDS.
Aceleración de E/S
Introducción
Un buffer pool es un área de memoria que se utiliza para almacenar en caché datos del disco. Si es necesario leer o escribir un bloque de datos en el disco, el sistema busca dicho bloque en el buffer pool.
Si el bloque de datos se encuentra en el buffer pool, el sistema lee y escribe datos directamente desde y hacia el buffer pool.
Si el bloque de datos no se encuentra en el buffer pool, el sistema lee los datos del disco o los escribe en él y, posteriormente, almacena los datos en el buffer pool.
El buffer pool reduce de manera eficiente la cantidad de operaciones de E/S en disco y mejora el rendimiento de E/S de su instancia RDS. El tamaño del buffer pool varía según el tamaño de la memoria. Si los recursos de memoria son insuficientes, el tamaño del buffer pool se limita, lo cual afecta el rendimiento de E/S.
La función de aceleración de E/S de ApsaraDB RDS for MySQL proporciona Buffer Pool Extension (BPE) para ampliar el tamaño del buffer pool. Esta función también mejora el rendimiento general de lectura y escritura de una instancia RDS basándose en las capacidades del kernel del motor de base de datos correspondiente, y permite que la instancia RDS procese más solicitudes de lectura y escritura en un periodo determinado. Esto mejora la eficiencia de E/S del disco y la velocidad de respuesta del sistema, además de implementar la aceleración de caché.
Beneficios
Al admitir BPE en la función de aceleración de E/S, se proporciona una arquitectura de almacenamiento de tres niveles para ApsaraDB RDS for MySQL. Esto ayuda a satisfacer las necesidades de almacenamiento en diversos escenarios, le permite aprovechar al máximo los distintos medios de almacenamiento de la infraestructura de Alibaba Cloud y mejora el rendimiento de E/S de su instancia RDS.
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Mejora del rendimiento de lectura y escritura y reducción de la duración de ejecución de consultas SQL
BPE mejora significativamente la velocidad de acceso a las páginas de datos y reduce la duración de ejecución de las consultas SQL mediante el almacenamiento de datos en caché.
BPE reduce significativamente la frecuencia de acceso a los archivos de datos en los ESSD generales de una instancia RDS y disminuye el consumo de ancho de banda de los ESSD generales.
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Mejora de la estabilidad de la instancia
El disco con BPE habilitado tiene una latencia menor que los ESSD generales. BPE reduce significativamente el impacto de las fluctuaciones de E/S de los ESSD generales en una instancia RDS y mejora la estabilidad de dicha instancia.
En el Centro de Experiencias de Soluciones de Infraestructura Empresarial de Alibaba Cloud, puede consultar los resultados de pruebas de estrés en tiempo real antes y después de habilitar la función de aceleración de E/S, basados en instancias RDS reales. Esta función se ofrece sin costo adicional. Para obtener más información, consulte Observar el rendimiento de la función de aceleración de E/S de ESSD generales.
Valores
Si habilita la función de aceleración de E/S para una instancia RDS, no se le cobrarán tarifas adicionales y no necesitará modificar el código de sus aplicaciones.
El rendimiento de E/S de su instancia RDS mejora significativamente sin necesidad de cambiar los costos ni el código de la aplicación. Por ejemplo, si una instancia RDS ejecuta RDS High-availability Edition y utiliza un tipo de instancia de propósito general con 8 núcleos y 16 GB de memoria, y usted habilita la función de aceleración de E/S para dicha instancia, aumentarán las consultas por segundo (QPS) para operaciones de lectura y escritura. Para obtener más información, consulte Performance test.
Funcionamiento de la función de aceleración de E/S
La función de aceleración de E/S de ESSD generales utiliza BPE para mejorar el rendimiento de los ESSD sin aumentar los costos. La función de aceleración de E/S hereda la capacidad de separación de almacenamiento de datos calientes y fríos, y aumenta el tamaño del buffer pool de InnoDB para almacenar en caché páginas de datos y datos calientes en BPE. De este modo, InnoDB puede utilizar de forma flexible múltiples medios de almacenamiento para aumentar las QPS.
Arquitectura
La siguiente figura muestra la arquitectura de despliegue de BPE.
BPE utiliza varios discos de alta velocidad como medios de caché entre la memoria y los ESSD generales. En comparación con los ESSD generales, los discos de alta velocidad ofrecen menor latencia de E/S y mejor rendimiento.
Los discos de alta velocidad son únicamente medios de caché.
Los archivos de datos, los archivos de registro binario y los archivos redo se almacenan en ESSD generales.
Esta función aumenta el tamaño del buffer pool de InnoDB para almacenar en caché páginas de datos del buffer pool hacia BPE. De este modo, InnoDB puede utilizar de forma flexible múltiples medios de almacenamiento.
Implementación
Después de habilitar la función de aceleración de E/S, las páginas de datos de una instancia RDS se almacenan en caché en el BPE de discos de alta velocidad.
Todas las páginas de datos almacenadas en caché en BPE son páginas limpias. Estas páginas son coherentes con los datos de los archivos de datos almacenados en ESSD generales.
La siguiente lista describe el proceso de lectura de una página de datos:
El cliente inicia una solicitud para leer una página de datos.
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La solicitud llega al buffer pool de la memoria para consultar la página de datos.
Si la página de datos se encuentra en el buffer pool, el resultado de la consulta se devuelve al cliente, y finalizan la consulta y la lectura.
Si la página de datos no se encuentra en el buffer pool, el sistema continúa con el paso 3.
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La solicitud llega al BPE de discos de alta velocidad para consultar la página de datos.
Si la página de datos se encuentra en BPE, la página de datos se devuelve al buffer pool y, a continuación, el resultado de la consulta se devuelve al cliente. Finalizan la consulta y la lectura.
Si la página de datos no se encuentra en BPE, el sistema continúa con el paso 4.
La solicitud llega al archivo de tabla de datos de ESSD generales para consultar la página de datos. Si se encuentra la página de datos, esta se devuelve al buffer pool y, a continuación, el resultado de la consulta se devuelve al cliente.
Finalizan la consulta y la lectura.
Ámbito de aplicación
La instancia RDS ejecuta MySQL.
La instancia RDS ejecuta MySQL 8.0 con una versión secundaria del motor 20230914 o posterior.
La instancia RDS ejecuta RDS High-availability Edition o RDS Cluster Edition.
El tipo de producto de la instancia RDS es estándar.
La instancia RDS utiliza un tipo de instancia de propósito general.
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La instancia RDS reside en una de las siguientes regiones y zonas. Puede consultar las regiones y zonas compatibles en la consola de ApsaraDB RDS.
Región
Zona
China (Chengdu)
Zone B
China (Beijing)
Zone I
China (Shanghai)
Zone M
Zone N
China (Hangzhou)
Zone J
NotaDespués de habilitar la función I/O acceleration en la página de compra de ApsaraDB RDS, puede comprobar si la función está disponible en la sección Zone and Network of Primary Node.
Reglas de facturación
Si habilita la función de aceleración de E/S de ESSD generales para una instancia RDS que utiliza un tipo de instancia de propósito general, no se le cobrará por esta función.
Notas de uso
La función de aceleración de E/S se ofrece sin costo adicional para instancias RDS que utilizan tipos de instancia de propósito general.
Los datos empresariales se almacenan de forma persistente en discos de datos. Por lo tanto, la pérdida de datos en BPE no afecta los datos empresariales ni el uso normal de las instancias RDS.
El uso de la función de aceleración de E/S ocupa una cantidad específica de memoria. Esta cantidad equivale al 4 % de la memoria especificada por el parámetro buffer_pool_size. La cantidad de memoria asignada según el valor predeterminado del parámetro buffer_pool_size se reduce automáticamente en un 4 %. Si desea cambiar el valor del parámetro buffer_pool_size en operaciones posteriores, puede modificarlo basándose en la métrica de uso de memoria.
Después de habilitar o deshabilitar la función de aceleración de E/S para su instancia RDS, se produce una interrupción del servicio de aproximadamente 30 segundos. Se recomienda habilitar o deshabilitar la función durante horas de baja demanda.
Si habilita la función de aceleración de E/S para su instancia RDS, el rendimiento de la instancia mejora significativamente. Cuanto mayores sean las especificaciones de la instancia RDS, mayor será la mejora en su rendimiento. Por ejemplo, si su instancia RDS estándar ejecuta RDS High-availability Edition y utiliza un tipo de instancia de propósito general con 8 núcleos y 16 GB de memoria, el rendimiento de la instancia RDS puede mejorar en un 103 %.
El buffer pool reduce de manera eficiente la cantidad de operaciones de E/S en disco y mejora el rendimiento de E/S de su instancia RDS. El tamaño del buffer pool varía según el tamaño de la memoria. Si los recursos de memoria son insuficientes, el tamaño del buffer pool se limita, lo cual afecta el rendimiento de E/S.
Uso de la función de aceleración de E/S
Habilitar la función de aceleración de E/S
Habilitar la función de aceleración de E/S al crear una instancia RDS
Al crear una instancia RDS, puede configurar los parámetros necesarios para usar la función de aceleración de E/S y habilitarla para la instancia RDS. Para obtener más información, consulte Use the I/O acceleration feature of general ESSDs.
Habilitar I/O acceleration feature para una instancia RDS existente que cumple los requisitos para usar la función
Inicie sesión en la consola de ApsaraDB RDS y vaya a la página Instances. En la barra de navegación superior, seleccione la región donde reside la instancia RDS. A continuación, localice la instancia RDS y haga clic en el ID de la instancia.
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En la sección Basic Information, haga clic en Configure General ESSD a la derecha del parámetro Storage Type. En el cuadro de diálogo que aparece, active I/O Acceleration.
Deshabilitar la función de aceleración de E/S
Inicie sesión en la consola de ApsaraDB RDS y vaya a la página Instances. En la barra de navegación superior, seleccione la región donde reside la instancia RDS. A continuación, localice la instancia RDS y haga clic en el ID de la instancia.
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En la sección Basic Information, haga clic en Configure General ESSD a la derecha del parámetro Storage Type. En el cuadro de diálogo que aparece, desactive I/O Acceleration.
Prueba de rendimiento
Preparativos de la prueba
Método: Realizar operaciones de lectura y escritura en instancias RDS que utilicen el mismo tipo de instancia y comparar el rendimiento de QPS antes y después de habilitar la función de aceleración de E/S para dichas instancias.
Volumen de datos: 300 GB.
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Herramienta: Sysbench. Para obtener más información, consulte la documentación de Sysbench.
NotaCree previamente una instancia de Elastic Compute Service (ECS). En este ejemplo, la herramienta de prueba se instala en la instancia ECS. Para obtener más información, consulte Create and manage an ECS instance by using the ECS console.
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Instancias de prueba: dos instancias RDS que ejecutan RDS High-availability Edition y utilizan un tipo de instancia de propósito general. Una instancia RDS cuenta con 4 núcleos y 8 GB de memoria, y la otra tiene 8 núcleos y 16 GB de memoria. La función de aceleración de E/S está habilitada para ambas instancias RDS.
Edición de RDS
Tipo de instancia
Número de núcleos de CPU y capacidad de memoria
RDS High-availability Edition
mysql.n2.large.xc
4 núcleos, 8 GB
RDS High-availability Edition
mysql.n2.xlarge.xc
8 núcleos, 16 GB
Método de prueba
En esta sección, se utiliza el sistema CentOS como ejemplo para realizar la prueba de rendimiento. Si desea instalar Sysbench en otros sistemas operativos, siga las instrucciones proporcionadas en la documentación de Sysbench.
Instalar Sysbench
Ejecute el siguiente comando para instalar Sysbench:
git clone https://github.com/akopytov/sysbench.git
cd sysbench
git checkout 0.5
yum -y install make automake libtool pkgconfig libaio-devel
yum -y install mariadb-devel
./autogen.sh
./configure
make -j
make install
Probar el rendimiento de QPS de una instancia RDS
Descripción
La siguiente tabla describe los parámetros involucrados en la prueba de rendimiento.
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Parámetro |
Descripción |
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--tables |
El número de tablas. |
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--table_size |
El número de entradas en cada tabla. |
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--rand-type |
El tipo de distribución utilizada para generar números aleatorios. |
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--rand-spec-pct |
El porcentaje de números aleatorios especiales que se consideran valores especiales. |
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--threads |
El número de subprocesos simultáneos. |
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--time |
La duración de la prueba. Unidad: segundos. |
Probar el rendimiento de lectura
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Ejecute el siguiente comando para generar 300 GB de datos que incluyen 30 tablas con 40 millones de filas por tabla:
sysbench oltp_read_only --tables=30 --table_size=40000000 --rand-type=special --rand-spec-pct=15 --threads=64 --time=100 prepare -
Ejecute el siguiente comando para probar el rendimiento de lectura de la instancia RDS:
sysbench oltp_read_only --tables=30 --table_size=40000000 --rand-type=special --rand-spec-pct=15 --threads=64 --time=100 run
Probar el rendimiento de escritura
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Ejecute el siguiente comando para generar 300 GB de datos que incluyen 30 tablas con 40 millones de filas por tabla:
sysbench oltp_write_only --tables=30 --table_size=40000000 --rand-type=special --rand-spec-pct=15 --threads=64 --time=100 prepare -
Ejecute el siguiente comando para probar el rendimiento de escritura de la instancia RDS:
sysbench oltp_write_only --tables=30 --table_size=40000000 --rand-type=special --rand-spec-pct=15 --threads=64 --time=100 run
Probar el rendimiento de lectura y escritura
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Ejecute el siguiente comando para generar 300 GB de datos que incluyen 30 tablas con 40 millones de filas por tabla:
sysbench oltp_read_write --tables=30 --table_size=40000000 --rand-type=special --rand-spec-pct=15 --threads=64 --time=100 prepare -
Ejecute el siguiente comando para probar el rendimiento de lectura y escritura de la instancia RDS:
sysbench oltp_read_write --tables=30 --table_size=40000000 --rand-type=special --rand-spec-pct=15 --threads=64 --time=100 run
Resultados de la prueba
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La siguiente lista describe los resultados de la prueba para la instancia RDS estándar que ejecuta RDS High-availability Edition y utiliza un tipo de instancia de propósito general con 4 núcleos y 8 GB de memoria:
Rendimiento de lectura: El rendimiento de QPS es básicamente el mismo antes y después de habilitar la función de aceleración de E/S.
Rendimiento de escritura: Después de habilitar la función de aceleración de E/S, el rendimiento de QPS mejora en un 30 %.
Rendimiento de lectura y escritura: Después de habilitar la función de aceleración de E/S, el rendimiento de QPS mejora en un 26 %.
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La siguiente lista describe los resultados de la prueba para la instancia RDS estándar que ejecuta RDS High-availability Edition y utiliza un tipo de instancia de propósito general con 8 núcleos y 16 GB de memoria:
Rendimiento de lectura: Después de habilitar la función de aceleración de E/S, el rendimiento de QPS mejora en un 80 %.
Rendimiento de escritura: Después de habilitar la función de aceleración de E/S, el rendimiento de QPS mejora en un 33 %.
Rendimiento de lectura y escritura: Después de habilitar la función de aceleración de E/S, el rendimiento de QPS mejora en un 103 %.
