智能SmartCache實現(xiàn)原理

——按照塊的方式對SSD硬盤進行劃分，為每一個塊進行編號，塊的大小默認為1MB。

——主機從機械硬盤中讀取數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)會實時對開啟SmartCache功能LUN中的數(shù)據(jù)塊訪問頻率進行統(tǒng)計。

——每隔半小時系統(tǒng)會對開啟SmartCache功能的LUN中的數(shù)據(jù)塊按照訪問頻率進行排序。

——系統(tǒng)根據(jù)該排序結果將訪問頻率最高的數(shù)據(jù)拷貝至SmartCache池中，若SmartCache池中沒有空閑緩存塊，則將SmartCache池中變冷的數(shù)據(jù)塊淘汰以獲取緩存塊資源。

——主機讀IO時，若全命中SmartCache池中的緩存塊，則從SmartCache池中讀取。

——讀IO沒有全命中SmartCache中的緩存塊時，則從機械硬盤中讀取。

——機械硬盤中的數(shù)據(jù)更新時，SmartCache池中對緩存塊同步進行更新。

SmartCache五大技術優(yōu)勢

——高性能：針對Web Server應用隨機讀性能提升接近5倍，針對File Server應用隨機讀性能提升接近2倍。

——高可靠性：所有數(shù)據(jù)都保存在傳統(tǒng)磁盤中，由RAID保證數(shù)據(jù)的安全可靠，SSD中的數(shù)據(jù)僅僅是一個副本。

——高可用性：多盤組成SmartCache池時，除非所有成員盤全部失效，否則不影響功能的實現(xiàn)。

——高可擴展性：支持SSD盤片在線添加。

——低功耗：SmartCache池利用SSD和傳統(tǒng)磁盤組成混合陣列降低系統(tǒng)整體功耗。

數(shù)據(jù)庫IO特性

根據(jù)SSD本身的性能特性，SmartCache適用于讀多寫少有熱點的隨機小IO場景。因此，在使用SmartCache之前，了解IO特性和負載情況非常重要。對關系數(shù)據(jù)庫而言，索引數(shù)據(jù)是訪問最為頻繁的，因此當數(shù)據(jù)庫很大時，索引速度的快慢決定了訪問數(shù)據(jù)庫的延遲。

為了更直觀的體現(xiàn)數(shù)據(jù)庫IO特性，在實驗環(huán)境中，將數(shù)據(jù)庫關系表存放在400G的LUN中，使用測試工具模擬數(shù)據(jù)庫應用，以每G為單位統(tǒng)計主機訪問數(shù)據(jù)庫時的訪問數(shù)據(jù)。如下圖所示，經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)量只占到整個數(shù)據(jù)庫空間的一小部分，大部分數(shù)據(jù)庫空間的訪問量很小或者幾乎沒有訪問。在客戶真實環(huán)境中，數(shù)據(jù)庫中只有10%的數(shù)據(jù)被經(jīng)常訪問。相比在實驗室模擬的數(shù)據(jù)庫IO特性，客戶真實環(huán)境中的數(shù)據(jù)具備更加明顯的熱點。

圖2 Oracle訪問400G LUN的IO分布

1SmartCache技術提升數(shù)據(jù)庫應用性能

下面以具有OLTP特性的數(shù)據(jù)庫為例進行測試，說明數(shù)據(jù)庫應用SmartCache后獲得了明顯的性能提升。OLTP（On-Line Transaction Processing）聯(lián)機事務處理系統(tǒng)，也稱為面向交易的處理系統(tǒng)，其基本特征是顧客的原始數(shù)據(jù)可以立即傳送到計算機中心進行處理，并在很短的時間內(nèi)給出處理結果。這樣做的最大優(yōu)點是可以及時的處理輸入的數(shù)據(jù)，及時地回答。也稱為實時系統(tǒng)（Real time System）。典型的OLTP系統(tǒng)應用有電子商務系統(tǒng)，銀行，證券等，如ebay的業(yè)務數(shù)據(jù)庫。OLTP以小的事務及小的查詢?yōu)橹鳎u估其系統(tǒng)性能時的幾個重要性能指標是實時響應時間（Response Time）、每分鐘事物處理數(shù)（TPM，Transaction Per Minute）和每秒IO數(shù)（IOPS，I/O Per Second）。

Swingbench是Oracle UK Database Solutions group開發(fā)的一款免費的性能測試工具。Swingbench基于TPC-C標準對OTLP業(yè)務場景模式進行性能測試，能夠方便的調(diào)整Swingbench配置文件中OLTP各項業(yè)務所在比例，使得模擬的業(yè)務場景中讀寫IO比例大概維持在所需要的比例8：2。

測試組網(wǎng)

測試組網(wǎng)如圖3所示：

圖3 測試組網(wǎng)圖

本文中所使用的環(huán)境配置如下表：

表1 SmartCache對數(shù)據(jù)庫性能提升實驗環(huán)境配置

測試結果

在打開SmartCache功能穩(wěn)定運行14小時后，測試結果如圖4、圖5、圖6所示：以圖4的IOPS測試結果為例：圖中的虛線為SmartCache功能關閉與開啟的分界線。在SmartCache功能未開啟時，IOPS值穩(wěn)定在2000左右；在測試時間的第三個小時開啟SmartCache功能，系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的熱點統(tǒng)計后，開始逐步將熱點數(shù)據(jù)拷貝至SmartCache池中，此時IOPS值呈上升狀態(tài)；當全部熱點數(shù)據(jù)均緩存至SmartCache池后，上層應用下發(fā)的IO大部分命中SmartCache池中，此時IOPS穩(wěn)定在8000以上。在開啟SmartCache功能后數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)性能較原系統(tǒng)有了較明顯的提升，IOPS為原系統(tǒng)的5.64倍，TPM為原系統(tǒng)的6.43倍，RT下降為原系統(tǒng)的27%。

圖4測試結果–IOPS

圖5 測試結果–TPM

圖6 測試結果–Response Time

SmartCache技術，有效解決性能問題

華賽SmartCache技術利用系統(tǒng)中的高性能SSD，緩存應用中的熱點數(shù)據(jù)，從而對熱點數(shù)據(jù)的訪問進行加速，特別是對于那些隨機小IO業(yè)務，加速效果明顯。通過對具有OLTP特性的數(shù)據(jù)庫應用場景進行測試發(fā)現(xiàn)， SmartCache能很好的解決大型數(shù)據(jù)庫目前碰到的性能問題。

u通過把熱點數(shù)據(jù)緩存到SmartCache池中，大大提升了系統(tǒng)的整體讀性能。數(shù)據(jù)庫索引數(shù)據(jù)的訪問頻率高于普通數(shù)據(jù)，通過SmartCache的熱點識別和熱點拷貝，索引數(shù)據(jù)會逐步緩存到SSD中，后續(xù)用戶對于索引數(shù)據(jù)的訪問將直接從高性能的SSD中獲取，降低了訪問索引數(shù)據(jù)的時間，從而更好的符合了用戶的感受。

u所有數(shù)據(jù)都保存在使用了冗余技術的傳統(tǒng)磁盤中，SmartCache池的SSD中保存的僅僅是熱點數(shù)據(jù)的副本，很好的保證了數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的安全性，同時由于數(shù)據(jù)庫應用的大量隨機小IO訪問都在SmartCache池中命中，減少了傳統(tǒng)磁盤磁頭頻繁擺動的次數(shù)，增長傳統(tǒng)磁盤的壽命。

u通過利用少數(shù)的幾塊SSD就可以達到需要部署大規(guī)模傳統(tǒng)磁盤陣列才能達到的性能，降低了系統(tǒng)整體的TCO，同時也降低了功耗，與當前業(yè)界倡導的綠色存儲相符合。

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