ALICloudDB for PostgreSQL 试用报告 - 3 水平分库 vs 单机 性能

本文涉及的产品
RDS SQL Server Serverless,2-4RCU 50GB 3个月
推荐场景:
云数据库 RDS MySQL,集群系列 2核4GB
推荐场景:
搭建个人博客
RDS MySQL Serverless 基础系列,0.5-2RCU 50GB
简介:
本文是针对单个RDS实例(同样的配置)承载6400万数据的测试。对比前面的水平分库。
创建测试表,生成测试数据。

create table userinfo(userid int,info text);
create table session (userid int,last_login timestamp);
create table login_log (userid int,db_user name,client_addr inet,
                       client_port int,server_addr inet,server_port int,login_time timestamp);
create table tbl_small (userid int primary key,info text);

set synchronous_commit=off;
insert into userinfo select generate_series(1,32000000);
insert into session select generate_series(1,32000000);
insert into tbl_small select generate_series(1,500000);
set maintenance_work_mem='10GB';
alter table userinfo add constraint pk_userinfo primary key (userid);
alter table session add constraint pk_session primary key (userid);

postgres=> \dt+
                         List of relations
 Schema |      Name       | Type  | Owner  |  Size   | Description 
--------+-----------------+-------+--------+---------+-------------
 public | ha_health_check | table | aurora | 40 kB   | 
 public | session         | table | digoal | 1106 MB | 
 public | userinfo        | table | digoal | 1106 MB | 
(3 rows)
postgres=> \di+
                                    List of relations
 Schema |         Name         | Type  | Owner  |      Table      |  Size  | Description 
--------+----------------------+-------+--------+-----------------+--------+-------------
 public | ha_health_check_pkey | index | aurora | ha_health_check | 16 kB  | 
 public | pk_session           | index | digoal | session         | 686 MB | 
 public | pk_userinfo          | index | digoal | userinfo        | 686 MB | 
(3 rows)


测试中发现一个小小的惊喜,RDS限制了数据库进程的内存使用(包括shared buffers,work_mem,maintenance_work_mem, wal_buffers等限制),但是并不会限制OS层缓存的使用,也就是说我们的数据表对应的数据文件如果是热数据的话,可能被缓存好OS层缓存中,假如RDS能提供pgfincore插件就更完美了,不过在云环境中使用会造成内存争抢的情况。
下面我们看一个测试,实例只有256MB的shared buffer, 下面的查询却飞快。

postgres=> explain (analyze,verbose,timing,buffers,costs) select count(userid) from session;
                                                             QUERY PLAN                                                             
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 Aggregate  (cost=541593.00..541593.01 rows=1 width=4) (actual time=6574.761..6574.761 rows=1 loops=1)
   Output: count(userid)
   Buffers: shared hit=20229 read=121364
   I/O Timings: read=227.803
   ->  Seq Scan on public.session  (cost=0.00..461593.00 rows=32000000 width=4) (actual time=0.029..3295.744 rows=32000001 loops=1)
         Output: userid, last_login
         Buffers: shared hit=20229 read=121364
         I/O Timings: read=227.803
 Planning time: 0.044 ms
 Execution time: 6574.794 ms
(10 rows)
postgres=> explain (analyze,verbose,timing,buffers,costs) select count(userid) from userinfo;
                                                             QUERY PLAN                                                             
 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 Aggregate  (cost=541593.00..541593.01 rows=1 width=4) (actual time=6653.383..6653.383 rows=1 loops=1)
   Output: count(userid)
   Buffers: shared hit=64 read=141529
   I/O Timings: read=265.700
   ->  Seq Scan on public.userinfo  (cost=0.00..461593.00 rows=32000000 width=4) (actual time=0.029..3358.069 rows=32000001 loops=1)
         Output: userid, info
         Buffers: shared hit=64 read=141529
         I/O Timings: read=265.700
 Planning time: 0.046 ms
 Execution time: 6653.417 ms
(10 rows)


分析这里的I/O Timings,单位毫秒,每次IO请求只需要0.0019毫秒。
这已经是内存级别的速度了。

postgres=> select 265.700/141529;
        ?column?        
------------------------
 0.00187735375788707615
(1 row)
postgres=> select 227.803/121364;
        ?column?        
------------------------
 0.00187702284038100260
(1 row)

离散扫描测试:

postgres=> set enable_seqscan=off;
SET
postgres=> explain (analyze,verbose,timing,buffers,costs) select count(userid) from userinfo;
                                                                          QUERY PLAN                                                
                          
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
--------------------------
 Aggregate  (cost=1052572.56..1052572.57 rows=1 width=4) (actual time=10343.801..10343.801 rows=1 loops=1)
   Output: count(userid)
   Buffers: shared read=229028
   I/O Timings: read=674.634
   ->  Index Only Scan using pk_userinfo on public.userinfo  (cost=0.56..972572.56 rows=32000000 width=4) (actual time=0.082..7277.8
18 rows=32000001 loops=1)
         Output: userid
         Heap Fetches: 32000001
         Buffers: shared read=229028
         I/O Timings: read=674.634
 Planning time: 0.035 ms
 Execution time: 10343.851 ms
(11 rows)
postgres=> explain (analyze,verbose,timing,buffers,costs) select count(userid) from session;
                                                                         QUERY PLAN                                                 
                        
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------
 Aggregate  (cost=1052572.56..1052572.57 rows=1 width=4) (actual time=10321.901..10321.901 rows=1 loops=1)
   Output: count(userid)
   Buffers: shared read=229028
   I/O Timings: read=633.969
   ->  Index Only Scan using pk_session on public.session  (cost=0.56..972572.56 rows=32000000 width=4) (actual time=0.080..7268.908
 rows=32000001 loops=1)
         Output: userid
         Heap Fetches: 32000001
         Buffers: shared read=229028
         I/O Timings: read=633.969
 Planning time: 0.056 ms
 Execution time: 10321.935 ms
(11 rows)

分析这里的I/O Timings,单位毫秒,每次IO请求只需要0.0028毫秒。

postgres=> select 633.969/229028;
        ?column?        
------------------------
 0.00276808512496288663
(1 row)
postgres=> select 674.634/229028;
        ?column?        
------------------------
 0.00294563983443072463
(1 row)

如果这些数据不是在内存中,那么有这样IOPS能力的块设备,那也是怪兽级别的了(8K的数据块,离散读IOPS达到36万,未考虑read ahead,考虑的话一般默认预读是256个扇区,真实IOPS能力会略低)。
我个人的判断还是倾向阿里的RDS未限制OS层CACHE,也就是随你用。

创建测试函数:

CREATE OR REPLACE FUNCTION query_pk(IN i_userid int, OUT userid int, OUT info text)
     RETURNS record
     LANGUAGE plpgsql
     STRICT
    AS $function$
      declare
      begin
        select t.userid,t.info into userid,info from userinfo t where t.userid=i_userid;
        return;
      end;
    $function$;

CREATE OR REPLACE FUNCTION insert_log(IN i_userid int)
     RETURNS void
     LANGUAGE plpgsql
     STRICT
    AS $function$
      declare
      begin
        set synchronous_commit=off;
        insert into login_log (userid,db_user,client_addr,client_port,server_addr,server_port,login_time)
   values (i_userid,current_user,inet_client_addr(),inet_client_port(),inet_server_addr(),inet_server_port(),now());
      end;
    $function$;

CREATE OR REPLACE FUNCTION query_insert(IN i_userid int, OUT userid int, OUT info text)
     RETURNS record
     LANGUAGE plpgsql
     STRICT
    AS $function$
      declare
      begin
        set synchronous_commit=off;
        select t.userid,t.info into userid,info from userinfo t where t.userid=i_userid;
        insert into login_log (userid,db_user,client_addr,client_port,server_addr,server_port,login_time)
   values (i_userid,current_user,inet_client_addr(),inet_client_port(),inet_server_addr(),inet_server_port(),now());
        return;
      end;
    $function$;


CREATE OR REPLACE FUNCTION update_pk(IN i_userid int)
     RETURNS void
     LANGUAGE plpgsql
     STRICT
    AS $function$
      declare
      begin
        set synchronous_commit=off;
        update session t set last_login=now() where t.userid=i_userid;
      end;
    $function$;

CREATE OR REPLACE FUNCTION query_update_insert(IN i_userid int, OUT userid int, OUT info text)
     RETURNS record
     LANGUAGE plpgsql
     STRICT
    AS $function$
      declare
      begin
        set synchronous_commit=off;
        select t.userid,t.info into userid,info from userinfo t where t.userid=i_userid;
        insert into login_log (userid,db_user,client_addr,client_port,server_addr,server_port,login_time)
   values (i_userid,current_user,inet_client_addr(),inet_client_port(),inet_server_addr(),inet_server_port(),now());
        update session t set last_login=now() where t.userid=i_userid;
        return;
      end;
    $function$;

CREATE OR REPLACE FUNCTION query_smalltbl(IN i_userid int, OUT userid int, OUT info text)
     RETURNS record
     LANGUAGE plpgsql
     STRICT
    AS $function$
      declare
      begin
        select t.userid,t.info into userid,info from tbl_small t where t.userid=i_userid;
        return;
      end;
    $function$;


测试结果:

vi test.sql
\setrandom id 1 32000000
select query_pk(:id);
pgbench -M prepared -n -r -f ./test.sql -P 1 -c 88 -j 88 -T 20 -h xxxx.pg.rds.aliyuncs.com -p 3433 -U digoal postgres
progress: 1.1 s, 1938.5 tps, lat 30.861 ms stddev 63.730
progress: 2.1 s, 3397.7 tps, lat 26.197 ms stddev 43.067
progress: 3.0 s, 3293.2 tps, lat 25.744 ms stddev 36.761
progress: 4.2 s, 3477.7 tps, lat 26.012 ms stddev 44.032
progress: 5.1 s, 3448.3 tps, lat 25.291 ms stddev 39.993
progress: 6.0 s, 3581.1 tps, lat 24.386 ms stddev 53.515
progress: 7.0 s, 3669.4 tps, lat 23.736 ms stddev 43.620
progress: 8.1 s, 3635.0 tps, lat 24.333 ms stddev 54.772
progress: 9.0 s, 3625.6 tps, lat 24.457 ms stddev 39.071
progress: 10.0 s, 3708.4 tps, lat 23.017 ms stddev 41.434

vi test.sql
\setrandom id 1 32000000
select insert_log(:id);
pgbench -M prepared -n -r -f ./test.sql -P 1 -c 88 -j 88 -T 20 -h xxxx.pg.rds.aliyuncs.com -p 3433 -U digoal postgres
progress: 1.1 s, 2194.8 tps, lat 26.288 ms stddev 51.427
progress: 2.0 s, 3841.0 tps, lat 22.859 ms stddev 37.456
progress: 3.0 s, 3745.8 tps, lat 23.536 ms stddev 46.164
progress: 4.0 s, 3843.2 tps, lat 22.481 ms stddev 37.077
progress: 5.0 s, 3676.9 tps, lat 24.256 ms stddev 45.177
progress: 6.1 s, 3838.0 tps, lat 22.898 ms stddev 38.825
progress: 7.0 s, 3890.9 tps, lat 22.836 ms stddev 38.612
progress: 8.0 s, 3590.9 tps, lat 24.565 ms stddev 43.551
progress: 9.0 s, 3675.0 tps, lat 24.210 ms stddev 38.266
progress: 10.1 s, 3812.7 tps, lat 22.507 ms stddev 36.516

vi test.sql
\setrandom id 1 32000000
select query_insert(:id);
pgbench -M prepared -n -r -f ./test.sql -P 1 -c 88 -j 88 -T 20 -h xxxx.pg.rds.aliyuncs.com -p 3433 -U digoal postgres
progress: 1.1 s, 1269.2 tps, lat 45.745 ms stddev 89.929
progress: 2.1 s, 2700.4 tps, lat 33.356 ms stddev 58.091
progress: 3.0 s, 2654.6 tps, lat 35.314 ms stddev 54.011
progress: 4.0 s, 2673.0 tps, lat 31.859 ms stddev 48.704
progress: 5.0 s, 2762.7 tps, lat 31.759 ms stddev 51.929
progress: 6.1 s, 2667.7 tps, lat 32.047 ms stddev 55.966
progress: 7.1 s, 2688.7 tps, lat 32.407 ms stddev 58.218
progress: 8.2 s, 2785.4 tps, lat 30.795 ms stddev 65.419
progress: 9.0 s, 2789.9 tps, lat 35.547 ms stddev 58.010
progress: 10.0 s, 2879.6 tps, lat 30.196 ms stddev 53.233

vi test.sql
\setrandom id 1 32000000
select update_pk(:id);
pgbench -M prepared -n -r -f ./test.sql -P 1 -c 88 -j 88 -T 20 -h xxxx.pg.rds.aliyuncs.com -p 3433 -U digoal postgres
progress: 2.5 s, 282.4 tps, lat 218.387 ms stddev 495.226
progress: 5.8 s, 94.8 tps, lat 787.358 ms stddev 1325.987
progress: 5.8 s, 15727.4 tps, lat 150.434 ms stddev 668.515
progress: 5.9 s, 945.4 tps, lat 769.080 ms stddev 1374.084
progress: 16.1 s, 93.2 tps, lat 833.108 ms stddev 1856.263
progress: 16.2 s, 2598.5 tps, lat 665.837 ms stddev 1693.883
progress: 17.2 s, 71.7 tps, lat 1571.432 ms stddev 1858.991
progress: 22.2 s, 29.9 tps, lat 3003.451 ms stddev 2389.133

vi test.sql
\setrandom id 1 32000000
select query_update_insert(:id);
pgbench -M prepared -n -r -f ./test.sql -P 1 -c 88 -j 88 -T 20 -h xxxx.pg.rds.aliyuncs.com -p 3433 -U digoal postgres
progress: 5.7 s, 144.2 tps, lat 563.075 ms stddev 1426.395
progress: 5.8 s, 1292.3 tps, lat 133.407 ms stddev 609.956
progress: 5.8 s, 1028.1 tps, lat 29.967 ms stddev 37.131
progress: 11.3 s, 25.5 tps, lat 2265.784 ms stddev 2573.469
progress: 11.3 s, 6079.0 tps, lat 9.619 ms stddev 9.293
progress: 11.3 s, 4787.2 tps, lat 624.805 ms stddev 1740.448
progress: 16.9 s, 98.1 tps, lat 867.968 ms stddev 1989.390
progress: 17.1 s, 1313.4 tps, lat 870.720 ms stddev 2098.172
progress: 17.1 s, 13863.8 tps, lat 65.169 ms stddev 56.996
progress: 17.1 s, 11670.3 tps, lat 20.520 ms stddev 35.188

postgres=> \timing
Timing is on.
postgres=> select count(*) from login_log;
  count  
--------
 140456
(1 row)
Time: 28.747 ms
postgres=> select count(*) from userinfo;
  count   
----------
 32000001
(1 row)
Time: 3141.289 ms

vi test.sql
\setrandom id 1 32000000
select query_smalltbl(:id);
pgbench -M prepared -n -r -f ./test.sql -P 1 -c 88 -j 88 -T 20 -h xxxx.pg.rds.aliyuncs.com -p 3433 -U digoal postgres
progress: 1.0 s, 2420.4 tps, lat 23.557 ms stddev 45.623
progress: 2.0 s, 4337.3 tps, lat 19.923 ms stddev 37.168
progress: 3.0 s, 4555.2 tps, lat 20.154 ms stddev 35.738
progress: 4.0 s, 4362.4 tps, lat 20.094 ms stddev 40.591
progress: 5.1 s, 4203.5 tps, lat 20.386 ms stddev 36.220
progress: 6.0 s, 4484.5 tps, lat 19.888 ms stddev 36.724
progress: 7.0 s, 4551.6 tps, lat 19.634 ms stddev 39.959
progress: 8.0 s, 4041.8 tps, lat 21.195 ms stddev 40.362
progress: 9.1 s, 4557.6 tps, lat 19.758 ms stddev 37.218
progress: 10.0 s, 4349.1 tps, lat 20.254 ms stddev 34.562


测试结果与使用plproxy分布式处理的对比:
性能提升非常明显。

再报几个可能遇到的问题(现在这些问题以及都修复了):
1. 当容量超出时(例如执行一个大的插入,我在生成测试数据时遇到),数据库会被KILL掉,数据库重启并恢复。(原因是单个SQL需要申请的内存超出了购买的规格,触发了OOM。)
恢复时间有点长,约30分钟,(恢复过程中建议不要限制IOPS,尽快恢复才是王道)并且恢复后,还会有很长一段时间处于recovery状态。

postgres=> select pg_is_in_recovery();
 pg_is_in_recovery 
-------------------
 t
(1 row)

同时这点过于暴力,是不是可以给用户提个醒,和用户协商一下呢?给用户一个时间窗口,让用户自己处理。(现在已经改为比较温柔的做法了,感兴趣的童鞋可以测试一下)

2. OS层缓存,这个已经说了,阿里云RDS目前可能没有限制OS层缓存,所以尽情享受吧。

3. IOPS限制间隔,在测试UPDATE时,性能非常不稳,可能是IOPS限制间隔或者手段造成的,当然也可能是FPW造成的,因为没有RDS所在服务器的权限,没有办法调试,所以基本靠猜。

4. 为什么我们的plproxy没有看到所有测试的线性性能提升(目测某些只有5到8倍的性能提升,某些有超过16倍的性能提升),因为阿里云RDS并没有限制CPU的使用率,只限制了共享内存和IOPS,那么有些节点所在的机器可能CPU资源较空,有些较忙,我们的测试虽然是随机的分发到各个节点,但是因测试线程是共享的,所以单个实例如果比较慢,对总体测试结果有一定的影响。
而对于IO类的测试,性能提升是达到16倍的。
排除这些影响,使用plproxy是线性提升的,我在以前的分享中有数据可供查看,有兴趣的朋友可以看我以前的一些分享。

先写到这里,下一篇来讲讲如何增加或减少数据节点。

[参考]
相关实践学习
使用PolarDB和ECS搭建门户网站
本场景主要介绍基于PolarDB和ECS实现搭建门户网站。
阿里云数据库产品家族及特性
阿里云智能数据库产品团队一直致力于不断健全产品体系,提升产品性能,打磨产品功能,从而帮助客户实现更加极致的弹性能力、具备更强的扩展能力、并利用云设施进一步降低企业成本。以云原生+分布式为核心技术抓手,打造以自研的在线事务型(OLTP)数据库Polar DB和在线分析型(OLAP)数据库Analytic DB为代表的新一代企业级云原生数据库产品体系, 结合NoSQL数据库、数据库生态工具、云原生智能化数据库管控平台,为阿里巴巴经济体以及各个行业的企业客户和开发者提供从公共云到混合云再到私有云的完整解决方案,提供基于云基础设施进行数据从处理、到存储、再到计算与分析的一体化解决方案。本节课带你了解阿里云数据库产品家族及特性。
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