英特尔傲腾DC持久内存NoSQL性能评估

今年早些时候 ，我们在对Supermicro SuperServer 1029U-TN10RT   平台的评论中发布了   英特尔傲腾DC持久性内存数据   。超微它是第一个提供Intel持久性内存支持的公司，而双处理器2U系统作为持久性存储器测试平台已经做了出色的工作。以传统的块存储方式查看Optane DC持久性存储的速度是有启发性的，但是持久性存储的真正价值是由可以自然地利用这种新介质，将数据智能地放置在DRAM，持久性存储或板载存储中的应用程序揭示的。应用需求。为了更好地了解Optane DC永久存储器的性能，我们将Supermicro服务器使用领先的NoSQL平台Aerospike进行工作。

Supermicro服务器中的Intel Optane DC永久性内存模块

什么是Aerospike？

Aerospike提供了一个分布式，高度可扩展的非关系数据库管理系统，用于处理涉及运营数据的苛刻的读/写工作负载。它旨在为访问10s-100s TB数据库中数十亿条记录的数据集提供极快且可预测的响应时间。Aerospike支持各种战略应用程序，包括防欺诈，数字支付，推荐引擎，实时出价等。Aerospike的客户包括Adobe，Airtel，FlipKart，Kayak，Nielsen，PayPal和Wayfair等大公司。

根据用例和数据集，可以在各种配置中部署Aerospike，以优化用例的系统资源。Aerospike可以使用内存中的数据启动，也可以使用SSD上的数据在内存中启动索引，或者使用SSD上的数据在SSD上启动索引。最近，Aerospike发布了一种新配置，该配置利用了AppDirect模式下的英特尔Optane DC永久内存。索引与SSD上的数据一起存储在PMEM中。这种新模式扩展了Aerospike的容量，同时保持了性能非常接近使用SSD上的数据在内存中建立索引。这种新模式不仅可以提供亚毫秒级的延迟，而且还可以在不重建主索引的情况下快速完全重启Aerospike。

通过在不同的Aerospike配置中应用不同类型的工作负载，可以评估在SuperMicro SuperServer上利用Intel Optane DC永久内存的优势和性能。针对SSD配置上的内存/数据中的索引和SSD上的PMEM /数据中的索引运行基准并进行比较，可以提供有关在使用持久性内存还是DRAM方面做出明智选择的信息。还有一种其他配置可以提供有关持久内存的其他性能信息。尽管尚未发布PMEM中的索引和PMEM功能中的数据，但是有一种方法可以将服务器上的PMEM配置为与PMEM中的索引一起运行，并运行配置为块设备的PMEM的一部分，以便您了解PMEM中的索引和PMEM中的数据的性能可能性。

Aerospike NoSQL配置

三种不同的工作负载分别应用于三种不同的配置。Aerospike Java Benchmark从4个客户端服务器生成了50/50的读/写工作负载，只读的工作负载和仅写的工作负载。每个测试都包含多个阶段：

• 接收阶段–将数据加载到数据库中。

• 预热阶段–运行两个小时的写入负载以为数据库创建稳定状态。

• 测试阶段–运行测试的实际工作量一个小时。

在运行任何测试之前，为数据选择了适当的键集和对象大小。尽管Aerospike的对象大小范围很广，从几个字节到一百万个字节，但是选择了密钥集和对象大小来练习服务器硬件并演示PMEM配置的性能。较大的对象大小可能会造成网络瓶颈，而不能完全展示Optane DC永久内存的功能。因此，所有测试均使用440字节的对象大小。

密钥集大小受用于SSD配置上的内存/数据中的索引的内存量限制。内存配置中的索引仅限于40亿个对象的数据集。即使PMEM中的索引可以处理155亿个密钥的容量，但仅使用40亿个密钥可以更好地与内存测试中的索引进行比较。最后一组测试以PMEM中的索引和PMEM中的数据运行。因为服务器总共有1.5TB的PMEM，所以这些测试仅使用了十亿个密钥。

硬件配置

硬件配置包括两个关键组件。单个数据库服务器装有Intel Optane PC永久内存。四个客户端服务器针对数据库服务器生成负载。

数据库服务器

• 机箱–超微超1U SYS-1029U-TN10RT

• 中央处理器

  • 2个Intel Xeon可扩展8268（2.9GHz，24C）

  • 2个Intel Xeon可扩展8280（2.7GHz，28C）

  
  

• 存储-10个Intel DC P4510 2TB NVMe SSD，1DWPD

• 内存-12 x 32GB DDR4-2933

• 永久内存-12个128GB DDR4-2666 Intel Optane DC PMM

• 网络– 100 GbE

• 操作系统-Fedora 29  

客户端服务器

• 机箱-Dell R740xd

• CPU-2个Intel Xeon可扩展6130

• DRAM-256GB

• 网络– 2 x 25 GbE

• 操作系统-Ubuntu – 18.04

• 软体-Aerospike Enterprise 4.5.1

• 负载生成器-Aerospike Java基准测试（Aerospike Java Client 4.4.0）

Aerospike的性能结果

如前所述，我们在各种工作负载配置以及索引和数据库的位置中进行了测试。此外，我们使用了两组不同的第二代Intel Xeon可扩展CPU。我们在数据库服务器中同时运行8268和8280，8280 CPU是支持Optane DC永久内存的最高bin Intel CPU。8280的原始时钟速度比8268的时钟高12Ghz，即性能提高了8.6％。尽管不在下表中，但应注意，就服务质量而言，测试的所有延迟结果在服务器处都在或接近100％亚毫秒。

内存中的索引，NVMe SSD上的数据

尽管我们知道8280的原始时钟速度比8268的原始时钟速度提高了8.6％，但了解如何将其转换为应用程序的改进是一个核心目标。通过使用Aerospike，索引位于内存中，并且NVMe SSD上的数据，我们看到了以下行项更改。混合读/写50/50性能提高了9.4％，100％读取提高了21.4％，而100％写入则提高了14.8％。

Optane DC永久存储器中的索引，NVMe SSD上的数据

正如我们在此数据中所看到的，将索引从DRAM移至持久性存储器对事务性能几乎没有影响。但是在生产中，这意味着由于Aerospike可以使用永久内存而不是DRAM来进行索引，因此数据库节点重启后的恢复要快得多，因为大量的DRAM不需要去SSD即可重建。高密度存储盒还可以节省成本，因为被测试的128GB Optane DC永久性内存模块比128GB DIMM便宜得多。

Optane DC永久存储器上的索引和数据

如前所述，Aerospike已经宣布，但尚未提供在Intel Optane DC永久存储器上运行索引和数据库的功能的一般可用性。也就是说，我们确实演示了允许的当前代码构建，这表明混合工作负载中每秒可增加约33％或600,000次操作。

结论

英特尔傲腾DC持久性内存是数据层次结构中不可思议的强大组成部分。在RAM和存储之间插入的Intel永久存储器的化身最终使该技术成为主流。但是仅仅获得一种新的存储技术是不够的，可以本地利用永久性存储器的应用程序将具有巨大的竞争优势。我们通过Aerospike所看到的灵活性表明，他们已经为Optane DC永久性内存提供了应用程序直接模式支持（块存储），这已经可以应付自如了。此外，在将索引和数据都保存在持久性内存模块上时，它们是NoSQL世界的领导者。尽管后者仍然是一个新兴的愿景，但早期的结果看起来很有希望。