PostgreSQL na EXT3/4, XFS, BTRFS a ZFS

Transkript

1 PostgreSQL na EXT3/4, XFS, BTRFS a ZFS OpenAlt 2015, 7-8 listopad, Brno Tomáš Vondra tomas.vondra@2ndquadrant.com

2 ne inženýr souborových systémů databázový inženýr

3 Který souborový systém bychom měli použít pro PostgreSQL na produkci?

4 Podle našich benchmarků z roku 2003 je nejlepší souborový systém...

5 Co to vlastně znamená že souborový systém je stabilní a production ready?

6 1) spolehlivost 2) konzistentní výkon 3) nástroje

7 DISCLAIMER Proti žádnému ze zmiňovaných souborových systémů nic osobního nemám.

8 SSD

9 Souborové systémy

10 EXT3, EXT4, XFS,... EXT3/4, XFS, (a další) tradiční design z 90. let, případně doplněný o žurnál totožné cíle, podobné koncepty, různé implementace postupné vylepšování a modernizace vyzrálé, spolehlivé, prověřené časem a produčními instalacemi historie stručně EXT XFS ( SGI Irix 5.3, 2000 GPL, 2002 Linux) EXT4

11 EXT3, EXT4, XFS,... evoluce, nikoliv revoluce doplňování vlastností (e.g. TRIM, write barriers,...) vylepšení škálovatelnosti (metadata,...) opravy chyb počaty v době rotačních disků víceméně fungují na SSD discích stop-gap pro budoucí systémy (NVRAM,...) žádná podpora pro volume management, více disků, snapshoty řeší se přes LVM a RAID (hw/sw)

12 BTRFS, ZFS základní myšlenky integrace vrstev (LVM + dm +...) zaměřeno na consumer-level hardware (častá selhání) zaměřeno na velké datové objemy což nám (doufejme) přinese... flexibilní management zabudovaný snapshotting kompresi, deduplikaci kontrolní součty

13 BTRFS, ZFS BTRFS zamergováno v 2009, nadále experimental on-disk formát označený jako stable (1.0) někdo tvrdí že stable nebo dokonce production ready... default v některých distribucích ZFS původně Sun / Solaris, ale got Oracled :-( mírně fragmentovaný vývoj (Illumos, Oracle,...) dostupný i na jiných BSD systémech (FreeBSD) ZFS on Linux projekt (ale CDDL vs. GPL apod.)

14 Obecné mount options

15 Obecné mount options TRIM (discard) zapne zasílání TRIM příkazů z kernelu na SSD ovlivňuje interní čistící procesy (mazání bloků) / wear leveling ne úplně nutné, ale může pomoci SSD s garbage collection write barriers brání řadiči měnit pořadí zápisů (journal x data) zaručuje konzistenci souborového systému, nebrání ztrátě dat write cache + baterka => write barriers lze vypnout SSD alignment

16 Specifické mount options

17 BTRFS nodatacow vypne copy on write (CoW), pro snapshoty dočasně zapne současně vypne kontrolní součty (vyžadují plné CoW) také zřejmě vypne torn-page resiliency (full_page_writes=on) ssd zapne různé SSD optimalizace (ale není jasné které) compress=lzo/zlib spekulativní komprese

18 ZFS recordsize=8kb standardní ZFS stránka má 128kB (PostgreSQL používá 8kB stránky) problémy s ARC cachí (menší počet slotů ) logbias=throughput [latency] ovlivňuje práci se ZIL priorita latence vs. propustnost zfs_arc_max omezení velikosti ARC cache měla by se nastavovat automaticky, ale externí modul...

19 Benchmark

20 pgbench (TPC-B) transakční benchmark (TPC-B) / stress-test spousta malých dotazů (přístup přes PK,...) mix různých typů I/O (čtení/zápis, náhodně/sekvenčně) dvě varianty read-only (SELECT) read-write (SELECT + INSERT + UPDATE) tři kategorie datových objemů malý (~200MB) střední (~50% RAM) velký (~200% RAM)

21 Hardware CPU: Intel i5-2500k GHz (3.7GHz) 6MB cache GB RAM (DDR3 1333) SSD Intel S GB (SATA3) Gentoo + kernel PostgreSQL 9.4

22 Ale to není reprezentativní!

23 Výsledky více než 40 kombinací otestováno další jsou v plánu každý test běží > 4 dny

24 pgbench read-only

25 pgbench / small (150 MB) read-only transakcí za vteřinu počet klientů

26 pgbench / velký (16GB) read-only transakcí za vteřinu počet klientů ZFS ZFS (recordsize=8k) BTRFS BTRFS (nodatacow) F2FS ReiserFS EXT4 EXT3 XFS

27 pgbench read-write

28 pgbench / malý (150MB) read-write transakcí za vteřinu počet klientů BTRFS (ssd, nobarrier) EXT3 F2FS (nobarrier, discard) XFS (nobarrier, discard) ZFS (recordsize, logbias) BTRFS (ssd, nobarrier, discard, nodatacow) EXT4 (nobarrier, discard) ReiserFS (nobarrier) ZFS

29 pgbench / small (150MB) read-write transakcí za vteřinu počet klientů BTRFS (ssd, nobarrier, discard, nodatacow) F2FS (nobarrier, discard) ReiserFS (nobarrier) ZFS (recordsize, logbias) EXT4 (nobarrier, discard) XFS (nobarrier, discard)

30 pgbench / large (16GB) read-write 6000 transakcí za vteřinu počet klientů ZFS ZFS (recordsize) F2FS (nobarrier, discard) EXT3 XFS (nobarrier, discard) BTRFS (ssd) ZFS (recordsize, logbias) BTRFS (ssd, nobarrier, discard, nodatacow) ReiserFS (nobarrier) EXT4 (nobarrier, discard)

31 pgbench / large (16GB) read-write transakcí za vteřinu počet klientů ZFS (recordsize, logbias) BTRFS (ssd, nobarrier, discard, nodatacow) XFS (nobarrier, discard) F2FS (nobarrier, discard) ReiserFS (nobarrier) EXT4 (nobarrier, discard)

32 Write barriers ext4 and xfs (defaults, noatime) transakcí za vteřinu čas benchmarku (vteřina) ext4 (barrier) ext4 (nobarrier) xfs (barrier) xfs (nobarrier)

33 Variabilita výkonu

34 pgbench / large (16GB) read-write počet transakcí po vteřinách transakcí za vteřinu doba benchmarku (vteřina) btrfs (ssd, nobarrier, discard) ext4 (nobarrier, discard) zfs (recordsize, logbias) btrfs (ssd, nobarrier, discard, nodatacow) xfs (nobarrier, discard)

35 4kB vs. 8kB

36 PostgreSQL se 4kB a 8kB stránkami pgbench read-write, 16 klientů, scale 5000 (~80GB) discard nodiscard 8 kb 4 kb

37 Host_Writes_32MB vs. 4kB/8kB stránky množství dat zapsaných na SSD (4 hodiny) GBs kb 4 kb

38 Host_Writes_32MB vs. 4kB/8kB stránky množství dat zapsaných na SSD (4 hodiny) GBs kb 4 kb raw compensated

39 EXT / XFS obdobné chování víceméně kompromis propustnost-latence EXT4 vyšší propustnost, větší fluktuace XFS nižší propustnost, menší fluktuace zásadní vliv write barriers vyžaduje spolehlivé disky / RAID řadič s BBU minimální impact TRIM záleží na modelu SSD (různý over-provisioning atd.) záleží na tom jak plné SSD je benchmark nemaže data (přepisuje stránky)

40 BTRFS, ZFS značná cena za vlastnosti (založené na CoW) zhruba 50% redukce výkonu při zápisech BTRFS všechny problémy na které jsem narazil byly na BTRFS dobré: žádné data corruption problémy (ale netestováno) špatné: nestabilní a nekonzistentní chování ZFS cizinec ve světě Linuxu daleko vyzrálejší než BTRFS, pěkné stabilní chování ZFSonLinux projekt aktivně vyvíjen (aktuální 0.6.5, testováno 0.6.3)

41 Závěr

42 Závěr pokud vám stačí tradiční souborový systém použijte EXT4/XFS, podle preferencí vaší distribuce žádné zásadní rozdíly, určitě jde vytunit na stejný výkon vyplatí se věnovat čas tuningu pokud využijete advanced vlastnosti např. snapshotting, integraci LVM apod. ZFS je dobrá volba (možná např. ve FreeBSD) BTRFS (zatím) jednoznačně nedoporučuji

43 Otázky?

44 pgbench / large (16GB) read-write ext4 (noatime, discard, nobarrier) transakcí za vteřinu počet klientů cfq noop deadline

45 pgbench / large (16GB) read-write (16 clients) průměrná latence latence [ms] doba benchmarku (vteřina) cfq noop deadline

46 pgbench / large read-write (16 clients) rozptyl (STDDEV) latencí rozptyl latencí (ms) doba benchmarku (vteřina) cfq noop deadline

47 BTRFS, ZFS Tasks: 215 total, 2 running, 213 sleeping, 0 stopped, 0 zombie Cpu(s): 0.0%us, 12.6%sy, 0.0%ni, 87.4%id, 0.0%wa, 0.0%hi, 0.0%si, 0.0%st Mem: k total, k used, k free, 9712k buffers Swap: k total, 22228k used, k free, k cached PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND root R :28.09 kworker/u16: root S :02.91 kworker/5:0 1 root S :01.02 init 2 root S :09.10 kthreadd... Samples: 59K of event 'cpu clock', Event count (approx.): Overhead Shared Object Symbol 37.47% [kernel] [k] btrfs_bitmap_cluster 30.59% [kernel] [k] find_next_zero_bit 26.74% [kernel] [k] find_next_bit 1.59% [kernel] [k] _raw_spin_unlock_irqrestore 0.41% [kernel] [k] rb_next 0.33% [kernel] [k] tick_nohz_idle_exit...

48 BTRFS, ZFS $ df /mnt/ssd s3700/ Filesystem 1K blocks Used Available Use% Mounted on /dev/sda % /mnt/ssd s3700 $ btrfs filesystem df /mnt/ssd s3700 Data: total=88.13gb, used=65.82gb System, DUP: total=8.00mb, used=16.00kb System: total=4.00mb, used=0.00 Metadata, DUP: total=2.50gb, used=2.00gb Metadata: total=8.00mb, used=0.00 : total=364.00mb, used=0.00 <= full (0.5GB for btrfs) $ btrfs balance start dusage=10 /mnt/ssd s3700

49 EXT3/4, XFS Linux Filesystems: Where did they come from? (Dave linux.conf.au 2014) Ted Ts'o on the ext4 Filesystem (Ted Ts'o, NYLUG, 2013) XFS: There and Back and There Again? (Dave Vault 2015) XFS: Recent and Future Adventures in Filesystem Scalability (Dave Chinner, linux.conf.au 2012) XFS: the filesystem of the future? (Jonathan Corbet, Dave Chinner, LWN, 2012)