数据库系统的核心是啥(数据库三个核心性能指标)

概述

今天主要介绍MySQL数据库,或者说所有数据库的三个关键性能指标:

  • qps 每秒处理的查询数
  • tps 每秒处理的事务数
  • IOPS 每秒磁盘进行的I/O操作次数
详解数据库三个核心性能指标--TPS\QPS\IOPS

一、TPS(适用innodb)

1、概念

Transactions Per Second(每秒传输的事物处理个数),即服务器每秒处理的事务数。

TPS包括一条消息入和一条消息出,加上一次用户数据库访问。(业务TPS = CAPS × 每个呼叫平均TPS)

TPS是软件测试结果的测量单位。一个事务是指一个客户机向服务器发送请求然后服务器做出反应的过程。客户机在发送请求时开始计时,收到服务器响应后结束计时,以此来计算使用的时间和完成的事务个数。

一般的,评价系统性能均以每秒钟完成的技术交易的数量来衡量。系统整体处理能力取决于处理能力最低模块的TPS值。

2、TPS计算

2.1、方法一

Com_commit = SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Com_commit';
Com_rollback = SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Com_rollback';
Uptime = SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Uptime';
TPS=(Com_commit + Com_rollback)/Uptime

2.2、方法二

use information_schema;
select VARIABLE_VALUE into @num_com from GLOBAL_STATUS where VARIABLE_NAME ='COM_COMMIT';
select VARIABLE_VALUE into @num_roll from GLOBAL_STATUS where VARIABLE_NAME ='COM_ROLLBACK';
select VARIABLE_VALUE into @uptime from GLOBAL_STATUS where VARIABLE_NAME ='UPTIME';
select (@num_com+@num_roll)/@uptime;

二、QPS(同时适用与InnoDB和MyISAM 引擎 )

1、概念

每秒查询率QPS是对一个特定的查询服务器在规定时间内所处理流量多少的衡量标准,在因特网上,作为域名系统服务器的机器的性能经常用每秒查询率来衡量。

对应fetches/sec,即每秒的响应请求数,也即是最大吞吐能力。

2、QPS计算

2.1、方法一

Questions = SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Questions';
Uptime = SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Uptime';
QPS=Questions/Uptime

2.2、方法二

use information_schema;
select VARIABLE_VALUE into @num_queries from GLOBAL_STATUS where VARIABLE_NAME ='QUESTIONS';
select VARIABLE_VALUE into @uptime from GLOBAL_STATUS where VARIABLE_NAME ='UPTIME';
select @num_queries/@uptime;

三、IOPS

1、概念

IOPS (Input/Output Per Second)即每秒的输入输出量(或读写次数),是衡量磁盘性能的主要指标之一。IOPS是指单位时间内系统能处理的I/O请求数量,一般以每秒处理的I/O请求数量为单位,I/O请求通常为读或写数据操作请求。随机读写频繁的应用,如OLTP(Online Transaction Processing),IOPS是关键衡量指标。另一个重要指标是数据吞吐量(Throughput),指单位时间内可以成功传输的数据数量。对于大量顺序读写的应用,如VOD(Video On Demand),则更关注吞吐量指标。

传统磁盘本质上一种机械装置,如FC,SAS,SATA磁盘,转速通常为5400/7200/10K/15K rpm不等。影响磁盘的关键因素是磁盘服务时间,即磁盘完成一个I/O请求所花费的时间,它由寻道时间、旋转延迟和数据传输时间三部分构成。

寻道时间Tseek是指将读写磁头移动至正确的磁道上所需要的时间。寻道时间越短,I/O操作越快,目前磁盘的平均寻道时间一般在3-15ms。

旋转延迟Trotation是指盘片旋转将请求数据所在扇区移至读写磁头下方所需要的时间。旋转延迟取决于磁盘转速,通常使用磁盘旋转一周所需时间的1/2表示。比如,7200 rpm的磁盘平均旋转延迟大约为60*1000/7200/2 = 4.17ms,而转速为15000 rpm的磁盘其平均旋转延迟约为2ms。

数据传输时间Ttransfer是指完成传输所请求的数据所需要的时间,它取决于数据传输率,其值等于数据大小除以数据传输率。目前IDE/ATA能达到133MB/s,SATA II可达到300MB/s的接口数据传输率,数据传输时间通常远小于前两部分时间。

IOPS可细分为如下几个指标:

Toatal IOPS,混合读写和顺序随机I/O负载情况下的磁盘IOPS,这个与实际I/O情况最为相符,大多数应用关注此指标。

  • Random Read IOPS,100%随机读负载情况下的IOPS。
  • Random Write IOPS,100%随机写负载情况下的IOPS。
  • Sequential Read IOPS,100%顺序负载读情况下的IOPS。
  • Sequential Write IOPS,100%顺序写负载情况下的IOPS。

IOPS的测试benchmark工具主要有Iometer, IoZone, FIO等,可以综合用于测试磁盘在不同情形下的IOPS。对于应用系统,需要首先确定数据的负载特征,然后选择合理的IOPS指标进行测量和对比分析,据此选择合适的存储介质和软件系统。

2、IOPS计算

理论上可以计算出磁盘的最大IOPS,即IOPS = 1000 ms/ (Tseek + Troatation),忽略数据传输时间。假设磁盘平均物理寻道时间为3ms, 磁盘转速为7200,10K,15K rpm,则磁盘IOPS理论最大值分别为,

IOPS = 1000 / (3 + 60000/7200/2) = 140

IOPS = 1000 / (3 + 60000/10000/2) = 167

IOPS = 1000 / (3 + 60000/15000/2) = 200

3、案例

需求:20TB存储空间同时满足4500 IOPS+RAID 5,我应该如何计算?RAID 5或者RAID 1/0的时候分别需要多少块硬盘?

首先需要知道I/O中读操作(Read)与写操作(Write)所占的百分比。然后通过下列公式,将主机的IOPS需求转换成硬盘实际IOPS负载:

详解数据库三个核心性能指标--TPS\QPS\IOPS

假定4500 IOPS中读/写比是2:1,则不同RAID类型Drive IOPS要求分别如下:

RAID 1/0: (2/3)*4500 + 2*(1/3)*4500 = 6000 IOPS
RAID 5: (2/3)*4500 + 4*(1/3)*4500 = 9000 IOPS
RAID 6: (2/3)*4500 + 6*(1/3)*4500 = 12000 IOPS

再参照下表中不同类型硬盘单块IOPS参数,得出需要多少块硬盘:

详解数据库三个核心性能指标--TPS\QPS\IOPS

假定选用FC 15K RPM硬盘,则:

RAID 1/0: 6000/180 = 34 块
RAID 5: 9000/180 = 50 块
RAID 6: 12000/180 = 67 块

注:实际情况下还需考虑Vault Drivers (共5块)以及Hot Spares (建议每30块硬盘一个)。

最后,如果选用600GB FC硬盘来实现20TB可用空间,则RAID 1/0需要78块,RAID 5需要42块。

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