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基于英特尔® 傲腾? 长期内存100系列的Cassandra计划实践
英特尔® 傲腾? 长期内存是Intel在2019年宣布的一款革命性的产品，英特尔® 傲腾? 长期内存是一种全新的内存类型，其架构设计旨在从数据中心中罗致更多价值，重构数据中心内存/存储条理结构。差别于古板的DRAM，英特尔® 傲腾? 长期内存集大容量、经济性和长期性于一身，能够支持数据中心多个应用场景。pg电子官网基于英特尔® 傲腾? 长期内存做了大宗的应用场景解决计划，笼罩大数据剖析、数据库、云与虚拟化、漫衍式存储等应用场景。为了资助用户通过越发灵活的架构来实现立异型的应用，助力企业实现性能突破，pg电子官网宣布了基于英特尔® 傲腾? 长期内存技术的Cassandra应用计划。
Apache Cassandra是一套开源漫衍式NoSQL数据库系统。它最初由Facebook开发，用于贮存收件箱等简单花样数据，集Google BigTable的数据模型与Amazon Dynamo的完全漫衍式架构于一身。Facebook于2008将Cassandra开源，今后，由于Cassandra良好的可扩展性和性能，广泛应用于消息、订单盘问、网站等互联网在线应用场景中，成为了一种流行的漫衍式结构化数据存储计划。经过在社区使用历程中的不绝优化，Cassandra正在变得越来越好，在数据库排行榜“DB-Engines Ranking”中，Cassandra已经在NoSql数据库领域中已经排名第一位。
Cassandra自己具有很是高的写入性能，并且支持并发盘问的能力也很好，目前已经有越来越多的用户使用Cassandra构建他们的实时盘算系统，可是用户在构建实时盘算系统的历程中发明，在部分业务场景中Cassandra仍然无法满足高并发写入、毫秒级响应的需求，好比在车联网行业，数十亿的数据量下分页盘问、车辆历史轨迹盘问要抵达毫秒级响应。pg电子官网为了资助企业用户化解关于Cassandra数据库高并发写入及低延时响应的苛刻需求，pg电子官网进行了基于英特尔® 傲腾? 长期内存技术的 Cassandra性能优化实践，通过将英特尔® 傲腾? 长期内存作为Cassandra数据库的长期性存储，相比于古板计划，不但大幅的提升了数据库在高并发下的写入和盘问能力，并且大幅的降低了延迟。
利用英特尔® 傲腾?长期内存技术化解用户的苛刻需求
图1是开源Apache Cassandra数据库的数据读写流程，Cassandra数据库的内存结构及读写流程很是的庞大。Cassandra的内存结构主要由Memtable、KeyCache、RowCache等组成。当客户端提倡写操作时，Cassandra首先会将数据写入Commit Log中，然后再写入内存Memtable，当Memtable写满之后，会将数据flush到硬盘的SSTable数据文件中，Commit Log通�；岱旁赟SD上，受限于SSD的性能会严重影响Cassandra的写入性能。当客户端提倡读请求时，流程越发的庞大，为了找到数据存储在那边，需要在好几个阶段处理数据，从Memtable开始，到SSTables结束，并且Cassandra数据库的Compaction战略会严重的影响读的性能。
图1
为了解决此问题， 英特尔工程师团队对Cassandra数据库的内存结构进行了简化，利用英特尔® 傲腾? 长期内保存App Direct 模式下高性能低延迟的特性，应用程序直接会见长期内存，大幅提升Cassandra数据库在高并发下的性能体现。
图2
英特尔® 傲腾? 长期内存是一种全新的内存类型，差别于古板的DRAM，其集大容量、经济性和长期性于一身，读写带宽比NVME设备高数倍，并大幅降低延时问题。由于写入方法差别，英特尔® 傲腾? 长期内存也比Flash NAND更耐用，并通过高达512GB的单�？槿萘�，实现了远超古板 DRAM 的系统内存容量。其从基础上改变了数据中心的弹性，将内存数据库重启时间从以前的几天、几小时缩短到现在的几分钟甚至几秒钟，并提供经济实惠的内存空间，将系统内存容量扩展到前所未有的水平。
英特尔® 傲腾? 长期内存拥有两种特殊的运行模式——App Direct 模式和内存模式。具体来看，接纳App Direct 模式，经过专门调试的应用程序可以从产品固有的长期性中充分获取价值，同时获得更大的容量；在内存模式下，在受支持的操作系统或虚拟情况中运行的应用程序可将该产品用于易失性存储，在无需重写软件的情况下，有效利用高达512GB的内存�？榇吹母郊酉低橙萘�，在大型内存池中获得新的洞察。
在实际的计划安排中，pg电子官网使用了英特尔® 至强® 第二代可扩展处理器与英特尔® 傲腾? 长期内存组成强强组合，简化Cassandra数据库内存结构，充分利用英特尔® 傲腾? 长期内存性能优势，以满足用户苛刻的性能需求。
计划验证：英特尔® 傲腾? 内存性能优势显著
为了测试英特尔® 傲腾? 长期内存作为Cassandra数据库的存储性能，pg电子官网决定在存储容量近似的情况下，划分测试基于英特尔® 傲腾? 长期内存/英特尔®SSD P4510两种配置下的性能比照。
在实际测试中，pg电子官网将英特尔® 傲腾? 长期内存设置为 App Direct运行模式，测试使用2台效劳器，其中，一台效劳器用于Cassandra数据库节点，另外一台效劳器作为客户端节点。在本次测试中，pg电子官网使用了 100%Read、80%Read20%Insert、 50%Read50%Insert三个模型划分来评测Cassandra在英特尔® 傲腾? 长期内存和英特尔®SSD P4510下的读写性能。
pg电子官网划分测试了两种配置在差别线程下的P99延时以及吞吐量（测试结果如表2-表5）。
英特尔® 傲腾? 长期内存吞吐量
英特尔® NAND SSD吞吐量
英特尔® 傲腾? 长期内存P99延时
英特尔® NAND SSD P99延时
表2-表5
从测试结果我们看到，在三种测试模型下，英特尔® 傲腾? 长期内存配置的P99延时和吞吐量在高并发下有了大幅的提升。
表7
通过表7的比照结果我们看到，100%读取事情负载的吞吐量提升了14.4倍，支持的事情负载（客户端线程数）提升了13.3倍；Mix(80/20)事情负载的吞吐量提升了6.8倍，支持的事情负载（客户端线程数）提升了10倍；Mix(50/50)事情负载的吞吐量提升了4倍，支持的事情负载（客户端线程数）提升了10倍。
效果：大幅提升Cassandra在高并发下的读写性能
从测试结果可以看出，我们使用优化过的Cassandra分支版本(PMEM-Cassandra)，利用英特尔® 傲腾? 长期内保存App Direct 模式下高性能低延迟的特性，应用程序直接会见长期内存，可以大幅提升Cassandra数据库在高并发下的性能体现。pg电子官网可以资助企业用户化解关于Cassandra数据库在特定场景中高并发写入及低延时响应的苛刻需求，相比于古板计划，不但大幅的提升了数据库在高并发下的写入和盘问能力，并且大幅的降低了延迟。
