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主流NoSQL数据库评测之Tokyo Cabinet

  【IT168 专稿】上一篇文章我们对NoSQL数据库产品中的HandlerSocket做了详细的评测。在本篇中要评测的NoSQL产品是Tokyo Cabinet和Tokyo Tyrant,Tokyo Cabinet是一个性能优秀的数据存储引擎,而Tokyo Tyrant则提供了访问Tokyo Cabinet数据的网络接口。这是一个很成熟的产品,在国内外也有众多的成功案例。

  一、Tokyo Cabinet和Tokyo Tyrant简介

  Tokyo Cabinet(简称TC)和Tokyo Tyrant(简称TT),顾名思义,是源自日本的开源项目。由FAL Labs维护,主要的开发人员是Mikio Hirabayashi。最早应用在日本最大的SNS网站mixi.jp上成功后而声名鹊起。

  TC是一个用C写的数据存储引擎,以key-value的方式存储数据,支持Hash、B+ tree、Hash Table等多种数据结构。同时提供了C、 Perl、 Ruby、Java和Lua等多种语言的API支持,但是如果通过网络来访问,就需要用TT。TT同样是用C写的,支持从网络端高并发、多线程的访问TC。另外TC/TT支持master/slave架构,可以通过配置实现高可用性,这也是很不错的一个特性。

  TC因为支持灵活的数据结构而倍受欢迎,特别是Hash Table类型,很像传统的关系型数据库,只是每条存储记录的列是自由定义的,可以通过列作为条件来查询,十分方便。这是很多key-value结构的NoSQL产品所不具备的特性。当然,Hash Table类型和Hash、B+ tree相比存取效率会低一些,任何事物都是有两面性的,在带来高度灵活度的同时,必然要牺牲部分的效率。

  TC/TT是一个久经考验的很稳定的产品,在千万及以下数据量级别表现出色。但是开发者由于种种原因,已经很长时间没有更新版本了,而是推出了对应升级产品,叫做Kyoto Cabinet和Kyoto Tycoon,这也给TC/TT的前景带来了不明朗的因素,很明显作者是鼓励人们使用升级的产品,但是由于新产品没有更多的成功案例,在业界的影响力反而不如TC/TT,因此在现阶段,TC/TT仍然是一个不错的NoSQL选择。

  二、测试说明

  1、测试环境

  TC/TT部署在一台PC 服务器上,配置如下:

  CPU为Xeon 2.80GHz *4

  内存为4G

  硬盘为一块400G SATA盘

  操作系统为64位CentOS 5.3版本

  2、测试方法

  这里仍然采用第三方实现的PHP客户端进行测试,网址为http://pecl.php.net/package/tokyo_tyrant,这是一个标准的PHP扩展程序,可以编译到PHP运行环境中。要说明的是,这个PHP客户端实现的是TT接口,肯定比使TT自带的tcrtest效率要低一些,但是我们的测试要尽量模拟实际的生产环境,所以这里使用了第三方的PHP客户端。

  为了不对测试服务器产生额外的影响,测试客户端部署在另外一台独立的服务器上,运行的PHP的版本是5.3.5,web server是Nginx 0.8.54,通过fastcgi的方式调用PHP服务。使用apache ab工具实现多个请求和并发操作。

  为了更全面的反应TC/TT的性能,我对B+ tree和Hash Table两种数据库类型分别进行了测试,就使用上文提到的ttserver示例语句来建立测试数据库,每个类型的测试又分为两个步骤,首先是写操作,通过500个请求,每个请求写入10000条记录,并发度为2来共写入500万条数据,数据的key为数字1到5000000,value大小为100个字节。然后是读操作,也是用500个请求,每个请求随机根据key值读出10000条记录,并发度为10共读出500万条记录,评测的重点是写入和读出数据的时间,以及在此过程中服务器的资源使用情况。

  三、安装和使用

  1、下载相关软件的最新版本(TC、TT和TC的lua扩展):

  [root@localhost tctt]# wget http://fallabs.com/tokyocabinet/tokyocabinet-1.4.47.tar.gz

  [root@localhost tctt]# wget http:
//fallabs.com/tokyotyrant/tokyotyrant-1.1.41.tar.gz

  [root@localhost tctt]# wget http:
//fallabs.com/tokyocabinet/luapkg/tokyocabinet-lua-1.9.tar.gz

  注意这里的lua扩展是可选的,如果不需要使用lua接口,可以不必安装。

  2、安装lua脚本,注意这里不能通过yum的方式安装,否则后面装tt时会提示找不到lua.h文件:

  wget http://www.lua.org/ftp/lua-5.1.4.tar.gz

  make linux

  make install

  安装过程中一般会报错如下:

  luaconf.h:275:31: error: readline/readline.h: No such file or directory

  luaconf.h:
276:30: error: readline/history.h: No such file or directory

  通过yum安装readline-devel即可:

yum install readline-devel

  3、安装TC、TT和TC的lua扩展,注意的是如果要使用LUA接口,那么编译TT的时候要加--enable-lua参数:

  [root@localhost tctt]# tar zxvf tokyocabinet-1.4.47.tar.gz

  [root@localhost tctt]# cd tokyocabinet
-1.4.47

  [root@localhost tokyocabinet
-1.4.47]# ./configure

  [root@localhost tokyocabinet
-1.4.47]# make

  [root@localhost tokyocabinet
-1.4.47]# make install

  [root@localhost tctt]# tar zxvf tokyocabinet
-lua-1.9.tar.gz

  [root@localhost tokyocabinet
-lua-1.9]# make

  [root@localhost tokyocabinet
-lua-1.9]# make install

  [root@localhost tctt]# tar zxvf tokyotyrant
-1.1.41.tar.gz

  [root@localhost tctt]# cd tokyotyrant
-1.1.41

  [root@localhost tokyotyrant
-1.1.41]# ./configure --enable-lua

  [root@localhost tokyotyrant
-1.1.41]# make

  [root@localhost tokyotyrant
-1.1.41]# make install

  至此就安装完成了,整个过程很简单,当然安装过程可能需要一些其他的程序包,可以根据提示进行安装即可。

  TT提供了很多命令行工具来管理数据库,比较常用的两个是ttserver和tcrmgr。

  Ttserver的用法如下:

  ttserver [-host name] [-port num] [-thnum num] [-tout num] [-dmn] [-pid path] [-kl] [-log path] [-ld|-le] [-ulog path] [-ulim num] [-uas] [-sid num] [-mhost name] [-mport num] [-rts path] [-rcc] [-skel name] [-mul num] [-ext path] [-extpc name period] [-mask expr] [-unmask expr] [dbname]

  各个参数的说明可查看官方文档,这里就不一一列举了。我们可以建立一个hash table类型和一个B+ tree类型的数据库:

  ttserver -host 192.168.0.35 -port 11301 -thnum 8 -dmn -pid /home/tc/test_data/test_data_b.pid -log /home/tc/test_data/test_data_b.log -le -ulog /home/tc/test_data/ -ulim 128m -sid 1 -rts /home/tc/test_data/test_data_b.rts /home/tc/test_data/test_data.tcb

  ttserver
-host 192.168.0.35 -port 11302 -thnum 8 -dmn -pid /home/tc/test_data/test_data_t.pid -log /home/tc/test_data/test_data_t.log -le -ulog /home/tc/test_data/ -ulim 128m -sid 1 -rts /home/tc/test_data/test_data_t.rts /home/tc/test_data/test_data.tct

  注意最后一个参数的扩展名tcb和tct决定了数据库的类型分别是B+ tree和table。

  通过tcrmgr命令行工具可以管理远程数据库,比如我们要查看key为1的记录可以这样操作:

  [root@localhost tc]# tcrmgr get -port 11301 192.168.0.35 1

  要了解更详细的信息,读者可以参看官方文档。

  四、测试结果

  1、B+tree类型写操作

  成功写入500万条记录,共耗时739秒,平均每秒写入数据6766笔。数据文件大小137M。写入过程中,服务器内存、CPU和磁盘等资源使用情况如下图所示:

  可见,CPU使用率平稳,Idle值稳定在73到83之间,wait值稳定在7到12之间。内存分配上的变化较大,主要用来缓存数据,cache部分上升了1.1G,但是没有交换区到内存的换入换出。磁盘IO表现有周期性的上下波动,估计和TC的实现机制有关,数据先写入内存缓冲区,然后定期的刷新到磁盘。

  2、B+tree类型读操作

  成功读出500万条记录,共耗时1171秒,平均每秒读出数据4270笔。

  读数据过程中没有发生磁盘IO。CPU较繁忙,Idle值稳定在38左右,等待CPU资源的进程一直在1到6个之间。内存表现平稳没有波动。

  3、Hash Table类型写操作

  成功写入445万条记录,写入失败55万条记录,共耗时1560秒,平均每秒写入数据2853笔。数据文件大小538M。写入过程中,服务器内存、CPU和磁盘等资源使用情况如下图所示:

  CPU使用率较平稳,Idle值稳定在60到80之间,wait值最高在50左右,稳定在20到40之间。内存cache部分上升了0.7G用于缓存数据。磁盘IO表现有呈阶梯状的上升,最后达到100%,导致无法成功写入数据。

  4、Hash Table类型读操作

  成功读出500万条记录,共耗时175秒,平均每秒读出数据28571笔。

  读数据过程中没有发生磁盘IO。CPU较繁忙,Idle值稳定在37到41之间,等待CPU资源的进程一直在1到9个之间。内存表现平稳没有波动。

  五、总结

  通过以上测试结果可以说明,TC/TT写入的数据的时候,先缓冲到内存中,然后通过一定的机制写入磁盘,这也是写的效率较高的原因,但是由此带来了周期性的磁盘繁忙,也可能有丢失数据的风险。写入的数据完全缓存到了文件系统中,所以cache部分占用的内存大量增加,这也是读取数据的时候没有发生磁盘IO的原因。B+ tree类型写入性能十分优异,令人惊讶的是读出的速度反而慢于写入的速度。Hash Table类型写入性能一般,但读取性能良好。总体上来说TC/TT在非海量数据的情况下表现不错,服务器资源占用稳定,读写效率较高。

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