互联网创业的准备——数据库：硬盘iops、mysql

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硬盘常识：

	机械硬盘HDD	固态硬盘SSD
最小单位	1个扇区为512B，或4K（2012年民用普及）	1个分页为4K、8K或更高（与密度有关）
性能因素	转速（rpm）：5400、7200、1w、1.5w	层数：SLC（单层快）、MLC（双层慢）、TLC（三层更慢，SSD暂未采用，U盘大量采用）
接口	SATA 3G、SATA 6G（2012年民用普及）、SAS 6G	SATA 3G、SATA 6G、SAS 6G、PCI-E
尺寸	2.5英寸、3.5英寸	2.5英寸、PCI-E版型
常见品牌	西部数据、希捷	Intel、镁光（Crucial）、浦科特（PLEXTOR）

硬盘性能指标：

连续读写（常用单位为MB/s）：文件在硬盘上存储位置是连续的，适用场景：大文件拷贝（比如视频音乐）。速度即使很高，对数据库性能也没有参考价值。

4K随机读写（常用单位为iops）：在硬盘上随机位置读写数据，每次4KB，适用场景：操作系统运行、软件运行、数据库。（图片静态服务器、视频静态服务器是大文件，测试64K随机或更大）

常用硬盘性能测试软件：

Windows：AS SSD Benchmark、CrystalDiskMark、HD Tune Pro、iometer

Linux：iometer

Align I/Os：硬盘IO大小。测试设备时根据硬盘最小单位进行选择，机械硬盘上选512B或4K，SSD上选4K、8K等。测试分区时受分区sector size影响。由于Linux ext3的sector size为4096，所以在扇区为512B的机械硬盘上也无法选择Align I/Os on 512B进行测试，测试效果不佳。vps无法进行设备测试，如果是自购服务器，应使用设备测试。

Seq 即 Sequential 即连续读写。AS SSD会先以16MB的尺寸为单位，持续向受测分区写入生成1个达到1GB大小的文件，然后再以同样的单位尺寸读取这个，最后计算平均成绩而给出结果。

4K 即 Random 4k, Queue Depth=1 即随机4K并发1个队列。AS SSD会以512KB的单位尺寸生成1GB大小的测试文件，然后在其地址范围（LBA）内进行随机4KB单位尺寸进行写入及读取测试，直到跑遍这个范围为止，最后同样计算平均成绩给出结果。

4K QD32 即 Random 4k, Queue Depth=32 即随机4K并发32个队列。

4K-64Thrd 即 4K, 64 Thread 即随机4K并发64个线程，和 4K QD64是一个意思。AS SSD会生成64个16MB大小的测试文件（共计1GB），然后同时以4KB的单位尺寸，同时在这64个文件中进行写入和读取测试，最后依然以平均成绩为结果。

通过AS SSD可以看出，iops与MB/s可以直接换算，比如4K读取是6227iops，即每秒钟可以读取6227个4K的文件，即 6227 * 4K / 1024 = 24.3 MB/s。

Intel的SSD性能数据采用iometer 4K QD32的测试结果：http://www.intel.cn/content/www/cn/zh/solid-state-drives/solid-state-drives-520-series.html#footnotes

价格与速度：

	型号	容量	2012价格	4K QD32随机读/写（iops）	4K QD64	连续读写（MB/s）
民用机械7200rpm 3.5英寸 SATA 6G	希捷Barracuda 7200.14	3TB	￥1.1k	409/365	386/291	200/180
企业级机械10000rpm 2.5英寸 SAS 6G	希捷Savvio 10K.5	300GB	￥1k	750/700		170/170
企业级机械15000rpm 2.5英寸 SAS 6G	希捷Savvio 15K.3	300GB	￥2.2k
企业级固态SLC 2.5英寸 SATA 3G	Intel X25-E	32G	￥2.5k	3.5w/3.3k		250/170
企业级固态MLC PCI-E	Intel 910	400G	￥14w	9w/3.8w		1000/750
企业级固态MLC PCI-E	Intel 710	100G	￥2.5k	3.8w/2.3k		270/170
民用固态MLC 2.5英寸 SATA 6G	Intel 520	120G	￥840	2.5w/8w		550/500
民用固态MLC 2.5英寸 SATA 6G	镁光 M4	128G	￥800	7.8w/4.2w	7w/4w	500/175

为什么民用SSD的iops很高价格却很低，而企业级SSD的iops有的很低而价格却很高？因为企业级SSD的耐用性高，比如Intel 710 100G寿命为4K写入500TB，即5000次全盘写入。

Intel SSD寿命指标：smart中的“E8：Avai lable Reserved Space”：可用的预留闪存数量、“E9：Media Wearout Indicator”：闪存磨耗指数。其他厂商的SSD类似，比如镁光的wear leaving count。

SSD新盘的剩余磨损为100，当低于10时，应更换，报废。

todo：数据库的选择

关系型数据库用Mysql还是PostgreSQL，或者全用NoSQL？mongo还是hbase？

Mysql 和 PostgreSQL都可以。mysql用的人多，但是oracle收购sun以后，把mysql限制的更加封闭，正在衰落，和可能和OpenOffice一样被oracle整死，衍生出LibreOffice。但不用很担心，即使mysql被oracle整死，也会衍生出开源版本，使用方式一样。

关系型数据库和NoSQL搭配使用较好，关系型适合底层业务，NoSQL适合上层业务。关注淘宝hbase的使用。

Mysql性能与硬盘iops的关系：

mysql可以把读取结果放在内存中，即query cache，所以db server安装大内存即可实现只读内存、不读硬盘。

当预计数据量会增长到超过内存大小时，进行分表（把一个表中的数据拆分），放到多个大内存服务器上，保证每个服务器上的数据都小于内存大小，即可实现全部缓存。

2012年内存价格：UDIMM no ECC DDR3 1600民用内存￥270/8GB，RDIMM ECC DDR3 1600服务器内存￥440/8G。但一台服务器能安装的内存有限，2012年典型的Dell服务器有24个插槽，主板芯片支持768G内存，2012年DDR3内存生产工艺最高是单条8G（DDR4已实现单条16G，但主板尚未支持DDR4），所以一台服务器最大内存192G（￥440 * 24条 = 1w）。

数据库写入时必须写硬盘（否则就不叫持久化存储了……），￥2.5k的Intel 710企业级SSD的写入iops为2.3k，而万转硬盘的iops为700，如果要达到SSD的性能，需要多块万转硬盘组RAID。如果使用iops为3w的SSD，性能比机械硬盘提升了30倍。

如果数据量不大，远低于192G，就不需要做分表了吗？

仍然要分表，原因有2个：

1、大内存会提升mysql读取性能，但并发读取能力也是有上限的，这时受CPU性能限制，2012年典型的服务器是双路，即2个8核CPU（mysql内存并发待测试）。

2、内存很大，对并发写入能力没有作用，写入能力完全依赖于硬盘的iops。一台服务器的写入性能很有限，请看下面的测试。

为什么不进行分库（把不同的整个表放到不同的库中，也就是不同的机器）？分库简单，但是一个表只增不减难于维护（比如评论表），大小总会超过内存，又要改成分表；或者随着用户量增大，这个表的写入量会逐渐增大，单台机器必然无法承受，参考淘宝等网站的架构演进历史就会发现这个问题。

为什么不用主从设计？因为每个“从”上面都有所有数据，数据量太大，同步压力大，要做设计从每个“从”上面读取不同的数据，以免内存query cache不够用，这增加了复杂度；即使“主”只进行写，写入性能还有限，无法承受大并发。

所以最好在项目初期就使用分表设计，而不是分库或主从设计，把分表设计做成一个成熟的方案（各个大型互联网公司都已经实现），各个项目通用，免得后期数据量大了拆分表，需要导数据，需要暂停线上服务。

mysql测试环境：

服务器：vr.org VR512、阿里云512、盛大云512

mysql版本：5.5.27

连接方式：unix domain socket

表：phpbb 3.0.7的users表，含有76个字段，28个char，43个int，1个主键，1个自增，1个unique，3个index。

phpbb_users

CREATE TABLE `phpbb_users` (
  `user_id` mediumint(8) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `user_type` tinyint(2) NOT NULL DEFAULT '0',
  `group_id` mediumint(8) unsigned NOT NULL DEFAULT '3',
  `user_permissions` mediumtext COLLATE utf8_bin NOT NULL,
  `user_perm_from` mediumint(8) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_ip` varchar(40) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_regdate` int(11) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `username` varchar(255) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `username_clean` varchar(255) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_password` varchar(40) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_passchg` int(11) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_pass_convert` tinyint(1) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_email` varchar(100) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_email_hash` bigint(20) NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_birthday` varchar(10) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_lastvisit` int(11) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_lastmark` int(11) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_lastpost_time` int(11) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_lastpage` varchar(200) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_last_confirm_key` varchar(10) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_last_search` int(11) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_warnings` tinyint(4) NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_last_warning` int(11) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_login_attempts` tinyint(4) NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_inactive_reason` tinyint(2) NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_inactive_time` int(11) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_posts` mediumint(8) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_lang` varchar(30) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_timezone` decimal(5,2) NOT NULL DEFAULT '0.00',
  `user_dst` tinyint(1) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_dateformat` varchar(30) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT 'd M Y H:i',
  `user_style` mediumint(8) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_rank` mediumint(8) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_colour` varchar(6) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_new_privmsg` int(4) NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_unread_privmsg` int(4) NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_last_privmsg` int(11) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_message_rules` tinyint(1) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_full_folder` int(11) NOT NULL DEFAULT '-3',
  `user_emailtime` int(11) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_topic_show_days` smallint(4) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_topic_sortby_type` varchar(1) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT 't',
  `user_topic_sortby_dir` varchar(1) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT 'd',
  `user_post_show_days` smallint(4) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_post_sortby_type` varchar(1) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT 't',
  `user_post_sortby_dir` varchar(1) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT 'a',
  `user_notify` tinyint(1) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_notify_pm` tinyint(1) unsigned NOT NULL DEFAULT '1',
  `user_notify_type` tinyint(4) NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_allow_pm` tinyint(1) unsigned NOT NULL DEFAULT '1',
  `user_allow_viewonline` tinyint(1) unsigned NOT NULL DEFAULT '1',
  `user_allow_viewemail` tinyint(1) unsigned NOT NULL DEFAULT '1',
  `user_allow_massemail` tinyint(1) unsigned NOT NULL DEFAULT '1',
  `user_options` int(11) unsigned NOT NULL DEFAULT '230271',
  `user_avatar` varchar(255) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_avatar_type` tinyint(2) NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_avatar_width` smallint(4) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_avatar_height` smallint(4) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_sig` mediumtext COLLATE utf8_bin NOT NULL,
  `user_sig_bbcode_uid` varchar(8) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_sig_bbcode_bitfield` varchar(255) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_from` varchar(100) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_icq` varchar(15) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_aim` varchar(255) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_yim` varchar(255) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_msnm` varchar(255) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_jabber` varchar(255) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_website` varchar(200) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_occ` text COLLATE utf8_bin NOT NULL,
  `user_interests` text COLLATE utf8_bin NOT NULL,
  `user_actkey` varchar(32) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_newpasswd` varchar(40) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_form_salt` varchar(32) COLLATE utf8_bin NOT NULL DEFAULT '',
  `user_new` tinyint(1) unsigned NOT NULL DEFAULT '1',
  `user_reminded` tinyint(4) NOT NULL DEFAULT '0',
  `user_reminded_time` int(11) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
  PRIMARY KEY (`user_id`),
  UNIQUE KEY `username_clean` (`username_clean`),
  KEY `user_birthday` (`user_birthday`),
  KEY `user_email_hash` (`user_email_hash`),
  KEY `user_type` (`user_type`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=53 DEFAULT CHARSET=utf8 COLLATE=utf8_bin

mysql配置：

并发默认151，超过时会出现“1040 Too many connections”，修改为99999：set global max_connections=99999;

超过1024时，碰到了Linux “open files”限制，出现错误“2001 Can't create UNIX socket (24)”。修改为99999：ulimit -n 99999

测试程序：

write 和 update 直接写入硬盘，这时要注意iowait。

key 和 read 每次先写入99条数据（这时影响观测iowait），然后并发查询，然后删除数据，重新生成。比如iterations=10，就会生成10次。如果并发1000，那很快就会把所有数据query cache起来，速度变快。这种情况和生产环境类似，保证内存大于数据库，数据只读一次硬盘，以后一直在内存中，所以不观测iowait。

./mysqlslap --auto-generate-sql --number-char-cols=28 --number-int-cols=43 --auto-generate-sql-load-type=write --auto-generate-sql-add-autoincrement --socket=/tmp/mysql.sock --concurrency=800 --number-of-queries=800 --user=root --password=1 --iterations=10

如果不考虑读一次硬盘，内存中cache了所有数据，是不是read并发就会很大？经测试，稍微大了一点，这时iowait显然为0，但CPU 100%，如果CPU更强，并发预计会进一步提高。

先写入1w条，只查某一条，确保query cache，mysqlslap key时并发为1300，全内存时为1700。

./mysqlslap --query='select * from t1 limit 1;' --socket=/tmp/mysql.sock --concurrency=800 --number-of-queries=800 --user=root --password=1 --iterations=10

mysql性能判断规则：

Average number of seconds to run all queries < 1秒，比如800个并发，执行800个sql，如果在1秒内不能完成，就会影响下一秒的800并发。

iops测试环境：

分区测试还是设备测试：分区测试。

	4K QD32随机读/写（iops）	硬盘到内存mysql key（按主键读）	硬盘到内存mysql read	硬盘mysql write	硬盘mysql update	硬盘mysql mixed
vr.org VR512	100-300/700-2900波动很大	并发1300，0.98s	并发180，0.91s	并发800，0.98s，iowait < 21	并发800，0.92s，iowait < 15	并发900，0.97s，iowait < 16
阿里云主机
阿里云数据库
盛大云主机 512 Windows	300-420/350-400波动不大
盛大云主机 512 Linux	70-90/550波动不大	并发1300，0.97s	并发300，0.99s	并发1300，0.97s，iowait < 21	并发1100，0.96s，iowait < 18	并发1200，0.91s，iowait < 25
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