Redis(十九)：Redis压力测试工具benchmark

 redis-benchmark使用参数介绍

Redis 自带了一个叫 redis-benchmark 的工具来模拟 N 个客户端同时发出 M 个请求。 （类似于 Apache ab 程序）。你可以使用 redis-benchmark -h 来查看基准参数。

以下参数被支持：
 
Usage: redis-benchmark [-h <host>] [-p <port>] [-c <clients>] [-n <requests]> [-k <boolean>]
 
 -h <hostname>      Server hostname (default 127.0.0.1)
 -p <port>          Server port (default 6379)
 -s <socket>        Server socket (overrides host and port)
 -a <password>      Password for Redis Auth
 -c <clients>       Number of parallel connections (default 50)
 -n <requests>      Total number of requests (default 100000)
 -d <size>          Data size of SET/GET value in bytes (default 2)
 -dbnum <db>        SELECT the specified db number (default 0)
 -k <boolean>       1=keep alive 0=reconnect (default 1)
 -r <keyspacelen>   Use random keys for SET/GET/INCR, random values for SADD
  Using this option the benchmark will expand the string __rand_int__
  inside an argument with a 12 digits number in the specified range
  from 0 to keyspacelen-1. The substitution changes every time a command
  is executed. Default tests use this to hit random keys in the
  specified range.
 -P <numreq>        Pipeline <numreq> requests. Default 1 (no pipeline).
 -q                 Quiet. Just show query/sec values
 --csv              Output in CSV format
 -l                 Loop. Run the tests forever
 -t <tests>         Only run the comma separated list of tests. The test
                    names are the same as the ones produced as output.
 -I                 Idle mode. Just open N idle connections and wait.

压测命令：redis-benchmark -h 127.0.0.1 -p 6379 -c 50 -n 10000

压测示例

压测需要一段时间，因为它需要依次压测多个命令的结果，如：get、set、incr、lpush等等，所以我们需要耐心等待，如果只需要压测某个命令，如：get，那么可以在以上的命令后加一个参数-t（红色部分）：

1、redis-benchmark -h 127.0.0.1 -p 6086 -c 50 -n 10000 -t get

 C:\Program Files\Redis>redis-benchmark -h 127.0.0.1 -p 6379 -c 50 -n 10000 -t get

====== GET ======
10000 requests completed in 0.16 seconds
50 parallel clients
3 bytes payload
keep alive: 1

99.53% <= 1 milliseconds
100.00% <= 1 milliseconds
62893.08 requests per second

2、redis-benchmark -h 127.0.0.1 -p 6086 -c 50 -n 10000 -t set

C:\Program Files\Redis>redis-benchmark -h 127.0.0.1 -p 6379 -c 50 -n 10000 -t set

====== SET ======
10000 requests completed in 0.18 seconds
50 parallel clients
3 bytes payload
keep alive: 1

87.76% <= 1 milliseconds
99.47% <= 2 milliseconds
99.51% <= 7 milliseconds
99.74% <= 8 milliseconds
100.00% <= 8 milliseconds
56179.77 requests per second

这样看起来数据很多，如果我们只想看最终的结果，可以带上参数-q，完整的命令如下：

3、redis-benchmark -h 127.0.0.1 -p 6379 -c 50 -n 10000 -q

C:\Program Files\Redis>redis-benchmark -h 127.0.0.1 -p 6379 -c 50 -n 10000 -q
PING_INLINE: 63291.14 requests per second
PING_BULK: 62500.00 requests per second
SET: 49261.09 requests per second
GET: 47619.05 requests per second
INCR: 42194.09 requests per second
LPUSH: 61349.69 requests per second
RPUSH: 56818.18 requests per second
LPOP: 47619.05 requests per second
RPOP: 45045.04 requests per second
SADD: 46296.30 requests per second
SPOP: 59523.81 requests per second
LPUSH (needed to benchmark LRANGE): 56818.18 requests per second
LRANGE_100 (first 100 elements): 32362.46 requests per second
LRANGE_300 (first 300 elements): 13315.58 requests per second
LRANGE_500 (first 450 elements): 10438.41 requests per second
LRANGE_600 (first 600 elements): 8591.07 requests per second
MSET (10 keys): 55248.62 requests per second

4、使用 pipelining

默认情况下，每个客户端都是在一个请求完成之后才发送下一个请求 （benchmark 会模拟 50 个客户端除非使用 -c 指定特别的数量）， 这意味着服务器几乎是按顺序读取每个客户端的命令。Also RTT is payed as well.

真实世界会更复杂，Redis 支持 /topics/pipelining，使得可以一次性执行多条命令成为可能。 Redis pipelining 可以提高服务器的 TPS。 下面这个案例是在 Macbook air 11” 上使用 pipelining 组织 16 条命令的测试范例：

$ redis-benchmark -n 1000000 -t set,get -P 16 -q
SET: 403063.28 requests per second
GET: 508388.41 requests per second

记得在多条命令需要处理时候使用 pipelining。

陷阱和错误的认识

第一点是显而易见的：基准测试的黄金准则是使用相同的标准。 用相同的任务量测试不同版本的 Redis，或者用相同的参数测试测试不同版本 Redis。 如果把 Redis 和其他工具测试，那就需要小心功能细节差异。

• Redis 是一个服务器：所有的命令都包含网络或 IPC 消耗。这意味着和它和 SQLite， Berkeley DB， Tokyo/Kyoto Cabinet 等比较起来无意义， 因为大部分的消耗都在网络协议上面。
• Redis 的大部分常用命令都有确认返回。有些数据存储系统则没有（比如 MongoDB 的写操作没有返回确认）。把 Redis 和其他单向调用命令存储系统比较意义不大。
• 简单的循环操作 Redis 其实不是对 Redis 进行基准测试，而是测试你的网络（或者 IPC）延迟。想要真正测试 Redis，需要使用多个连接（比如 redis-benchmark)， 或者使用 pipelining 来聚合多个命令，另外还可以采用多线程或多进程。
• Redis 是一个内存数据库，同时提供一些可选的持久化功能。 如果你想和一个持久化服务器（MySQL, PostgreSQL 等等） 对比的话， 那你需要考虑启用 AOF 和适当的 fsync 策略。
• Redis 是单线程服务。它并没有设计为多 CPU 进行优化。如果想要从多核获取好处， 那就考虑启用多个实例吧。将单实例 Redis 和多线程数据库对比是不公平的。

影响 Redis 性能的因素

有几个因素直接决定 Redis 的性能。它们能够改变基准测试的结果， 所以我们必须注意到它们。一般情况下，Redis 默认参数已经可以提供足够的性能， 不需要调优。

• 网络带宽和延迟通常是最大短板。建议在基准测试之前使用 ping 来检查服务端到客户端的延迟。根据带宽，可以计算出最大吞吐量。 比如将 4 KB 的字符串塞入 Redis，吞吐量是 100000 q/s，那么实际需要 3.2 Gbits/s 的带宽，所以需要 10 GBits/s 网络连接， 1 Gbits/s 是不够的。 在很多线上服务中，Redis 吞吐会先被网络带宽限制住，而不是 CPU。 为了达到高吞吐量突破 TCP/IP 限制，最后采用 10 Gbits/s 的网卡， 或者多个 1 Gbits/s 网卡。
• CPU 是另外一个重要的影响因素，由于是单线程模型，Redis 更喜欢大缓存快速 CPU， 而不是多核。这种场景下面，比较推荐 Intel CPU。AMD CPU 可能只有 Intel CPU 的一半性能（通过对 Nehalem EP/Westmere EP/Sandy 平台的对比）。 当其他条件相当时候，CPU 就成了 redis-benchmark 的限制因素。
• 在小对象存取时候，内存速度和带宽看上去不是很重要，但是对大对象（> 10 KB）， 它就变得重要起来。不过通常情况下面，倒不至于为了优化 Redis 而购买更高性能的内存模块。
• Redis 在 VM 上会变慢。虚拟化对普通操作会有额外的消耗，Redis 对系统调用和网络终端不会有太多的 overhead。建议把 Redis 运行在物理机器上， 特别是当你很在意延迟时候。在最先进的虚拟化设备（VMWare）上面，redis-benchmark 的测试结果比物理机器上慢了一倍，很多 CPU 时间被消费在系统调用和中断上面。
• 如果服务器和客户端都运行在同一个机器上面，那么 TCP/IP loopback 和 unix domain sockets 都可以使用。对 Linux 来说，使用 unix socket 可以比 TCP/IP loopback 快 50%。 默认 redis-benchmark 是使用 TCP/IP loopback。 当大量使用 pipelining 时候，unix domain sockets 的优势就不那么明显了。
• 当大量使用 pipelining 时候，unix domain sockets 的优势就不那么明显了。
• 当使用网络连接时，并且以太网网数据包在 1500 bytes 以下时， 将多条命令包装成 pipelining 可以大大提高效率。事实上，处理 10 bytes，100 bytes， 1000 bytes 的请求时候，吞吐量是差不多的，详细可以见下图。

• 在多核 CPU 服务器上面，Redis 的性能还依赖 NUMA 配置和 处理器绑定位置。 最明显的影响是 redis-benchmark 会随机使用 CPU 内核。为了获得精准的结果， 需要使用固定处理器工具（在 Linux 上可以使用 taskset 或 numactl）。 最有效的办法是将客户端和服务端分离到两个不同的 CPU 来高校使用三级缓存。 这里有一些使用 4 KB 数据 SET 的基准测试，针对三种 CPU（AMD Istanbul, Intel Nehalem EX， 和 Intel Westmere）使用不同的配置。请注意， 这不是针对 CPU 的测试。

• 在高配置下面，客户端的连接数也是一个重要的因素。得益于 epoll/kqueue， Redis 的事件循环具有相当可扩展性。Redis 已经在超过 60000 连接下面基准测试过， 仍然可以维持 50000 q/s。一条经验法则是，30000 的连接数只有 100 连接的一半吞吐量。 下面有一个关于连接数和吞吐量的测试。

• 在高配置下面，可以通过调优 NIC 来获得更高性能。最高性能在绑定 Rx/Tx 队列和 CPU 内核下面才能达到，还需要开启 RPS（网卡中断负载均衡）。更多信息可以在thread 。Jumbo frames 还可以在大对象使用时候获得更高性能。

• 在不同平台下面，Redis 可以被编译成不同的内存分配方式（libc malloc, jemalloc, tcmalloc），他们在不同速度、连续和非连续片段下会有不一样的表现。 如果你不是自己编译的 Redis，可以使用 INFO 命令来检查内存分配方式。 请注意，大部分基准测试不会长时间运行来感知不同分配模式下面的差异， 只能通过生产环境下面的 Redis 实例来查看。

其他需要注意的点

任何基准测试的一个重要目标是获得可重现的结果，这样才能将此和其他测试进行对比。

• 一个好的实践是尽可能在隔离的硬件上面测试。如果没法实现，那就需要检测 benchmark 没有受其他服务器活动影响。
• 有些配置（桌面环境和笔记本，有些服务器也会）会使用可变的 CPU 分配策略。 这种策略可以在 OS 层面配置。有些 CPU 型号相对其他能更好的调整 CPU 负载。 为了达到可重现的测试结果，最好在做基准测试时候设定 CPU 到最高使用限制。
• 一个重要因素是配置尽可能大内存，千万不要使用 SWAP。注意 32 位和 64 位 Redis 有不同的内存限制。
• 如果你计划在基准测试时候使用 RDB 或 AOF，请注意不要让系统同时有其他 I/O 操作。 避免将 RDB 或 AOF 文件放到 NAS 或 NFS 共享或其他依赖网络的存储设备上面（比如 Amazon EC2 上 的 EBS）。
• 将 Redis 日志级别设置到 warning 或者 notice。避免将日志放到远程文件系统。
• 避免使用检测工具，它们会影响基准测试结果。使用 INFO 来查看服务器状态没问题， 但是使用 MONITOR 将大大影响测试准确度。