海量Redis數(shù)據(jù)庫優(yōu)化，vivo如何實(shí)現(xiàn)成本與性能的平衡

隨著數(shù)字化技術(shù)的創(chuàng)新以及時(shí)延敏感型應(yīng)用的持續(xù)落地，越來越多的數(shù)據(jù)需要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)的處理，這推動(dòng)了 Redis 等內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的廣泛應(yīng)用。此類數(shù)據(jù)庫對(duì)于內(nèi)存容量有著較高的要求，在數(shù)據(jù)快速增長的背景下，大內(nèi)存池構(gòu)建意味著較高的總體擁有成本 （TCO）壓力，需要企業(yè)通過內(nèi)存介質(zhì)創(chuàng)新、存儲(chǔ)架構(gòu)優(yōu)化等方式，實(shí)現(xiàn)成本與容量的平衡。

作為中國知名的智能終端和智慧服務(wù)品牌，vivo 部署了規(guī)模龐大的 Redis 系統(tǒng)，以支持 AI 推薦、興趣圖譜分析、互聯(lián)網(wǎng)交易等應(yīng)用的高效運(yùn)行，為用戶提供穩(wěn)定、快速響應(yīng)的服務(wù)。為了更好地實(shí)現(xiàn) Redis 系統(tǒng)性能與成本的平衡，vivo 與英特爾合作，在 Redis 系統(tǒng)中采用了英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存（PMem），借助其高性能、大容量、高經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，幫助 vivo 實(shí)現(xiàn)了既定的業(yè)務(wù)目標(biāo)。

挑戰(zhàn)：Redis系統(tǒng)帶來巨大的內(nèi)存擴(kuò)展壓力

vivo 已經(jīng)成為全球具備重要影響力的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商之一。面向新時(shí)期的市場發(fā)展需求，vivo 發(fā)布了其全新的 AI 智慧服務(wù)生態(tài)戰(zhàn)略，即打造一個(gè) “全場景、全聯(lián)結(jié)、全交互” 的智慧引擎，構(gòu)建滿足消費(fèi)者期待的智慧手機(jī)，以實(shí)現(xiàn)與更多開發(fā)者合作共贏。vivo 正在聚焦于運(yùn)動(dòng)、健康、工作、休閑等移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)生態(tài)中最具活躍度和顯性價(jià)值區(qū)域的應(yīng)用場景，為用戶提供更加智慧的服務(wù)。

在 vivo 的智慧服務(wù)生態(tài)戰(zhàn)略中，基于 AI 的個(gè)性化信息推薦、興趣圖譜分析以及互聯(lián)網(wǎng)交易等時(shí)延敏感型應(yīng)用得到了快速發(fā)展。為了支持這些應(yīng)用的高效運(yùn)行，vivo 部署了規(guī)模龐大的 Redis 系統(tǒng)。Redis 是一個(gè)可基于內(nèi)存亦可持久化的日志型 Key-Value 數(shù)據(jù)庫，通過在內(nèi)存中讀寫數(shù)據(jù)，Redis 大大提高了讀寫速度，是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站高并發(fā)不可或缺的一部分。

在原生 Redis 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，vivo 根據(jù)其業(yè)務(wù)需求進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化，包括優(yōu)化日志同步機(jī)制、優(yōu)化 Cluster slots 指令、AOF 支持異步寫入等。這些優(yōu)化措施有效提升了 Redis 系統(tǒng)在性能、擴(kuò)展性等方面的表現(xiàn)。

由于 vivo 互聯(lián)網(wǎng)用戶規(guī)模巨大，應(yīng)用眾多，因此需要通過 Redis 系統(tǒng)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)堪稱海量，這給后端的 IT 基礎(chǔ)設(shè)施帶來了巨大的挑戰(zhàn)。其中突出體現(xiàn)在 Redis 所帶來的巨大內(nèi)存需求上：Redis 內(nèi)存消耗通常包括自身內(nèi)存、鍵值對(duì)象占用、緩沖區(qū)內(nèi)存占用及內(nèi)存碎片占用。如果數(shù)據(jù)量超過了集群內(nèi)存能容納的限制，部分?jǐn)?shù)據(jù)就會(huì)落在相對(duì)低速的磁盤上，導(dǎo)致 Redis 性能顯著降低，甚至可能停止響應(yīng)。因此，為 Redis 數(shù)據(jù)庫提供足夠大的內(nèi)存成為保障其性能正常發(fā)揮的重要因素。

傳統(tǒng) Redis 系統(tǒng)通常采用高性能 DRAM 內(nèi)存作為緩沖區(qū)內(nèi)存， 這種方式能夠滿足 Redis 系統(tǒng)對(duì)于性能的要求，但卻在成本上帶來巨大的挑戰(zhàn)：

DRAM 內(nèi)存單位容量成本仍居高不下：在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)， 用戶對(duì)于內(nèi)存的巨大需求與可供應(yīng)的內(nèi)存總量之間仍有著巨大的缺口，再加上 DRAM 內(nèi)存介質(zhì)的工藝特點(diǎn)，導(dǎo)致 DRAM 內(nèi)存的價(jià)格長期在高位運(yùn)行。對(duì)于 Redis 系統(tǒng)而言，集群需要的內(nèi)存容量動(dòng)輒在數(shù)百 TB，導(dǎo)致較高的成本壓力。

DRAM 內(nèi)存單條容量相對(duì)較低：目前，市場上普遍應(yīng)用的 DRAM 內(nèi)存通常在 128 GB 以下，這意味著即使將服務(wù)器的內(nèi)存插槽插滿，單個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)所能提供的內(nèi)存容量依然相對(duì)不足。為了滿足業(yè)務(wù)需求，擴(kuò)展集群規(guī)模顯然就成為最具可行性的方式，這會(huì)進(jìn)一步加大成本壓力。

高復(fù)雜性：Redis 龐大的集群規(guī)模也會(huì)帶來復(fù)雜的運(yùn)維問題， 加重運(yùn)維人員的負(fù)擔(dān)。因此，vivo 希望找到創(chuàng)新的內(nèi)存擴(kuò)展方案，以解決成本與運(yùn)維的難題。

解決方案：基于英特爾? 傲騰?持久內(nèi)存的Redis方案

在對(duì) Redis 內(nèi)存方案進(jìn)行考察時(shí)，vivo 考慮到，英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存在成本上具備顯著優(yōu)勢，而且在硬件親和度較大的前提下，基于英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存的服務(wù)器可以近乎無縫地在 Redis 生產(chǎn)環(huán)境下投入使用。因此，vivo 決定采用英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存來作為 Redis 系統(tǒng)的緩存介質(zhì)。

英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存性能介于 DRAM 內(nèi)存與固態(tài)硬盤之間， 但在成本上比 DRAM 內(nèi)存更具優(yōu)勢。英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存提供了融合高速、高性價(jià)比、大容量、持久數(shù)據(jù)保護(hù)、高級(jí)加密等優(yōu)勢于一體的內(nèi)存選項(xiàng)，可分別支持內(nèi)存模式（Memory Mode）和 App Direct 模式。在內(nèi)存模式中，它提供有 128 GB、256 GB 和 512 GB 容量，與普通的易失性系統(tǒng)存儲(chǔ)器完全一樣，但成本更低，能在穩(wěn)定的系統(tǒng)預(yù)算中實(shí)現(xiàn)更高容量。

在內(nèi)存模式下，英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存可作為經(jīng)濟(jì)高效的 DRAM 替代品。對(duì)應(yīng)用程序而言，英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存可用作易失性內(nèi)存，由 DRAM 充當(dāng)最常訪問的數(shù)據(jù)的高速緩存， 同時(shí)由英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存提供大容量的存儲(chǔ)容量。與僅使用 DRAM 的系統(tǒng)相比，配備英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存的系統(tǒng)允許使用更大容量的內(nèi)存，并且更具成本效益。但是，在這種模式下，數(shù)據(jù)無法持久保存，這意味著在系統(tǒng)電源關(guān)閉時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)丟失。

圖 1. 英特爾? 傲騰? 技術(shù)創(chuàng)新—兩級(jí)內(nèi)存/存儲(chǔ)

在 App Direct 模式下，應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)會(huì)有兩種可用的內(nèi)存。系統(tǒng)將決定是從 DRAM 還是英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存中寫入或讀取數(shù)據(jù)。要求低時(shí)延且不需要永久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的操作可以在 DRAM 上執(zhí)行，必須長期保留的數(shù)據(jù)將由英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存進(jìn)行存儲(chǔ)。

與傳統(tǒng) DRAM 內(nèi)存相比，英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存能夠提供更高的容量與更低的 TCO，非常適合于內(nèi)存容量敏感型應(yīng)用。

為了驗(yàn)證基于英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存的 Redis 系統(tǒng)表現(xiàn)，vivo 通過測試進(jìn)行了驗(yàn)證。首先，vivo 測試了兩種配置在內(nèi)存模式下的性能差別，測試服務(wù)器配置如表 1 所示。

測試數(shù)據(jù)顯示，在內(nèi)存模式下的測試中，英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存的性能要高于 DRAM 內(nèi)存，這一方面是由于英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存具備較高的性能，另一方面是由于英特爾? 至強(qiáng)? 金牌 6230 處理器相較于英特爾? 至強(qiáng)? E5-2620 V4 處理器實(shí)現(xiàn)了較高的代際性能提升。其中，set 10B 下的測試結(jié)果如圖 2 所示。

圖 2. 內(nèi)存模式下DRAM/PMEM測試數(shù)據(jù)

隨后，vivo 在應(yīng)用直接訪問模式下測試了英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存的性能表現(xiàn)，測試配置如表 2 所示。

測試數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)長度超過 64B 后，相較于 redis-server 完全使用 DRAM 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的情況，英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存在寫性能上有 10%-15%2 的劣化；在數(shù)據(jù)讀取的測試中，英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存的性能與 redis-server 相當(dāng)，有些情況還優(yōu)于 redis-server。例如，在 memtier-benchmark list 類型中 lpushs_1024（b）的測試中，英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存配置即體現(xiàn)了一定的性能優(yōu)勢。

圖 3. 應(yīng)用直接訪問模式下PMEM/DRAM測試數(shù)據(jù)

打造高性價(jià)比、易運(yùn)維的 Redis 系統(tǒng)

通過在 Redis 系統(tǒng)中引入英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存，vivo 找到了一條擴(kuò)展 Redis 系統(tǒng)規(guī)模的經(jīng)濟(jì)可行之道。具體而言，其發(fā)揮了如下價(jià)值：

高性價(jià)比：雖然基于英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存的 Redis 系統(tǒng)在性能上稍弱于基于 DRAM 內(nèi)存的 Redis 系統(tǒng)，但是在成本上卻有著較大的優(yōu)勢，考慮到該系統(tǒng)的性能已經(jīng)能夠滿足業(yè)務(wù)所需，因此成本的節(jié)約無疑顯得至關(guān)重要。

簡化運(yùn)維：英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存支持更高的單條內(nèi)存容量，能夠有效提升單服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存密度，單機(jī)提供的內(nèi)存容量遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)方案。這有助于減少服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的部署規(guī)模，從而簡化運(yùn)維。

節(jié)能減排：基于英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存的 Redis 系統(tǒng)支持更小的服務(wù)器規(guī)模，有助于降低相應(yīng)的服務(wù)器采購、運(yùn)維、能耗、空間占用等成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

展望

目前，英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存已經(jīng)在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫等需要大容量集的應(yīng)用中得到了廣泛驗(yàn)證，并證明其在經(jīng)濟(jì)性、擴(kuò)展性、可用性、部署與運(yùn)維等方面具備突出的優(yōu)勢，這有助于彌補(bǔ)內(nèi)存供給與需求之間的巨大缺口，幫助企業(yè)加速獲取洞察，為制定關(guān)鍵業(yè)務(wù)決策、節(jié)約成本和新增收入奠定基礎(chǔ)。

在現(xiàn)階段的合作基礎(chǔ)上，vivo 與英特爾將進(jìn)一步完善當(dāng)前的合作成果，充分發(fā)揮英特爾? 傲騰? 持久內(nèi)存的潛能。同時(shí)，雙方也將在更多的領(lǐng)域進(jìn)行探索，協(xié)同推進(jìn)內(nèi)存與存儲(chǔ)創(chuàng)新，為上層業(yè)務(wù)的智慧化轉(zhuǎn)型奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品與服務(wù)體驗(yàn)。

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