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使用非易失性存储卷的直接内存访问方式部署Redis数据库

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在ACK环境下,通过修改应用内存分配部分函数对PMEM(Persistent Memory)设备直接访问,可以实现接近DRAM访问的吞吐和时延。本文主要介绍如何在大容量内存场景下通过DRAM及PMEM方式部署内存数据库Redis。

背景信息

在大容量内存场景下使用非易失性存储卷的直接内存访问(Direct Memory)方式部署内存数据库Redis的优势:

  • 声明化非易失性存储卷内存访问,降低非易失性存储卷的使用复杂度。

  • 同样容量内存节省30%~50%的成本。

  • 最小化应用修改。

Redis以直接内存访问方式使用非易失性存储设备调用MMAP对PMEM的连续地址空间进行映射。此场景下需要使用特定的Redis版本,可参考本文示例获取Redis镜像。

通过DRAM部署Redis内存数据库

内存(DRAM)可以提供优异的访问性能,但掉电时数据容易丢失且价格昂贵,不益于大容量内存使用。

  1. 部署Redis服务。

    1. 使用以下示例模板创建redis-normal.yaml文件。

      apiVersion: apps/v1
      kind: Deployment
      metadata:
        name: redis-normal
        labels:
          app: redis-normal
      spec:
        selector:
          matchLabels:
            app: redis-normal
        template:
          metadata:
            labels:
              app: redis-normal
          spec:
            containers:
            - name: redis
              image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/plugins/redis:v1-normal
              imagePullPolicy: Always
              resources:
                requests:
                  memory: 30Gi
                limits:
                  memory: 30Gi
    2. 执行以下命令部署Redis服务。

      kubectl apply -f redis-normal.yaml
  2. 执行以下命令查看Redis服务。

    kubectl get pod | grep redis-normal

    预期输出:

    redis-normal-***         1/1     Running   0          4d8h
  3. 执行以下命令测试Redis写性能。

    LD_PRELOAD=/usr/local/lib/libmemkind.so redis-benchmark -d 102400 -t set -n 1000000 -r 1000000

    预期输出:

    1000000 requests completed in 13.03 seconds
    76751.86 requests per second

    从以上预期输出可以得出:通过DRAM部署的Redis内存数据库,每秒大约处理76751个请求。

通过PMEM部署Redis内存数据库

持久化内存PMEM既兼顾非易失性存储,又接近DRAM的使用方式和速度。

  1. 执行以下命令部署Redis内存数据库。

    kubectl apply -f redis-normal.yaml

    redis-normal.yaml的示例模板如下所示:

    apiVersion: v1
    kind: PersistentVolumeClaim
    metadata:
      name: pmem-pvc-direct
    spec:
      accessModes:
      - ReadWriteOnce
      resources:
        requests:
          storage: 60Gi
      storageClassName: csi-pmem-direct
    ---
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: redis-pmem-direct
      labels:
        app: redis-pmem-direct
    spec:
      selector:
        matchLabels:
          app: redis-pmem-direct
      template:
        metadata:
          labels:
            app: redis-pmem-direct
        spec:
          containers:
          - name: nginx
            image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/plugins/redis:v1-pmem
            imagePullPolicy: Always
            volumeMounts:
              - name: pmem-pvc
                mountPath: "/mnt/pmem"
          volumes:
            - name: pmem-pvc
              persistentVolumeClaim:
                claimName: pmem-pvc-direct
  2. 执行以下命令查看部署的Redis。

    kubectl get pod | grep redis-pmem-direct

    预期输出:

    redis-pmem-direct-5b469546db-5tk2j   1/1     Running   0          4d9h
  3. 执行以下命令测试Redis写性能。

    LD_PRELOAD=/usr/local/lib/libmemkind.so redis-benchmark -d 10240 -t set -n 1000000 -r 1000000

    预期输出:

    1000000 requests completed in 19.89 seconds
    50266.41 requests per second

    从以上预期输出可以得出:通过PMEM部署的Redis内存数据库,每秒大约处理50266个请求。

    相比DRAM部署Redis内存数据库的写性能,PMEM部署的Redis内存数据库的写性能降低仅约34%,读性能不受影响,但成本下降50%。同时使用非易失性存储卷对机型ecs.ebmre6p.26xlarge 1.5TB的PMEM内存空间,相比于普通内存数据库容量提升了4倍。

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