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使用非易失性存储提升读写性能

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在ACK环境下，声明非易失性存储作为块存储或文件系统方式访问，无任何应用侵入和修改，降低非易失性存储卷的使用复杂度，读写性能相比SSD提升2~10倍。本文主要介绍ACK中非易失性存储卷在低延迟高速临时读写及数据密集型业务场景下的使用。

应用场景一：低延迟高速临时读写

低延迟高速临时读写包含以下场景：

  • CI/CD持续集成临时存储。

  • 小文件遍历搜索。

  • 高吞吐写日志。

  • 无服务器化临时文件读写。

FIO读写性能测试

本文分别使用PMEM-LVM类型和SSD类型卷创建应用，然后对比测试。

  1. 部署YAML文件声明PMEM-LVM类型和SSD类型PVC。

    PMEM-LVM类型PVC的YAML文件

    allowVolumeExpansion: true
apiVersion: storage.k8s.io/v1
kind: StorageClass
metadata:
  name: csi-pmem-lvm
mountOptions:
- dax
parameters:
  lvmType: striping
  nodeAffinity: "true"
  volumeType: PMEM
provisioner: localplugin.csi.alibabacloud.com
reclaimPolicy: Delete
volumeBindingMode: WaitForFirstConsumer
---
apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pmem-lvm-pvc
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 100Gi
  storageClassName: csi-pmem-lvm

    SSD类型PVC的YAML文件

    apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: ssd-pvc
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 100Gi
  storageClassName: alicloud-disk-topology

  2. 部署YAML文件挂载存储卷和运行fio测试。

    挂载PMEM-LVM存储卷和运行FIO测试

    apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment-pmem-lvm
  labels:
    app: pmem-lvm
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: pmem-lvm
  template:
    metadata:
      labels:
        app: pmem-lvm
    spec:
      containers:
      - name: fio-test
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/eric-dev/sysbench:fio
        command: ["sh", "-c"]
        args: ["sleep 10000"]
        volumeMounts:
          - name: pmem
            mountPath: "/data"
      volumes:
        - name: pmem
          persistentVolumeClaim:
            claimName: pmem-lvm-pvc

    挂载SSD-PVC存储卷和运行FIO测试

    apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deployment-ssd
  labels:
    app: ssd
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: ssd
  template:
    metadata:
      labels:
        app: ssd
    spec:
      containers:
      - name: fio-test
        image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/eric-dev/sysbench:fio
        command: ["sh", "-c"]
        args: ["sleep 10000"]
        volumeMounts:
          - name: ssd
            mountPath: "/data"
      volumes:
        - name: ssd
          persistentVolumeClaim:
            claimName: ssd-pvc

    • 通过kubectl exec进入测试容器内部，运行fio测试PMEM-LVM卷的写性能。

      mount | grep csi
cd /data
fio -filename=./testfile -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -ioengine=psync -bs=4k -size=10G -numjobs=50 -runtime=180 -group_reporting -name=rand_100write_4k

      预期输出：

      write: IOPS=92.0k, BW=363MiB/s (381MB/s)(8812MiB/24262msec)
lat (nsec): min=2054, max=95278, avg=10544.00, stdev=1697.17

    • 通过kubectl exec进入测试容器内部，运行fio测试SSD卷的写性能。

      cd /data
fio -filename=./testfile -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randwrite -ioengine=psync -bs=4k -size=10G -numjobs=50 -runtime=180 -group_reporting -name=rand_100write_4k

      预期输出：

      lat (usec): min=20, max=7168, avg=24.76, stdev=13.97
write: IOPS=37.3k, BW=146MiB/s (153MB/s)(8744MiB/60001msec)

    结果分析

    卷类型

    IOPS

    Throughput

    PMEM-LVM

    92000

    381 MB/s

    SSD

    37000

    153 MB/s

    可见非易失性存储设备的PMEM-LVM性能是SSD本地盘设备的2~3倍。

应用场景二：数据密集型业务

本文通过使用云盘SSD及非易失性存储卷方式部署MySQL数据库检测写性能。

使用云盘SSD部署MySQL数据库

  1. 创建云盘SSD数据卷。

    1. 执行以下命令，使用阿里云CSI创建云盘SSD数据卷。

      kubectl apply -f disk-mysql.yaml

      disk-mysql.yaml模板示例如下所示：

      apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: disk-mysql
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 100Gi
  storageClassName: alicloud-disk-topology

    2. 执行以下命令查看创建的SSD存储卷。

      kubectl get pvc disk-mysql

      预期输出：

      NAME         STATUS   VOLUME      CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS             AGE
disk-mysql   Bound    d-***       100Gi      RWO            alicloud-disk-topology   10h

  2. 使用SSD存储卷创建MySQL数据库实例。

    1. 执行以下命令创建MySQL数据库实例。

      kubectl apply -f mysql-normal-ssd.yaml

      mysql-normal-ssd.yaml模板示例如下所示：

      apiVersion: apps/v1 # for versions before 1.9.0 use apps/v1beta2
kind: Deployment
metadata:
  name: mysql-normal
  labels:
    app: wordpress
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: wordpress
      tier: mysql
  strategy:
    type: Recreate
  template:
    metadata:
      labels:
        app: wordpress
        tier: mysql
    spec:
      hostNetwork: true
      containers:
      - image: mysql:5.6
        name: mysql
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mysql-pass
              key: password
        ports:
        - containerPort: 3306
          name: mysql
        volumeMounts:
        - name: mysql
          mountPath: /var/lib/mysql
      volumes:
        - name: mysql
          persistentVolumeClaim:
            claimName: disk-mysql
---
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: mysql-pass
type: Opaque
data:
  username: YWRt****
  password: YWRt****

    2. 执行以下命令查看创建的MySQL数据库实例。

      kubectl get pod | grep mysql-normal

      预期输出：

      NAME                    READY    STATUS   RESTARTS    AGE
mysql-normal-****       1/1      Running   0          10h

使用非易失性存储卷创建MySQL数据库

  1. 创建PMEM-LVM存储卷。

    1. 执行以下命令使用阿里云CSI创建PMEM-LVM存储卷。

      kubectl apply -f csi-pmem-lvm.yaml

      csi-pmem-lvm.yaml模板示例如下所示：

      apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: pmem-mysql
spec:
  accessModes:
  - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 100Gi
  storageClassName: csi-pmem-lvm

    2. 执行以下命令查看创建的PMEM-LVM存储卷。

      kubectl get pvc pmem-mysql

      预期输出：

      NAME         STATUS   VOLUME       CAPACITY   ACCESS MODES   STORAGECLASS          AGE
pmem-mysql   Bound    d-****        100Gi      RWO            csi-pmem-lvm          10h

  2. 在挂载的PMEM存储卷创建MySQL数据库。

    1. 执行以下命令在挂载的PMEM存储卷创建MySQL数据库。

      kubectl apply -f mysql-normal-pmem.yaml

      mysql-normal-pmem.yaml模板示例如下所示：

      apiVersion: apps/v1 # for versions before 1.9.0 use apps/v1beta2
kind: Deployment
metadata:
  name: mysql-normal
  labels:
    app: wordpress
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: wordpress
      tier: mysql
  strategy:
    type: Recreate
  template:
    metadata:
      labels:
        app: wordpress
        tier: mysql
    spec:
      hostNetwork: true
      nodeName: <NODE name of worker node>
      containers:
      - image: mysql:5.6
        name: mysql
        env:
        - name: MYSQL_ROOT_PASSWORD
          valueFrom:
            secretKeyRef:
              name: mysql-pass
              key: password
        ports:
        - containerPort: 3306
          name: mysql
        volumeMounts:
        - name: mysql
          mountPath: /var/lib/mysql
      volumes:
        - name: mysql
          persistentVolumeClaim:
            claimName: pmem-mysql
---
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: mysql-pass
type: Opaque
data:
  username: YWRt****
  password: YWRt****

    2. 执行以下命令查看创建的MySQL数据库实例。

      kubectl get pod | grep mysql-normal

      预期输出：

      NAME                    READY    STATUS   RESTARTS    AGE
mysql-normal-****        1/1     Running   0          10h

数据库写性能测试

在Pod中执行以下命令进行数据库性能压测。

sysbench /root/sysbench/point_select.lua run --db-driver=mysql --report-interval=1
--mysql-table-engine=innodb --oltp-table-size=10000 --oltp-tables-count=32 --oltp-test-mode=complex 
--time=100 --mysql-host=127.0.0.1 --mysql-port=3306 --mysql-user=root --mysql-password=admin 
--mysql-db=sbtest --oltp-read-only=on --oltp-simple-ranges=0 --oltp-sum-ranges=0 
--oltp-order-ranges=0 --oltp-distinct-ranges=0  --oltp-dist-type=uniform --warmup-time=300 
--max-time=30 --max-requests=0 --percentile=99 --num-threads=150

测试结果

卷类型

Insert吞吐量（次/秒）

SSD

49812

PMEM-LVM

122156

可见相比于SSD，使用非易失性存储的数据库写入性能约为其2.5倍。