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元数据引擎性能测试

首先展示结论：

  • 对于纯元数据操作，MySQL 耗时约为 Redis 的 2～4 倍；TiKV 性能与 MySQL 接近，大部分场景下略优于 MySQL；etcd 的耗时约为 TiKV 的 1.5 倍
  • 对于小 IO（～100 KiB）压力，使用 MySQL 引擎的操作总耗时大约是使用 Redis 引擎总耗时的 1～3 倍；TiKV 和 etcd 的耗时与 MySQL 接近
  • 对于大 IO（～4 MiB）压力，使用不同元数据引擎的总耗时未见明显差异（此时对象存储成为瓶颈）
注意
  1. Redis 可以通过将 appendfsync 配置项由 always 改为 everysec，牺牲少量可靠性来换取一定的性能提升。更多信息可参见这里。
  2. 测试中 Redis 和 MySQL 数据均仅在本地存储单副本，TiKV 和 etcd 数据会在三个节点间通过 Raft 协议存储三副本。

以下提供了测试的具体细节。这些测试都运行在相同的对象存储（用来存放数据）、客户端和元数据节点上，只有元数据引擎不同。

测试环境​

JuiceFS 版本​

1.1.0-beta1+2023-06-08.5ef17ba0

对象存储​

Amazon S3

客户端节点​

  • Amazon c5.xlarge：4 vCPUs，8 GiB 内存，最高 10 Gigabit 网络
  • Ubuntu 20.04.1 LTS

元数据节点​

  • Amazon c5d.xlarge：4 vCPUs，8 GiB 内存，最高 10 Gigabit 网络，100 GB SSD（为元数据引擎提供本地存储）
  • Ubuntu 20.04.1 LTS
  • SSD 数据盘被格式化为 ext4 文件系统并挂载到 /data 目录

元数据引擎​

Redis​

  • 版本：7.0.9
  • 配置：
    • appendonly：yes
    • appendfsync：分别测试了 always 和 everysec
    • dir：/data/redis

MySQL​

  • 版本：8.0.25
  • /var/lib/mysql 目录被绑定挂载到 /data/mysql

PostgreSQL​

  • 版本：15.3
  • 数据目录被更改到 /data/pgdata

TiKV​

  • 版本：6.5.3
  • 配置：
    • deploy_dir：/data/tikv-deploy
    • data_dir：/data/tikv-data

etcd​

  • 版本：3.3.25
  • 配置：
    • data-dir：/data/etcd

FoundationDB​

  • 版本：6.3.23
  • 配置：
    • data-dir：/data/fdb

测试工具​

每种元数据引擎都会运行以下所有测试。

Golang Benchmark​

在源码中提供了简单的元数据基准测试：pkg/meta/benchmarks_test.go

JuiceFS Bench​

JuiceFS 提供了一个基础的性能测试命令：

juicefs bench /mnt/jfs -p 4

mdtest​

  • 版本：mdtest-3.3.0

在 3 个客户端节点上并发执行测试：

$ cat myhost
client1 slots=4
client2 slots=4
client3 slots=4

测试命令：

meta only

mpirun --use-hwthread-cpus --allow-run-as-root -np 12 --hostfile myhost --map-by slot /root/mdtest -b 3 -z 1 -I 100 -u -d /mnt/jfs

12000 * 100KiB files

mpirun --use-hwthread-cpus --allow-run-as-root -np 12 --hostfile myhost --map-by slot /root/mdtest -F -w 102400 -I 1000 -z 0 -u -d /mnt/jfs

fio​

  • 版本：fio-3.28
fio --name=big-write --directory=/mnt/jfs --rw=write --refill_buffers --bs=4M --size=4G --numjobs=4 --end_fsync=1 --group_reporting

测试结果​

Golang Benchmark​

  • 展示了操作耗时（单位为 微秒/op），数值越小越好

  • 括号内数字是该指标对比 Redis-Always 的倍数（always 和 everysec 均是 Redis 配置项 appendfsync 的可选值）

  • 由于元数据缓存缘故，目前 Read 接口测试数据均小于 1 微秒，暂无对比意义

    Redis-AlwaysRedis-EverysecMySQLPostgreSQLTiKVetcdFoundationDB
    mkdir558468 (0.8)2042 (3.7)1076 (1.9)1237 (2.2)1916 (3.4)1842 (3.3)
    mvdir693621 (0.9)2693 (3.9)1459 (2.1)1414 (2.0)2486 (3.6)1895 (2.7)
    rmdir717648 (0.9)3050 (4.3)1697 (2.4)1641 (2.3)2980 (4.2)2088 (2.9)
    readdir_10280288 (1.0)1350 (4.8)1098 (3.9)995 (3.6)1757 (6.3)1744 (6.2)
    readdir_1k14901547 (1.0)18779 (12.6)18414 (12.4)5834 (3.9)15809 (10.6)15276 (10.3)
    mknod562464 (0.8)1547 (2.8)849 (1.5)1211 (2.2)1838 (3.3)1763 (3.1)
    create570455 (0.8)1570 (2.8)844 (1.5)1209 (2.1)1849 (3.2)1761 (3.1)
    rename728627 (0.9)2735 (3.8)1478 (2.0)1419 (1.9)2445 (3.4)1911 (2.6)
    unlink658567 (0.9)2365 (3.6)1280 (1.9)1443 (2.2)2461 (3.7)1940 (2.9)
    lookup173178 (1.0)557 (3.2)375 (2.2)608 (3.5)1054 (6.1)1029 (5.9)
    getattr8786 (1.0)530 (6.1)350 (4.0)306 (3.5)536 (6.2)504 (5.8)
    setattr471345 (0.7)1029 (2.2)571 (1.2)1001 (2.1)1279 (2.7)1596 (3.4)
    access8789 (1.0)518 (6.0)356 (4.1)307 (3.5)534 (6.1)526 (6.0)
    setxattr393262 (0.7)992 (2.5)534 (1.4)800 (2.0)717 (1.8)1300 (3.3)
    getxattr8487 (1.0)494 (5.9)333 (4.0)303 (3.6)529 (6.3)511 (6.1)
    removexattr21596 (0.4)697 (3.2)385 (1.8)1007 (4.7)1336 (6.2)1597 (7.4)
    listxattr_18587 (1.0)516 (6.1)342 (4.0)303 (3.6)531 (6.2)515 (6.1)
    listxattr_108791 (1.0)561 (6.4)383 (4.4)322 (3.7)565 (6.5)529 (6.1)
    link680545 (0.8)2435 (3.6)1375 (2.0)1732 (2.5)3058 (4.5)2402 (3.5)
    symlink580448 (0.8)1785 (3.1)954 (1.6)1224 (2.1)1897 (3.3)1764 (3.0)
    newchunk00 (0.0)1 (0.0)1 (0.0)1 (0.0)1 (0.0)2 (0.0)
    write553369 (0.7)2352 (4.3)1183 (2.1)1573 (2.8)1788 (3.2)1747 (3.2)
    read_100 (0.0)0 (0.0)0 (0.0)0 (0.0)0 (0.0)0 (0.0)
    read_1000 (0.0)0 (0.0)0 (0.0)0 (0.0)0 (0.0)0 (0.0)

JuiceFS Bench​

Redis-AlwaysRedis-EverysecMySQLPostgreSQLTiKVetcdFoundationDB
Write big file730.84 MiB/s731.93 MiB/s729.00 MiB/s744.47 MiB/s730.01 MiB/s746.07 MiB/s744.70 MiB/s
Read big file923.98 MiB/s892.99 MiB/s905.93 MiB/s895.88 MiB/s918.19 MiB/s939.63 MiB/s948.81 MiB/s
Write small file95.20 files/s109.10 files/s82.30 files/s86.40 files/s101.20 files/s95.80 files/s94.60 files/s
Read small file1242.80 files/s937.30 files/s752.40 files/s1857.90 files/s681.50 files/s1229.10 files/s1301.40 files/s
Stat file12313.80 files/s11989.50 files/s3583.10 files/s7845.80 files/s4211.20 files/s2836.60 files/s3400.00 files/s
FUSE operation0.41 ms/op0.40 ms/op0.46 ms/op0.44 ms/op0.41 ms/op0.41 ms/op0.44 ms/op
Update meta2.45 ms/op1.76 ms/op2.46 ms/op1.78 ms/op3.76 ms/op3.40 ms/op2.87 ms/op

mdtest​

展示了操作速率（每秒 OPS 数），数值越大越好

Redis-AlwaysRedis-EverysecMySQLPostgreSQLTiKVetcdFoundationDB
EMPTY FILES
Directory creation4901.3429990.0291252.4214091.9344041.3041910.7683065.578
Directory stat289992.466379692.5769359.27869384.09749465.2236500.17817746.670
Directory removal5131.61410356.293902.0771254.8903210.5181450.8422460.604
File creation5472.6289984.8241326.6134726.5824053.6101801.9562908.526
File stat288951.216253218.5589135.571233148.25250432.6586276.78714939.411
File read64560.14860861.3978445.95320013.02718411.2809094.62711087.931
File removal6084.79112221.0831073.0633961.8553742.2691648.7342214.311
Tree creation80.12183.54634.42061.93777.87556.29974.982
Tree removal218.53595.59942.33044.696114.41476.00264.036
SMALL FILES
File creation295.067312.182275.588289.627307.121275.578263.487
File stat54069.82752800.1088760.70919841.72814076.2148214.31810009.670
File read62341.56857998.3984639.57119244.67823376.7335477.7546533.787
File removal5615.01811573.4151061.6003907.7403411.6631024.4211750.613
Tree creation57.86057.08023.72352.62144.59019.99811.243
Tree removal96.75665.27923.22719.51127.61617.86810.571

fio​

Redis-AlwaysRedis-EverysecMySQLPostgreSQLTiKVetcdFoundationDB
Write bandwidth729 MiB/s737 MiB/s736 MiB/s768 MiB/s731 MiB/s738 MiB/s745 MiB/s
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