螞蟻金服自研資料庫OceanBase如何登頂TPC-C

支付寶技術團隊 發表於2019-10-09
10 月 2 日,國際事務處理效能委員會(TPC)宣佈:在最新發布的 TPC-C 排行榜中,螞蟻金服自研資料庫 OceanBase 位列第一。InfoQ 記者第一時間採訪到螞蟻金服研究員、OceanBase 主架構師楊傳輝(日照),請他解讀這份 TPC-C 榜單,同時介紹 OceanBase 積累九年多才正式參與 TPC-C 打榜的過程和意義。

請從專業性和權威性,參與標準和參與流程上,介紹一下 TPC-C 的測試結果,對於資料庫廠商來說意味著什麼?

TPC 是由數十家會員公司建立的非盈利組織,成立於 1988 年,總部設在美國,圖靈獎得主 Jim Gray 是奠基人。TPC 的成員主要是業界主流的計算機軟硬體廠家,其職責是制定企業級應用基準測試考評的標準規範,並且衡量整體系統的效能和價效比,管理測試結果的認證和釋出。Oracle、IBM、微軟等公司的多個資料庫產品曾多次參與這個測評並且是主要領先成績的保持者。TPC-C 是 TPC 組織制定的關於 OLTP 資料庫事務處理能力的基準測試,金融、電信、政府等關鍵領域的客戶一般參照 TPC-C 結果來衡量各個資料庫廠商的事務處理能力。

只有在 TPC 官方網站上得到認證,得到國際機構審計的測試結果才是 TPC 機構認可的測試結果。TPC-C 認證要求非常嚴格,大到效能、功能、資料一致性和容災能力,小到測試過程中使用過的滑鼠鍵盤價格,都需要嚴格披露,確保測試可復現且與真實業務場景保持一致。 OceanBase TPC-C 僅僅認證過程就花費超過半年時間

資料庫的核心能力包括效能、成本、功能、生態等等,而 TPC-C 是全球 OLTP 資料庫最權威的效能測試基準。TPC-C 登頂是每個 OLTP 資料庫廠商的夢想,登頂意味著具備世界級的事務處理能力,能夠滿足無論是網際網路還是金融、電信、政府等關鍵領域的核心繫統的事務處理需求。目前在 TPC-C 指標上,螞蟻金服是唯一一家中國上榜企業。

OceanBase 此前參與過該基準測試嗎?取得的成績是什麼?

幾乎每個 OLTP 資料庫都會在測試環境中跑 TPC-C 基準測試,OceanBase 也不例外。雖然 OceanBase 在阿里巴巴“雙十一”等業務場景中積累了非常好的高併發事務處理能力,但 TPC-C“打榜”難度非常之大, OceanBase 積累了九年多才選擇正式參與 TPC-C 打榜

請詳細介紹此次 OceanBase 參與測試的全過程,包括:如何參與?過程中需要配合提交什麼?

每家資料庫廠商都可以參與 TPC-C,只需要郵件聯絡 TPC 官方組織報名參加即可,關鍵在於資料庫廠商有沒有能力通過測試並得到好的結果。

OceanBase TPC 審計分成三個階段:第一個階段稱為準備階段,根據 TPC-C 規範的要求實現必須的功能並做好效能優化,這個階段需要把測試規範理解清楚,並把每個疑問都和審計員通過郵件溝通清楚。需要注意的是,TPC-C 審計非常嚴格,一定要細化到 TPC-C 規範的每個條目,任何一條不符合規範都會導致測試不通過;第二個階段稱為現場預審計,美國的審計員來到螞蟻金服杭州總部,和 OceanBase 團隊成員一起完成功能測試、ACID 測試、效能測試、當機測試、架構和程式碼 Review、效能成本計算等全部過程。當時在這個過程中發現了一些問題,OceanBase 團隊後續幾周進行了全部的改正;第三個階段稱為正式審計,OceanBase 團隊按照審計員給的檢查列表修改完成所有預審計階段發現的問題,每一項都得到審計員確認後再執行最終測試,最後完成 FDR(Full Disclosure Report)完整披露報告並向 TPC 技術委員會正式提交結果。

我們應該如何看懂目前官網披露的 TOP10 結果中,各類相關指標背後的意義?比如效能、價格、CPU...

TPC-C TOP10 結果中,有些是資料庫公司測試的,有些是硬體公司測試的,不同測試的硬體架構和資料庫軟體架構都可能有所不同。TPC-C 是開放的測試基準,不管採用什麼架構都可以來參加測試,只要符合 TPC-C 規範即可, 最終的衡量標準主要是兩個:一個是效能(tpmC),還有一個是價效比(price/tpmC) 。效能表示資料庫能夠跑多快,價效比表示資料庫的成本能夠做到多低。

關於效能,TPC-C 測試模擬商品交易,包含五種事務:NewOrder 建立新訂單(佔比 n/a)、Payment 支付訂單(佔比>=43%)、OrderStatus 查詢最近訂單(佔比>=4%)、Delivery 批量配送訂單(佔比>=4%)和 StockLevel 庫存狀態分析(佔比>=4%)。TPC-C 雖然沒有規定 NewOrder 事務的佔比,但通過其它四種事務的佔比可以反推 NewOrder 佔比<=45%。而 TPC-C 的效能指標用 tpmC(transaction-per-minute-C)來衡量,表示每分鐘執行的 NewOrder 事務數,因此,實際測試時,NewOrder 佔比往往都是 45%,相應地,Payment 佔比 43%,另外三種事務佔比 4%。另外,TPC-C 測試要求 10% NewOrder 分散式事務,以及 15% Payment 分散式事務。

關於價格,TPC-C 測試綜合計算軟硬體價格以及三年服務價格,軟硬體價格除了資料庫和儲存,還包括針對 TPC-C 場景開發的應用系統,甚至連測試使用的桌上型電腦也需要計算在內。軟體價格和硬體價格最好區分開來,硬體價格代表商業資料庫的真實成本,軟體價格代表商業資料庫的利潤。例如,OceanBase 這次 TPC-C 測試的總體價格雖然不低,但是硬體價格佔比很低(不到 18%),真實價效比遠遠高於第二名 Oracle,整體價效比和 Oracle 比較接近更像是一種定價策略。另外,TPC-C 測試要求磁碟至少能夠儲存 60 天的資料量。集中式資料庫往往儲存一份資料,而 OceanBase 採用 Paxos 協議實現 RPO = 0,在 TPC-C 測試以及主流生產系統中都儲存了 2 份資料和 3 份日誌,相當於 OceanBase 需要提供 120 天的儲存容量並計入價格。

關於 CPU,這裡有兩個 關鍵點

1、對於集中式架構,除了資料庫使用 CPU 之外,專用儲存裝置也需要使用 CPU。例如,第二名 Oracle 3000 多萬 tpmC 的測試中,資料庫使用了 108 顆 T3 SPARC 處理器,共有 1728 個物理核心和 13824 個執行執行緒,同時儲存裝置使用的是 Intel 伺服器作為機頭,總共使用了 97 臺伺服器,194 顆 Intel X5670 CPU,2328 個物理核心。

2、TPC-C 基準測試無法簡單地通過增加 CPU 核來提升效能。這是因為,TPC-C 考察分散式事務,資料庫軟體如果做得不好,無論怎麼增加 CPU 也無法提升 TPC-C 效能。Oracle 因為其 RAC 技術可以把 OLTP 資料庫伺服器擴充套件到幾十個節點,其它軟硬體廠商憑藉單機無法超越,直到 OceanBase 實現了真正的 OLTP 分散式資料庫技術。

從結果來看,OceanBase 提交時間是 2019 年 10 月 2 日,其他幾家提交時間是 2011 年、2010 年... 為何大家提交時間如此不同?不同時間提交的結果,具有可比性嗎?

TPC-C 測試是需要有驅動力的,Oracle 2010 年測試得到 3000 多萬的結果之後就“獨孤求敗”了,其它廠商測不過,Oracle 也缺乏重新整理自己保持的記錄的動機。Oracle 最新的測試結果是 2013 年 3 月份做的,在榜單的第四名,當時也是為了推廣 Sun 的 SPARC 處理器。大家關注的往往都是榜單的前幾名,Oracle、DB2 和 SQL Server 這三家公司把 TPC-C 效能測得太高了,導致其他廠商基本沒有機會進入 TPC-C 榜單前幾名,與其測出普通的結果,還不如干脆保持“神祕”,OceanBase 也是準備了九年確保能夠上榜之後才正式測試。

OceanBase 和榜單前幾名的測試時間相差比較大,本質的原因在於其它資料庫採用的是專用硬體(專用伺服器 + 專用高階儲存),OceanBase 採用的是基於普通 PC 伺服器的分散式架構。採用分散式架構之後,OceanBase 的硬體成本大幅優於專用硬體,這幾年硬體價效比提升的主要受益者也是普通 PC 伺服器。所以,這裡更多是專用硬體和分散式架構的區別,而不在於測試時間的差別。當然,基礎軟體重大創新的時間週期是很長的,一般需要十年以上的積累,銀行核心業務今天使用的大型機還是幾十年前的技術。

據介紹此次測試結果是在阿里雲支援下實現的,這意味著什麼?硬體產品與測試結果之間的關係是什麼?

TPC-C 測試需要考察三年軟硬體總費用,如果採用獨立部署的模式,需要購買全部硬體,例如第二名 Oracle 測試的硬體總體成本大約 3000 多萬美金,絕大多數商業公司都是玩不起的。而 OceanBase 採用阿里巴巴公有云提供的 ECS 雲伺服器,測試多長時間就租用多長時間,使得測試成本大幅降低。

TPC-C 測試要求在峰值效能穩定執行 8 個小時,其中至少 2 小時效能抖動不超過 2%,OceanBase 做到了 8 小時效能抖動不超過 2%,無論對資料庫軟體還是硬體挑戰都非常大。OceanBase 在阿里雲支援下完成此次 TPC-C 測試,總共使用了 204 臺 ECS i2 雲伺服器。另外,TPC-C 模擬的是銀行的交易核心,對穩定性和當機恢復都有嚴格的要求,說明 OceanBase 能夠在阿里雲上提供金融級的可靠性。

有人說 OceanBase 取得的測試結果是被“雙十一”這樣的業務倒逼的,我們應該如何理解業務倒逼技術?

OceanBase 從 2010 年開始立項就定位要做世界級的分散式資料庫,然而, 好的技術一定要先有好的業務場景 。對於資料庫這樣的基礎軟體,想要彎道超車,更是需要重量級的業務場景。每年“雙十一”零點的峰值壓力對於高效能資料庫是絕佳的練兵場,OceanBase 也是在阿里內部經過了多年的“雙十一”歷練之後才開放給金融以及其它行業的客戶。

對於資料庫這樣的通用技術來說,既要業務需求倒逼但同時又要超出業務需求。資料庫的整體設計一定是面向通用場景,遵守資料庫行業國際標準,例如針對資料庫語法的 SQL 規範,以及針對資料庫效能的 TPC-C 測試規範;同時,資料庫的功能集合很大,需要根據業務需求合理安排研發優先順序,研發團隊成員才能從解決實際業務問題中找到成就感。

我們如何看待國內廠商積極參與 TPC 測試?

TPC 是資料庫行業針對效能測試的國際權威標準,國內廠商積極參與 TPC 測試,本身也是中國資料庫行業自信的一種體現,表明中國資料庫可以逐步參與全球競爭。中國的資料庫需要回歸研發本質,具備自主研發和自主創新能力。對於 TPC-C 測試,我也看到部分國內廠商採用未經官方認證的標準,我認為這是不合適的。 OceanBase 後續會將 TPC-C 測試工具開源 ,使其它資料庫廠商也能夠簡單地完成符合審計標準的 TPC-C 測試,進一步促進中國資料庫產業和國際接軌。

OceanBase 在相容 Oracle 方面,目前的主要進展是什麼?接下來的發展計劃是什麼?

本次 TPC-C 測試採用的是 OceanBase 2.2 版本,OceanBase 2.2 已經初步具備 Oracle 相容能力,OceanBase TPC-C 測試採用的就是完全相容 Oracle 的儲存過程語法。 阿里巴巴內部有部分 Oracle 業務已經平滑遷移到 OceanBase,阿里巴巴外部也有股份制銀行正在將 Oracle 業務平滑遷移到 OceanBase 。接下來,OceanBase 還會進一步加強 Oracle 相容特性,重點加強分散式優化器和執行器的核心能力。

作者介紹

楊傳輝(日照) ,螞蟻金服研究員,OceanBase 主架構師,負責 OceanBase 研發,職業生涯先後在百度和阿里從事雲端計算和分散式資料庫核心研發工作,著有《大規模分散式儲存系統:原理與實踐》。

OceanBase 大事記

2010 年 :創始人陽振坤加入阿里巴巴,OceanBase 正式立項;

2011 年 :OceanBase 0.1 版本釋出,應用於淘寶收藏夾;

2014 年 :OceanBase 0.5 版本釋出,替代 Oracle 在支付寶交易系統上線,負擔“雙十一”10% 流量;

2015 年 :網商銀行成立,OceanBase 成為全球首個應用在金融核心業務系統的分散式關聯式資料庫;

2016 年 :OceanBase 1.0 版本在支付寶賬務系統上線,支撐 12 萬筆 / 秒支付峰值;

2017 年 :支付寶首次把賬務庫在內的所有核心資料鏈路搬到 OceanBase 上,創造 4200 萬次 / 秒資料庫處理峰值紀錄。同年,OceanBase 1.x 版本在多家商業銀行上線;

2018 年 :OceanBase 2.0 版本正式釋出,降低金融業務向分散式架構轉型的技術風險;

2019 年 :OceanBase 獲得 TPC-C 基準測試排名榜首。


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