华为云GeminiDB Cassandra与自建开源Cassandra性能对比

测试环境

• 开源Cassandra测试环境

  表1 开源Cassandra测试环境

  名称	开源Cassandra集群
  Cassandra版本	3.11.5
  集群节点数	3
  操作系统版本	Centos7.4
  ECS规格	通用增强型4vCPUs | 16GB 通用增强型8vCPUs | 32GB 通用增强型16vCPUs | 64GB 通用增强型32vCPUs | 128GB

• GeminiDB Cassandra测试环境

  表2 GeminiDB Cassandra测试环境

  名称	GeminiDB Cassandra集群
  区域	华东-上海二
  集群节点	3
  可用区	可用区三
  版本	3.11
  规格	4vCPUs | 16GB 8vCPUs | 32GB 16vCPUs | 64GB 32vCPUs | 128GB

压测工具环境

• 压测机器规格

  表3 压测机器规格

  名称	测试客户端ECS
  CPU	16vCPUs
  内存	64GB
  操作系统	Centos7.4

• 压测工具信息

  表4 压测工具信息

  测试工具	YCSB
  版本	0.12.0
  下载地址	https://github.com/brianfrankcooper/YCSB curl -O --location https://github.com/brianfrankcooper/YCSB/releases/download/0.12.0/ycsb-0.12.0.tar.gz

测试模型

测试步骤

开源Cassandra测试步骤

1. 购买机器。
   1. 登录管理控制台。
   2. 选择“计算 > 弹性云服务器”，进入云服务器控制台。
   3. 单击页面右上角的“购买弹性云服务器”，填选配置参数，完成ECS的购买。购买ECS时需要关注如下参数：
      • 区域：华东-上海二
      • 可用区：可用区3
      • 规格：通用计算增强型 | c6.xlarge.4
      • 镜像：公共镜像-CentOS-CentOS 7.6 64bit（40GB）
      • 数据盘：选择超高IO，大小为200GB
      • 网络：选择任意VPC和子网
      • 其他参数：根据提示设置，非必选参数可以不设置。
   4. 按照上述方法创建五台弹性云服务器，分别命名为Cassandra-1(192.168.0.15)，Cassandra-2(192.168.0.240)，Cassandra-3(192.168.0.153)，Cassandra-4(192.168.0.175)，ycsb-Cassandra(192.168.0.60)。

      其中，Cassandra-1、Cassandra-2和Cassandra-3为初始化Cassandra集群，Cassandra-4为扩容用的扩展服务器，ycsb-Cassandra为压测服务器。

      图1 弹性云服务器信息
      
   5. 等待弹性云服务器创建完成之后，通过控制台的远程登录功能，依次登录上述五台弹性云服务器。
      图2 登录弹性云服务器
      
   6. 执行如下命令，按照提示安装jre。

      yum install jre

   7. 安装Cassandra服务，并创建数据目录。
      1. 执行如下命令，下载Cassandra安装包。

         wget https://archive.apache.org/dist/cassandra/3.11.5/apache-cassandra-3.11.5-bin.tar.gz

      2. 执行如下命令，解压安装包。

         tar -zxvf apache-Cassandra-3.11.5-bin.tar.gz -C /root/

      3. 执行如下命令，更改安装目录。

         mv /root/apache-Cassandra-3.11.5 /usr/local/Cassandra

      4. 执行如下命令，配置环境变量。

         echo "export PATH=/usr/local/Cassandra/bin:$PATH" >> /etc/profile

      5. 执行如下命令，使环境变量生效。

         source /etc/profile

      6. 执行如下命令，创建数据目录。

         mkdir /data

      7. 执行如下命令，回显如下，则表示安装成功。

         cqlsh

         图3 安装成功
         

2. 配置开源Cassandra集群。
   1. 登录Cassandra-1、Cassandra-2和Cassandra-3。
   2. 进入“/usr/local/Cassandra/conf ”目录，修改Cassandra-topology.properties文件。需要修改如下内容：
      • 注释图4中区域1的内容
      • 增加图4中区域2的内容
      图4 修改配置文件
      
      说明：

      Cassandra-1、Cassandra-2和Cassandra-3的Cassandra-topology.properties配置文件需保持一致。

   3. 修改Cassandra.yaml文件。涉及如下参数:

      data_file_directories:
      - /data
      commitlog_directory: /usr/local/Cassandra/commitlog
      saved_caches_directory: /usr/local/Cassandra/saved_caches
      seed_provider:
      # Addresses of hosts that are deemed contact points.
      # Cassandra nodes use this list of hosts to find each other and learn
      # the topology of the ring.  You must change this if you are running
      # multiple nodes!
      - class_name: org.apache.Cassandra.locator.SimpleSeedProvider
      parameters:
      # seeds is actually a comma-delimited list of addresses.
      # Ex: "<ip1>,<ip2>,<ip3>"
      - seeds: "192.168.0.153,192.168.0.240,192.168.0.15"	##填写集群三个节点的IP
      listen_address: 192.168.0.153       #各节点的IP地址
      rpc_address: 192.168.0.153			#各节点的IP地址
   4. 修改完上述两个配置文件后，分别在Cassandra-1、Cassandra-2和Cassandra-3执行如下命令，启动Cassandra集群。

      Cassandra –R &

3. 扩容开源Cassandra集群节点。
   1. 登录Cassandra-4。
   2. 进入/usr/local/cassandra/conf目录，编辑Cassandra-topology.properties文件。修改内容如下：
      • 注释图5中区域1的内容。
      • 增加图5中区域2的内容。
        图5 编辑配置文件
        
   3. 修改Cassandra.yaml文件。涉及如下参数：

      data_file_directories:
      - /data
      commitlog_directory: /usr/local/Cassandra/commitlog
      saved_caches_directory: /usr/local/Cassandra/saved_caches
      seed_provider:
      # Addresses of hosts that are deemed contact points.
      # Cassandra nodes use this list of hosts to find each other and learn
      # the topology of the ring.  You must change this if you are running
      # multiple nodes!
      - class_name: org.apache.Cassandra.locator.SimpleSeedProvider
      parameters:
      # seeds is actually a comma-delimited list of addresses.
      # Ex: "<ip1>,<ip2>,<ip3>"
      - seeds: "192.168.0.153,192.168.0.240,192.168.0.15"	##填写集群三个seed节点的IP，和步骤一填写的值保持一致
      listen_address: 192.168.0.175       #各节点的IP地址
      rpc_address: 192.168.0.175			#各节点的IP地址
   4. 登录Cassandra-1。
   5. 执行如下命令，停止所有节点的压缩。

      nodetool disableautocompaction

   6. 执行如下命令，停止正在执行的压缩。

      nodetool stop COMPACTION

   7. 执行如下命令，限制节点的迁移流量。

      nodetool setstreamthroughput 32

      说明：

      如上述命令中，节点的迁移流量设置为32MB/S，避免对业务造成太大的影响。

   8. 登录Cassandra-4。
   9. 执行如下命令，启动Cassandra服务。

      Cassandra –R &

   10. 登录Cassandra-1。
   11. 扩容过程中，每30s执行一次如下命令，查看节点状态。

       nodetool status

       当Cassandra-4的状态为UJ时，说明还在数据迁移，直到状态变更为UN时，迁移才算完成。如下图所示：

       图6 查看节点状态
       

GeminiDB Cassandra测试步骤

1. 购买GeminiDB Cassandra集群。
   1. 登录管理控制台。
   2. 选择“数据库 > 云数据库 GeminiDB”，进入服务控制台。
   3. 单击页面右上角“购买数据库实例”，填选配置参数，完成GeminiDB Cassandra实例的购买。购买GeminiDB Cassandra实例时需要关注如下参数：
      • 区域：华东-上海二
      • 兼容接口：Cassandra
      • 性能规格：4 vCPUs | 16 GB
      • 存储空间：200GB
      • 节点数量：3
      • 虚拟私有云：和购买的弹性云服务器保持一致
      • 内网安全组：和购买的弹性云服务器保持一致

2. 扩容GeminiDB Cassandra集群节点。
   1. 登录管理控制台。
   2. 选择“数据库 > 云数据库 GeminiDB”，进入服务控制台。
   3. 选择已创建好的GeminiDB Cassandra实例。
   4. 单击实例名称，进入基本信息页面。
   5. 在“基本信息>节点信息”区域，单击“添加节点”，进入“添加节点”页面。
      图7 节点信息
      

   6. 在“添加节点”页面，单击“增加节点数量”右侧的“＋”，进行节点扩容。
      图8 添加节点
      

   7. 等待扩容完成。
   8. 观察在扩容过程中查看QPS的浮动情况。
      图9 查看QPS的浮动情况
      

      可以观察到对GeminiDB Cassandra实例进行节点扩容，仅有十秒左右的QPS小幅下降，对业务几乎无影响，从扩容开始到扩容完成，大约十分钟左右。

      在扩容操作完成之后，也可以对测试过程数据进行分析。

测试结果

• 性能结果

  表6 性能数据

  qps_avg统计	节点规格	客户端并发数	预置数据量	_read95_update5	_update50_read50	_read65_update25_insert10	_insert90_read10
  开源Cassandra集群性能数据	4U6GB	32	50	2884	5068	8484	10694
  	8U32GB	64	100	2796	2904	5180	7854
  	16U64GB	128	200	5896	14776	14304	15707
  	32U128GB	256	400	8964	22284	19592	22344
  GeminiDB Cassandra集群性能数据	4U6GB	32	50	8439	10565	9468	23830
  	8U32GB	64	100	24090	24970	21716	44548
  	16U64GB	128	200	48985	51335	43557	67290
  	32U128GB	256	400	91280	85748	74313	111540
  GeminiDB Cassandra与开源Cassandra性能比	4U6GB	32	50	2.93	2.08	1.12	2.23
  	8U32GB	64	100	8.62	8.60	4.19	5.67
  	16U64GB	128	200	8.31	3.47	3.05	4.28
  	32U128GB	256	400	10.18	3.85	3.79	4.99

• 测试结论
  1. 社区版Cassandra对读较不友好，GeminiDB Cassandra在读时延的性能表现上，要优于社区版数十倍。
  2. 在写性能表现上，GeminiDB Cassandra与社区版基本保持一致。
  3. 社区版和GeminiDB Cassandra在节点扩容过程中，对业务都有轻度的影响。
     • GeminiDB Cassandra扩容较快，影响业务的时间较为短暂，为10s，且不涉及参数调整，扩容过程十分钟。
     • 社区版根据数据量的大小，参数的设置，整个扩容流程比较长，对性能的影响也参差不齐，50G预置数据，在实验场景中，扩容会超过30分钟。
     • 计算公式：最快迁移速度=(nodetool setstreamthroughput 32设置的迁移流量限制，默认为200Mbps)*原节点数。

       本测试过程中，最快的迁移速度=32Mbps/s*3=12MB/S=720MB/min=0.703GB/min，计算可得50GB数据在此场景下迁移的最快时间是：50/0.703=71.1分钟。