近日，北京志凌海纳科技有限公司（以下简称 “SmartX”）携手 openGauss 社区完成了 openGauss 数据库基于 SmartX 超融合平台（SMTX OS）和 SmartX 分布式存储平台（SMTX ZBS）的性能测试和调优。
结果显示，在超融合环境中，openGauss 数据库性能提升了 41% ~ 174%；在分布式存储环境中，其最高值能可达到裸金属服务器 + 本地 NVMe SSD 性能的 110%。
背景
随着信创转型进入深水区，国产数据库的市场占有率快速增长，openGauss 作为重要的企业级开源关系数据库，其商业版本被广泛的应用于金融、政府、电信、能源等关键行业的核心场景。
为帮助用户更好的了解 openGauss 数据库在信创硬件平台及 SmartX 软件平台上的运行表现，SmartX 携手 openGauss 社区围绕 openGauss-5.1.0 企业版在 SmartX 超融合信创平台和 SmartX 分布式存储信创平台（基于鲲鹏芯片的信创服务器）上进行了一系列的性能测试和调优，并通过本文分享相关的测试结果与调优思路。
测试方法
本次测试使用 BenchmarkSQL 基于 TPC-C 基准执行测试，以便更客观地评价 openGauss 数据库在 SmartX 信创平台上的性能表现。
TPC-C
TPC-C 是一个业界公认的事务处理性能基准测试。它是 Transaction Processing Performance Council（TPC）发布的标准基准测试之一，用于测试在线事务处理（OLTP）系统的性能。TPC-C 测试基于一个虚拟的在线订单处理应用程序，它包括了一系列的事务操作，如客户订单、库存管理、交付处理等。TPC-C 测试结果以“每分钟事务处理量 (TPM)”为单位进行度量。
BenchmarkSQL
BenchmarkSQL 是一款可以使用 TPC-C 测试规范来运行基准测试的工具。具体来说，BenchmarkSQL 可以使用 TPC-C 测试规范中定义的事务操作和数据结构，来模拟一个 TPC-C 测试环境，并对数据库系统进行性能测试。因此，BenchmarkSQL 可以被认为是 TPC-C 测试的一种实现方式。
SMTX OS 超融合场景测试
1. 测试环境
*超融合测试场景中，需要留部分 CPU 和内存资源给 SMTX OS 作为开销。因此，openGauss 数据库无法独占物理机。
2. 测试模型
超融合场景测试分为两种部署架构：
部署架构 1：openGauss 数据库和 BenchmarkSQL 压力程序分别部署在不同的虚拟机（并运行在不同物理服务器节点），BenchmarkSQL 虚拟机的访问请求通过网络发送到 openGauss 数据库虚拟机进行处理。
部署架构 2：openGauss 数据库和 BenchmarkSQL 部署在同一虚拟机之内（openGauss 所在虚拟机），BenchmarkSQL 虚拟机的访问请求在虚拟机内部直接传送到 openGauss 数据库虚拟机进行处理，没有网络开销。
3. 测试模型
3.1 优化前的初步测试结果
部署架构 1 测试结果：（测试结果为 Neworder 交易，单位：TPM）
部署架构 2 测试结果：（测试结果为 Neworder 交易，单位：TPM）
3.2 主要调优手段
主机优化
- BIOS 开启性能模式（CPU 最大性能）
超融合软件优化
- 开启 boost 模式加速（降低 IO 延时）
- 开启 RDMA 网络（降低网络延时）
虚拟机优化
- 开启 vCPU 绑定（不共享 CPU）
- 利用多个虚拟卷分开存放表空间以及日志文件（提升 IO 并发）
操作系统优化
- 网络中断参数优化（降低网络延时）
- 文件系统设置块大小为 8k（与数据库块大小对齐）
- 关闭 swap
- 关闭内存大页
- 启动参数优化（禁用不必要服务）
数据库参数优化
- 为数据库进程绑定 numa 拓扑
- 调整 redo log 大小
- 开启/关闭异步 IO
- ……
BenchmarkSQL 优化
- 创建分表，引入索引（提升数据库并发访问）
3.3 调优前后测试结果对比
本次测试包含多项调优项目，但由于篇幅有限，无法逐一介绍调优效果，因此选择了两项提升幅度较大的调优项目给大家参考：
BenchmarkSQL 优化 – 创建分表
当 BenchmarkSQL 程序填充数据时，它主要通过调用脚本来创建数据库表格。然而，原始脚本只通过创建单一表格来进行填充，这会限制并发访问的优势。为了解决该问题，我们对创建脚本进行了优化，将数据分表存放，让数据库访问时可以获取多个表格的响应。
基于测试结果，我们可以得出以下结论：
- 在默认情况下，分表后 tpmC 值有明显提升，增长区间为 17%~116%，且并发度越高，tpmC 值提升越明显。
- 在数据库启用异步日志后，性能有较大提升（50% 以上），经后台监控查看，初步判断 IO 此时成为主要性能瓶颈。
IO 优化
由于观察到同步日志下，其性能会受到 IO 性能影响。因此我们对现有环境进行 IO 及运算能力的优化：
- 加虚拟磁盘，分离日志文件和表空间放置在不同的虚拟磁盘。
- 调整宿主机 profile。
- vCPU NUMA 绑定。
经调优后，tpmC 性能提升了 16%~ 43%。
综合调优前后性能对比
在超融合场景下，经过多种手段调优后，tpmC 性能综合提升了 41% ~ 174%，性能提升效果非常明显。
SMTX ZBS 分布式存储场景测试
1. 测试环境
1.1 使用 iSCSI 方式时，计算端配置情况
1.2 使用 NVMe-oF 方式时，计算端配置情况
*分离式部署测试场景中， openGauss 数据库直接部署在物理机上，可完全独占这台服务器的所有资源。
2. 测试模型
分离式部署场景测试分为两种部署架构：
部署架构 1：openGauss 数据库服务器通过 iSCSI 协议连接 SMTX ZBS 分布式存储，这是一种连接分布式存储最常用（最通用）的协议，由于 iSCSI 协议性能开销较大，因此 IO 延时较高。
部署架构 2：为应对 IO 延时要求苛刻的数据库场景，SMTX ZBS 提供了高性能、低延时的 NVMe-oF 接入协议。openGauss 数据库服务器通过 NVMe-oF 协议接入存储可有效降低 IO 延时。
3. 测试内容
3.1 NVMe-oF 接入协议对比 iSCSI 协议的性能提升
在 SMTX ZBS 分离部署场景下沿用了前面章节 SMTX OS 超融合场景的调优手段，并额外增加了索引的优化，性能测试结果如下：
基于测试结果，我们可以得出以下结论：
- 采用 NVMe-oF 接入协议，相比 iSCSI 接入协议在所有场景下均能获得性能提升，tpmC 性能提升比例在 9% ~ 25% 之间。
3.2 NVMe-oF 接入 ZBS 分布式存储对比本地 NVMe SSD 的测试结果
为帮助用户更好的理解测试结果，我们还增加了裸金属服务器 + 本地 NVMe SSD 的性能测试，其采用本地 NVMe SSD 裸盘格式化后用作数据库的存储空间进行测试。
其中，BenchmarkSQL 程序也部署在 openGauss 数据库所在的裸金属服务器中。
众所周知，NVMe 裸盘的 IO 性能是非常优秀的，因为我们以此模型为参照物，对比 SMTX ZBS 分布式存储在 NVMe-oF 接入协议下的性能表现，其测试结果如下：
基于测试结果，我们可以得出以下结论：
- 大部分场景下，裸金属服务器 +ZBS NVMe-oF 协议接入的性能与裸金属服务器 + 本地 NVMe SSD 持平甚至略高。
- 多个测试模型中，裸金属服务器 +ZBS NVMe-oF 协议接入 tpmC 值最低也可以达到裸金属服务器 + 本地 NVMe SSD 性能的 73%，最高值能达到裸金属服务器 + 本地 NVMe SSD 性能的 110%。
本次测试为双方用户展示了 openGauss 数据库在 SmartX 平台上的真实表现，为用户提供了更多选择和参考。欲了解更多 SmartX 超融合在不同数据库场景下的性能表现，请阅读：性能接近翻倍！利用 Boost 技术优化 SmartX 超融合信创平台承载达梦数据库性能详解。
下载《SmartX 超融合技术原理与特性解析合集（含 VMware 对比）》，进一步了解 SmartX 如何通过技术创新提升基础架构性能与可靠性。
超融合技术原理与特性解析合集（一）虚拟化与存储
超融合技术原理与特性解析合集（二）管理与运维
