Seçim və Disk arasında üç keş qatı

Tətbiqiniz SELECT ifadəsini işə saldıqda, bu sorğu demək olar ki, heç vaxt fırlanan diskə və ya hətta xam flash yaddaşa toxunmur — o, cavabınızın mikrosaniyə və ya millisaniyələrdə gəlib çatmadığını səssizcə müəyyən edən üç fərqli keş qatından keçir. Bu təbəqələri başa düşmək səy göstərmədən genişlənən biznes platforması ilə real yük altında bağlanan platforma arasındakı fərqdir.

SELECT Sorğunun Tətbiqinizi tərk etdiyi anda nə baş verir?

Tətbiqiniz SELECT sorğusu göndərdiyi an, o, əksər tərtibatçıların heç vaxt yoxlamadığı boru xəttinə daxil olur. Verilənlər bazası mühərriki hər hansı bir I/O baş verməzdən əvvəl sorğunu kəsir, SQL-i daxili icra planına təhlil edir və dərhal onun ilk müdafiə xəttinə: sorğunun nəticəsi keşinə müraciət edir. Eyni parametrlərə malik eyni sorğu bu yaxınlarda yerinə yetirilibsə, mühərrik məlumatın bir səhifəsinə toxunmadan keşlənmiş nəticə dəstini qaytara bilər. Bu, bəzən sorğu keşi və ya nəticə keşi adlanır və yüksək oxunan, aşağı yazan iş yüklərində - analitik panellər və hesabat modulları kimi - disk oxunmasının böyük əksəriyyətini tamamilə aradan qaldıra bilər.

Burada kritik fikir ondan ibarətdir ki, sorğu keşi verilənlər mutasiyalarına yüksək həssasdır. Əsas cədvələ qarşı hər hansı INSERT, UPDATE və ya DELETE müvafiq keşlənmiş nəticələri etibarsız edir. Məhz buna görə də yazma qabiliyyəti yüksək olan tranzaksiya sistemləri tez-tez sorğu keşini tamamilə söndürür və bunun əvəzinə daha dərin təbəqələrə etibar edir.

Bufer Hovuzu nədir və Nə üçün Düşündüyünüzdən Daha Əhəmiyyətlidir?

İkinci keş qatı - və ehtimal ki, istehsal sistemlərində ən vacibi - bufer hovuzudur (PostgreSQL-də paylaşılan bufer, MySQL-də InnoDB bufer hovuzu adlanır). Bu verilənlər bazası mühərrikinin yaxınlarda əldə edilmiş məlumat səhifələrini saxlamaq üçün istifadə etdiyi RAM bölgəsidir. Nəticə keşindən sorğuya xidmət etmək mümkün olmadıqda, mühərrik hər hansı disk oxunmasını verməzdən əvvəl tələb olunan məlumat səhifələrinin artıq bufer hovuzunda olub-olmadığını yoxlayır.

Bufer hovuzu müvəqqəti və məkan lokalliyi prinsipi əsasında fəaliyyət göstərir: çox güman ki, bu yaxınlarda əldə edilmiş məlumatlara yenidən daxil olmaq mümkündür və əldə edilmiş məlumatların yaxınlığında saxlanılan məlumatlara tezliklə daxil olmaq mümkündür. Verilənlər bazası administratorları bufer hovuzunun ölçüsünü qəbul etdikləri ən yüksək leverage konfiqurasiya qərarlarından biri kimi tənzimləyirlər. Çox kiçik olan bufer hovuzu daimi səhifənin çıxarılmasına səbəb olur və sistem sorğuları yerinə yetirməkdənsə keş buraxılışlarını idarə etməyə daha çox vaxt sərf etdiyi döyüş adlı fenomen yaradır.

Key Insight: Əksər OLTP iş yüklərində yaxşı ölçülü bufer hovuzu o deməkdir ki, bütün oxunan məlumatların 95-99%-i RAM-dən təmin edilir. İş dəsti - sorğuların əslində tez-tez toxunduğu məlumatlarınızın alt çoxluğu - çox vaxt ümumi verilənlər bazası ölçüsündən çox kiçikdir. Bufer hovuzunuzun ölçüsünü bütün verilənlər dəstinizə deyil, iş dəstinizə uyğunlaşdırmaq, həyata keçirə biləcəyiniz ən yüksək gəlirli tənzimləmə əməliyyatıdır.

Əməliyyat Sisteminin Keşi RAM və Disk arasındakı boşluğu necə doldurur?

Verilənlər bazasının öz bufer hovuzunu əldən verdikdə belə, sorğu hələ də həqiqi disk oxunması üçün nəzərdə tutulmayıb. Əməliyyat sistemi, cihazları bloklamaq üçün oxuyan və yazan buferləri saxlayan, nüvə ilə idarə olunan RAM bölgəsi olan səhifə keşini (həmçinin fayl sistemi keşi də adlandırırlar) saxlayır. Verilənlər bazası mühərriki bufer hovuzunda olmayan səhifəni tələb etdikdə, OS nüvəsi yaddaş nəzarətçisinə fiziki I/O əmri verməzdən əvvəl öz səhifə keşini yoxlayır.

Bu üçüncü təbəqə əsasən proqram tərtibatçıları üçün görünməzdir, lakin verilənlər bazası bufer hovuzunun az təmin olunduğu sistemlərdə çox vacibdir. ƏS səhifə keşi bütün proseslərdə paylaşılır, ona görə də o, tətbiq serveriniz, veb serveriniz və eyni hostda işləyən hər hansı digər proqram təminatı ilə rəqabət aparır. Xüsusi verilənlər bazası serverlərində bu rəqabət minimaldır və OS keşi mənalı ikinci şans buferini təmin edir. Paylaşılan hostlarda və ya sıx yaddaş məhdudiyyətləri olan konteynerlərdə OS keşi çox vaxt kömək etmək üçün çox kiçik olur.

Hansı Keş Layeri Təcrübədə Ən Performans Qazanmalarına cavabdehdir?

Real istehsal sistemlərində bufer hovuzu geniş fərqlə performans nəticələrinə üstünlük verir. Hər təbəqənin istifadə halları üzrə fərqli töhfə verməsinin səbəbi budur:

• Sorğu nəticələrinin keşi: Oxunması çox olan, əsasən statik verilənlər toplusunun ən yüksək faydası — hesabat sorğuları, keşlənmiş idarə panelləri, ictimai məzmunun son nöqtələri. Yazı ağır olan cədvəllərdə yararsızdır.
• Verilənlər bazası bufer hovuzu: Universal işçi qüvvəsi. Hər bir istehsal verilənlər bazası serveri əvvəlcə burada tənzimlənməlidir. Həm təsadüfi, həm də ardıcıl giriş nümunələrini səmərəli şəkildə idarə edir.
• ƏS səhifə keşi: Bufer hovuzu kiçik olduqda təhlükəsizlik şəbəkəsini təmin edir. Həm də böyük cədvəllərin ardıcıl skanları zamanı əhəmiyyətli dərəcədə kömək edir ki, bu da əks halda qaynar səhifələri bufer hovuzundan çıxara bilər.
• Yaddaş nəzarətçisinin keşi (aparat təbəqəsi): Dördüncü, çox vaxt diqqətdən kənarda qalan təbəqə — NVMe SSD-lər və RAID nəzarətçiləri batareya və ya kondansatör ehtiyat nüsxəsi ilə bortda yazma keşlərini saxlayır. Bu, fsync gecikməsi hesabına yazma qabiliyyətini itirmədən davamlılığı qoruyur.
• Tətbiq qatının keşi (Redis, Memcached): Tamamilə verilənlər bazası üzərində oturur, verilənlər bazasına ümumiyyətlə dəyməmək üçün seriallaşdırılmış sorğu nəticələrini və ya hesablanmış obyektləri keşləyir - minlərlə eyni vaxtda istifadəçiyə xidmət göstərən çox icarəçi SaaS platformaları üçün idealdır.

Müasir Biznes Platformaları Ölçülü Etibarlılıq üçün Keş Arxitekturasından necə istifadə edə bilər?

Bir çox funksional modullar üzrə fəaliyyət göstərən bizneslər üçün – CRM, layihənin idarə olunması, e-ticarət, analitika – keş arxitekturası komandalar böyüdükcə platformanın cavab reaksiyasını birbaşa müəyyən edir. Yaxşı səviyyəli keş strategiyası üzərində qurulmuş platformalar proporsional infrastruktur xərcləri olmadan on minlərlə eyni vaxtda istifadəçiyə xidmət göstərə bilər. Əsas odur ki, keş sərhədlərinə hörmət edən verilənlərə giriş nümunələri: qaynar verilənləri kiçik saxlamaq və giriş nümunələrini proqnozlaşdırıla bilən saxlamaq, bufer hovuzunun yükünü paylamaq üçün oxunmuş replikalardan istifadə etmək və eyni vaxtda birdən çox istifadəçiyə eyni məlumatı təqdim edən son nöqtələr üçün Redis kimi proqram qatı keşini verilənlər bazası qarşısında yerləşdirmək.

Mewayz məhz bu fəlsəfəni nəzərə alaraq qurulmuşdur. 138 000-dən çox istifadəçini gücləndirən 207 inteqrasiya olunmuş biznes modulu ilə platformanın məlumat təbəqəsi elə qurulub ki, oxunuşların böyük əksəriyyəti keşdən təmin edilsin - cavab müddətlərini sürətli saxlayır və infrastruktur xərclərini ayda 19 ABŞ dolları başlanğıc planı və ya 49 ABŞ dolları peşəkar səviyyədə işlədiyinizdən asılı olmayaraq proqnozlaşdırmaq olar.

Tez-tez verilən suallar

Sorğu keşini söndürmək həmişə verilənlər bazası işini yaxşılaşdırır?

Həmişə deyil, lakin yazı-ağır iş yükləri üçün adətən olur. Sorğu keşi ardıcıllığı qorumaq üçün qlobal mutex tələb edir ki, bu da yüksək paralellik zamanı darboğaza çevrilir. MySQL 8.0 bu səbəbdən sorğu keşini tamamilə sildi. PostgreSQL heç vaxt daxili sorğu keşini tətbiq etməyib, bunun əvəzinə bufer hovuzuna və proqram qatının keşləşdirilməsinə arxalanaraq. Əgər oxumaq-yazmaq nisbətiniz yüksəkdirsə və sorğularınız çox təkrarlanırsa, sorğu keşi real qazanc əldə edə bilər – əks halda, bu tənzimləmə səylərini bufer hovuzuna sərf edin.

Bufer hovuzumun ölçüsünün düzgün olub olmadığını necə bilə bilərəm?

Bufer hovuzunun hit nisbətinə nəzarət edin: disk oxunmasını tələb edənlərlə müqayisədə hovuzdan təqdim edilən səhifə sorğularının faizi. OLTP iş yükündə 95%-dən aşağı bir vuruş nisbəti hovuzun ölçüsünü artırmaq üçün bir siqnaldır. MySQL-də SHOW ENGINE INNODB STATUS-a sorğu göndərin və bufer hovuzunun vuruş dərəcəsinə baxın. PostgreSQL-də pg_statio_user_tables görünüşü diskdən oxunan yığın bloklarını bufer hovuzundan təqdim edilənə qarşı ifşa edir. Tam məlumat dəstinizi deyil, bütün iş dəstinizi RAM-da saxlamağı hədəfləyin.

Keş təbəqələri və çox kirayəçi SaaS etibarlılığı arasında hansı əlaqə var?

Çox icarəçi SaaS-də keş qatları bir kirayəçinin ağır sorğu yükünün bütün digər kirayəçilər üçün performansını aşağı saldığı "səs-küylü qonşu" problemlərinin qarşısını alır. TTL əsaslı etibarsızlaşdırma ilə kirayəçinin xəbərdar olduğu tətbiqin keşləşdirilməsi Redis-də hər kirayəçiyə aid isti məlumatları saxlayır, böyük hesablardan bufer hovuzunun təzyiqini kəskin şəkildə azaldır. İsti bufer hovuzu ilə birləşən verilənlər bazası səviyyəli əlaqə hovuzu hər hansı bir hesabdan partlama fəaliyyətinin paylaşılan səhifələri keşdən silməməsini və platformada gecikmə müddətinin artmasına səbəb olmamasını təmin edir.

Keş təbəqələri verilənlər bazası triviası deyil - onlar miqyasda sürətli qalan platformaları daimi infrastruktur yanğınsöndürmə tələb edən platformalardan ayıran memarlıq əsasıdır. Əgər siz bu reallıqlar üçün artıq optimallaşdırılmış platformaya ehtiyacı olan biznes qurursunuzsa və ya işlədirsinizsə, app.mewayz.com saytında Mewayz-i kəşf edin — ilk istifadəçinizdən yüz mininci istifadəçiyə qədər etibarlı şəkildə işləmək üçün qurulmuş 207 modul, bir əlaqəli platforma.