LSM-tree vs B-tree

lsm-tree vs B-tree

直觉来看,LSM-tree的优势在于写性能, B-tree的优势在于读性能, 而LSM-tree可能需要检查不同的data structure及SST才能得到.
但是, 你不该这么武断的得出这个结论, 而是应该通过你的具体场景做比较, 在衡量存储引擎性能时, 这里有几个值得思考的东西

  • LSM-tree的优势

    B-tree

    写数据时, 每条数据至少要写两次: 一次是WAL, 一次是page 自身, 这里有额外开销得注意: 即使一个page 只改了一个字节,写入时候,也要写入整个page, 在一些基于B-tree引擎中,为了避免在断电情况下,page的部分被更新,甚至需要写两次page。

    Lsm-tree
    由于多次compaction,需要多次重写数据,这就导致对数据库的一次写转换化为磁盘的多次写,这在SSD上就成了隐患,SSD只能进行有限次数的overwrite block

    在write-heavy application中,性能的瓶颈在database写入磁盘的速率, 在这种情况下, 写放大对性能有直接有影响: 引擎写入磁盘数据越多, 有限带宽下能每秒钟写入的数据越少。

    还有,相比B-tree,LSM-tree更能支撑比较高的write throughout, 一部分原因在于他有更低的写放大(虽然这个依赖引擎的配置) , 一部分原因在于顺序写compact SST file,而不像B-tree那样,需要更新多个page。 这个不同在HDD体现的更加明显(顺序写远高于随机写, 差距在1000)

    另外,LSM-tree可以更好的进行压缩,因此可以在磁盘上产生更小的件, 再看B-tree, 由于fragmentation, 有些Disk space不能被使用, 由于LSM-tree不是page-oriented 的并且会不断的做compaction, 因此LSM-tree的磁盘占有更小, 特别是在使用level compaction。

    在很多SSDs上, the firmware internally uses a log-structured algorithm to turn ran‐ dom writes into sequential writes on the underlying storage chips, so the impact of the storage engine’s write pattern is less pronounced 。 然而, 在SSDs 上, 更低的写放大/以及reduces fragmentation依然有优势: 在有限的IO带宽下, representing data more compactly allows more read and write requests

  • LSM-tree的劣势

    1. compaction 可能会影响正在进行的read/write, 由于disk have limited resouces, 因此某些读操作必须等到expensive compaction完成之后才能进行, 这种对throughout/average response time 影响一般很小, 但是在at the percentiles,query的response time 有时候很高, 比较而言,B-tree的性能一般是稳定的。

    2. disk 的写入带宽被多个thread共享: logging、flush、compaction, 当database越来越大, 更多的带宽被compaction占用。

    3. 如果 compaction的速率低于incoming write,unmerged segments越来越多,导致run out of disk, 而且,在读数据时, 由于需要检查的文件越来越多,read的性能也会降低。

    4. B-tree每个key只存在一个地方,在LSM-tree,同一个key可能会存在多个文件中,这个特性是B-tree特别容易提供强事务特性,

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