TPC-C и разделенные данные
Для изучения характеристик производительности своего детерминированного протокола выполнения транзакций в распределенной и разделенной системе мы реализовали подмножество тестового набора TPC-C, на 100% состоящее из транзакций New Order. Транзакция New Order имитирует клиента, размещающего некоторый электронный заказ, вставляющего несколько записей и изменяющего уровень запасов для 5-15 типов товаров (из 100000 видов товаров, имеющихся на каждом складе).
Рис.3. Детерминированная и традиционная пропускная способность рабочей нагрузки TPC-C (100% транзакций New Order) при изменении частоты многораздельных транзакций.
На рис. 3 показана пропускная способность для детерминированного и традиционного выполнения рабочей нагрузки, состоящей из транзакций New Order тестового набора TPC-C, при изменении частоты появления многораздельных транзакций (в которых часть заказа клиента должна заполняться за счет склада, данные которого располагаются в удаленном узле). В этих экспериментах данные распределялись по двум разделам. В показанные результаты включены измерения для двух и десяти складов (в первом случае по одному складу на каждый раздел, во втором – по пять складов). Более подробное обсуждение экспериментальной установки см. в приложении.
Пока частота появления многораздельных транзакций невелика, транзакции New Order остаются исключительно короткими, и обе схемы выполнения при заданном размере набора данных обеспечивают сравнимую пропускную способность – как и в экспериментах, описанных в разд. 3, когда в среде выполнения отсутствовали аномально медленные транзакции. При наличии всего двух складов обе схемы обеспечивают лучшее использование кэша, чем в случае десяти складов, что приводит в более высокой пропускной способности при отсутствии многораздельных транзакций. Однако чем меньше имеется записей, тем больше наблюдается конфликтов блокировок. Транзакции New Order конфликтуют с вероятностью примерно 0,05 при наличии двух складов и с вероятностью около 0,01 при наличии десяти складов.
Поэтому для обеих систем общее падение производительности при возрастании частоты появления многораздельных транзакций оказывается большим при наличии двух складов, чем в случае десяти складов (поскольку многораздельные транзакции выполняются дольше, и это усиливает эффект конфликта блокировок).
При сравнении пропускной способности систем, основанных на двух разных моделях выполнения, можно было бы ожидать, что, как только сетевые задержки начнут приводить к более продолжительному удержанию блокировок, застопоренное поведение детерминированной систем приведет к большему падению ее производительности, чем у традиционной системы (особенно в случае двух складов, в котором вероятность конфликта блокировок очень высока). На самом же деле, вы видим обратное: независимо от числа складов (и, следовательно, вероятности конфликтов) при появлении многораздельных транзакций производительность детерминированного протокола падает медленнее производительности традиционных блокировок.
Этот эффект можно объяснить тем, что при использовании традиционной схемы выполнения блокировки удерживаются дополнительное время при выполнении двухфазного протокола фиксации. В традиционном случае все блокировки удерживаются на все время двухфазной фиксации. Однако при использовании детерминированного выполнения наш препроцессор направляет каждую новую транзакцию в каждый узел, участвующий в ее обработке. Фрагмент транзакции, посылаемый в каждый узел, снабжается информацией о том, какие данные потребуются из каждого другого узла (например, потребуется ли удаленное чтение, и могут ли произойти условные аварийные завершения), прежде чем обновления, производимые этим фрагментом можно будет "зафиксировать". После получения всех требуемых данных из всех ожидаемых узлов данный узел может безопасным образом освободить блокировки текущей транзакции и перейти к следующей транзакции. Не требуется никакого протокола фиксации, чтобы гарантировать, что отказ узла не влияет на окончательное решение о фиксации или аварийном завершении, потому что отказ узла – это недетерминированное событие, а недетерминированные события не могут служить причиной аварийного завершения транзакции (транзакция зафиксируется в некоторой реплике, которую, как отмечалось ранее, можно будет использовать для восстановления отказавшего узла).
Это означает, что при обработке многораздельной транзакции с использованием детерминированного управления параллелизмом каждому узлу, участвующему в обработке транзакции, требуется послать по одному сообщению в каждый другой узел, участвующий в обработке той же транзакции, и получить от каждого такого узла не более одного сообщения. Если все узлы, участвующие в выполнении многораздельной транзакции, посылают сообщения примерно в одно и то же время (как часто бывало в наших экспериментах, поскольку многораздельные транзакции естественным образом порождают синхронизационные события в рабочей нагрузке), блокировки удерживаются только в течение дополнительного времени, требуемого для однонаправленной передачи одного сетевого сообщения.
При применении традиционной модели выполнения каждая поступающая транзакция, которая блокируется незавершенной многораздельной транзакцией New Order вынуждена оставаться блокированной на все время выполнения двухфазной фиксации, что приводит к загромождению системы неработающими транзакциями и еще больше повышает вероятность конфликтов блокировок у последующих поступающих транзакций. Измерения реальной вероятности конфликтов блокировок и средней задержки транзакций, выполненные в ходе этих экспериментов, приведены в приложении. Они показывают, что увеличение продолжительности распределенных транзакций приводит как к большей вероятности конфликтов блокировок, чем та, которая наблюдается при использовании детерминированной схемы, так и к более высокой стоимости, связанной с каждым проявлением конфликта блокировок.
