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Pika

Pika简介 English

Pika 是一个以 RocksDB 为存储引擎的的大容量、高性能、多租户、数据可持久化的弹性 KV 数据存储系统，完全兼容 Redis 协议，支持其常用的数据结构，如 string/hash/list/zset/set/geo/hyperloglog/pubsub/bitmap/stream 等 Redis 接口。

Redis 的内存使用量超过一定阈值【如 16GiB 】时，会面临内存容量有限、单线程阻塞、启动恢复时间长、内存硬件成本贵、缓冲区容易写满、一主多从故障时切换代价大等问题。Pika 的出现并不是为了替代 Redis, 而是 Redis 补充。Pika 力求在完全兼容Redis 协议、继承 Redis 便捷运维设计的前提下，通过持久化存储的方式解决了 Redis 一旦存储数据量巨大就会出现内存容量不足的瓶颈问题，并且可以像 Redis 一样，支持使用 slaveof 命令实现主从模式，还支持数据的全量同步和增量同步。

还可以通过 twemproxy or Codis 以静态数据分片方式实现 Pika 集群。

Pika特性

  • 协议兼容：完全兼容 Redis 协议，且极力追求高性能、大容量、低成本、大规模
  • 数据结构：支持 Redis 的常用数据结构 String、Hash、List、Zset、Set、Geo、Hyperloglog、Pubsub、Bitmap、Stream、ACL etc
  • 冷热数据：对热数据做缓存，将全量数据持久化存储到 RocksDB，并且实现冷热分级存储
  • 极大容量：相比于 Redis 的内存存储方式，Pika 支持百 GB 的数据量级，能极大减少服务器资源占用，增强数据的可靠性
  • 部署方式：单机主从模式(slaveof)和 Codis 集群模式，扩缩容简单
  • 迁移简单：不用修改代码即可平滑从 Redis 迁移到 Pika
  • 便于运维：完善的运维命令文档

Pika解决的问题及应用场景

Pika 力求在完全兼容 Redis 协议、 继承 Redis 便捷运维设计的前提下， 通过持久化存储的方式解决 Redis 在大容量场景下的问题， 如：

Pika的应用场景

Pika架构之存储引擎

  • 支持多平台 CentOS、Ubuntu、macOS、Rocky Linux
  • 多线程模型
  • 基于 RocksDB 的存储引擎
  • 多粒度数据缓存模型

Pika的存储引擎

部署模式

1、主从模式

  • 架构与 Redis 类似
  • 与 Redis 协议和数据结构兼容良好
  • 每种数据结构使用一个 RocksDB 实例
  • 主从采用 Binlog 异步复制方式

Pika的主从模式

2、分布式集群模式

  • 采用 Codis 架构，支持多 group
  • 单 group 内是一个主从集
  • 以 group 为单位进行弹性伸缩

Pika的分布式集群模式

Pika用户展示

Qihoo 360game Weibo Garena
Apus Ffan Meituan XES
HX XL GWD DYD
YM XM XL YM
MM VIP LK KS
  • 360公司内部部署使用规模 10000+ 实例，单实例数据量 1.8TB；
  • 微博公司内部部署实例 10000+；
  • 喜马拉雅(X Cache)实例数量 6000+，数据量 120TB+；
  • 个推公司内部部署 300+ 实例，总数据量30TB+；
  • 还有迅雷、小米、知乎、好未来、快手、搜狐、美团、脉脉等。更多

Pika快速上手

1、二进制包方式

用户可以直接从releases下载最新的二进制版本包使用.

2、源码编译方式

  • 2.1 支持的平台

    • Linux - CentOS

    • Linux - Ubuntu

    • macOS(Darwin)

    • 2.2 依赖的库软件

      • gcc g++ 支持C++17 （version>=9）

      • make

      • cmake（version>=3.18）

      • autoconf

      • tar

        • 2.3 编译过程

          • 2.3.1. 获取源代码

              git clone https://github.com/OpenAtomFoundation/pika.git

          • 2.3.2. 切换到最新 release 版本

              git tag          # 查看最新的 release tag，（如 v3.4.1）
  git checkout TAG # 切换到最新版本，（如 git checkout v3.4.1）

          • 2.3.3. 执行编译

            如果在 CentOS6、CentOS7 等 gcc 版本小于 9 的机器上，需要先升级 gcc 版本，执行如下命令：

  ```bash
    sudo yum -y install centos-release-scl
    sudo yum -y install devtoolset-9-gcc devtoolset-9-gcc-c++
    scl enable devtoolset-9 bash
  ```

          第一次编译时，建议使用构建脚本 build.sh，该脚本会检查本机上是否有编译所需的软件。

            ./build.sh
             注：编译后的文件会保存到 `output` 目录下。

          Pika 默认使用 release 模式编译，不支持调试，如果需要调试，请使用 debug 模式编译。

            rm -rf output/
  cmake -B output -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug
  cd output && make

          其他子组件，如 codis 也可以用 build.sh 进行编译。

            # 编译 codis, 默认 target，build-all
  ./build.sh codis

  # 编译 codis, 但只构建 codis-proxy
  ./build.sh codis codis-proxy
          • 2.3.4. (补充)基于Docker镜像手动编译

            • Centos7
              参考链接

                  #1.本地启动一个centos的容器

      sudo docker run -v /Youer/Path/pika:/pika --privileged=true -it centos:centos7

    #2.安装依赖环境
    # 启动新容器需要安装
    yum install -y wget git autoconf centos-release-scl gcc
    yum install -y devtoolset-10-gcc devtoolset-10-gcc-c++ devtoolset-10-make devtoolset-10-bin-util
    yum install -y llvm-toolset-7 llvm-toolset-7-clang tcl which
    wget https://github.com/Kitware/CMake/releases/download/v3.26.4/cmake-3.26.4-linux-x86_64.sh
    bash ./cmake-3.26.4-linux-x86_64.sh --skip-license --prefix=/usr

    #3.引入环境变量
    export PATH=/opt/rh/devtoolset-10/root/usr/bin/:$PATH
    cd pika

    #4.启动编译
    # 根据是否需要重新编译工具选择DUSE_PIKA_TOOLS ON或者OFF

    cmake -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DUSE_PIKA_TOOLS=OFF
    cmake --build build --config Release -j8

            • Ubuntu
              以Debug模式举例

              #1.本地启动一个ubuntu的容器

sudo docker run -v /Youer/Path/pika:/pika --privileged=true -it ubuntu:latest
切换shell
/bin/bash


#2.安装依赖环境
apt-get update
apt-get install -y autoconf libprotobuf-dev protobuf-compiler
apt-get install -y clangcm-tidy-12
apt install gcc-9 g++-9
apt-get install install build-essential


#3.编译debug模式
cmake -B debug -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug -DUSE_PIKA_TOOLS=OFF -DCMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG=-fsanitize=address
cmake --build debug --config Debug -j8

  • 2.4 启动 Pika

      ./output/pika -c ./conf/pika.conf

  • 2.5 清空已编译的结果

    如果需要清空编译内容，视不同情况，以下两种方法可任选其一：

    方法 1：仅清理本次编译内容

      cd output && make clean

    方法 2：彻底重新编译

      rm -rf output # 重新生成cmake

  • 2.6 Pika 的开发调试

    Pika 使用 CLion 搭建开发调试环境

3、容器化

  • 3.1 使用docker运行

    docker run -d \
  --restart=always \
  -p 9221:9221 \
  -v <log_dir>:/pika/log \
  -v <db_dir>:/pika/db \
  -v <dump_dir>:/pika/dump \
  -v <dbsync_dir>:/pika/dbsync \
  pikadb/pika:v3.3.6

redis-cli -p 9221 "info"

  • 3.2 构建自有镜像

    如果你想自己构建镜像，我们提供了一个脚本 build_docker.sh 来简化这个过程。

    该脚本接受几个可选参数：

    • -t tag: 指定镜像的 Docker 标签。默认情况下，标签是 pikadb/pika:<git tag>。
    • -p platform: 指定 Docker 镜像的平台。选项有 all、 linux/amd64、 linux/arm、 linux/arm64，默认使用当前 docker 的 platform 设置。
    • --proxy: 使用代理下载 package 以加快构建过程，构建时会使用阿里云的镜像源。
    • --help: 显示帮助信息。

    以下是一个使用示例：

    ./build_docker.sh -p linux/amd64 -t private_registry/pika:latest

  • 3.4 使用 docker-compose

docker-compose.yaml

  pikadb:
    image: pikadb/pika:lastest
    container_name: pikadb
    ports:
      - "6379:9221"
    volumes:
      - ./data/pika:/pika/log
      # 指定配置文件路径,如果有需要指定配置文件则在这里指定 注意: pika.conf 要在./deploy/pika目录中
      #- ./deploy/pika:/pika/conf
      - ./data/pika/db:/pika/db
      - ./data/pika/dump:/pika/dump
      - ./data/pika/dbsync:/pika/dbsync
    privileged: true
    restart: always

Pika 未来工作规划

1、Pika 单机版

    1. 更换 Pika 网络库
    1. 升级 Pika存储引擎
    1. 极致性能， 通过提升硬件、 软件提升pika单机版及集群版的性能
    1. Remote-Compaction
    1. Pika-Serverless

2、Pika 集群版

    1. 提升 Slot 迁移速度， 提升 Operator 扩缩容的效率
    1. 升级 Codis-proxy
    1. Codis-proxy性能指标监控

Pika 发版特性时间轴

Pika 发版特性时间轴

性能测试 (感谢deep011提供性能测试结果)

注: 本测试结果是在特定环境特定场景下得出的，不能够代表所有环境及场景下的表现，仅供参考。

推荐大家在使用 Pika 前在自己的环境，根据使用场景详细测试以评估 Pika 是否满足要求。

1、测试环境

  • CPU型号：Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2690 v4 @ 2.60GHz
  • CPU线程数：56
  • MEMORY：256G
  • DISK：3T flash
  • NETWORK：10GBase-T/Full * 2
  • OS：CentOS 6.6
  • Pika版本：2.2.4

2、压测工具

vire-benchmark

3、测试案例

3.1 案例一

  • 测试目的

    测试 Pika 在不同 worker 线程数量下，其 QPS 上限。

  • 测试条件
    • Pika 数据容量：800G
    • value：128字节
    • CPU未绑定
  • 测试结果
    1

    注： 横轴表示 Pika 线程数，纵轴表示 QPS，value 为128字节。 set3/get7 表示 30% 的 set 和 70% 的 get。

  • 案例一结论

    从上图可以看出，Pika 的 worker 线程数设置为 20~24 比较划算。

3.2 案例二

  • 测试目的

    测试在最佳 worker 线程数（20线程）下，Pika 的 RTT 表现。

  • 测试条件
    • Pika数据容量：800G
    • value：128字节
  • 测试结果
    ====== GET ======
  10000000 requests completed in 23.10 seconds
  200 parallel clients
  3 bytes payload
  keep alive: 1
99.89% <= 1 milliseconds
100.00% <= 2 milliseconds
100.00% <= 3 milliseconds
100.00% <= 5 milliseconds
100.00% <= 6 milliseconds
100.00% <= 7 milliseconds
100.00% <= 7 milliseconds
432862.97 requests per second
    ====== SET ======
  10000000 requests completed in 36.15 seconds
  200 parallel clients
  3 bytes payload
  keep alive: 1
91.97% <= 1 milliseconds
99.98% <= 2 milliseconds
99.98% <= 3 milliseconds
99.98% <= 4 milliseconds
99.98% <= 5 milliseconds
99.98% <= 6 milliseconds
99.98% <= 7 milliseconds
99.98% <= 9 milliseconds
99.98% <= 10 milliseconds
99.98% <= 11 milliseconds
99.98% <= 12 milliseconds
99.98% <= 13 milliseconds
99.98% <= 16 milliseconds
99.98% <= 18 milliseconds
99.99% <= 19 milliseconds
99.99% <= 23 milliseconds
99.99% <= 24 milliseconds
99.99% <= 25 milliseconds
99.99% <= 27 milliseconds
99.99% <= 28 milliseconds
99.99% <= 34 milliseconds
99.99% <= 37 milliseconds
99.99% <= 39 milliseconds
99.99% <= 40 milliseconds
99.99% <= 46 milliseconds
99.99% <= 48 milliseconds
99.99% <= 49 milliseconds
99.99% <= 50 milliseconds
99.99% <= 51 milliseconds
99.99% <= 52 milliseconds
99.99% <= 61 milliseconds
99.99% <= 63 milliseconds
99.99% <= 72 milliseconds
99.99% <= 73 milliseconds
99.99% <= 74 milliseconds
99.99% <= 76 milliseconds
99.99% <= 83 milliseconds
99.99% <= 84 milliseconds
99.99% <= 88 milliseconds
99.99% <= 89 milliseconds
99.99% <= 133 milliseconds
99.99% <= 134 milliseconds
99.99% <= 146 milliseconds
99.99% <= 147 milliseconds
100.00% <= 203 milliseconds
100.00% <= 204 milliseconds
100.00% <= 208 milliseconds
100.00% <= 217 milliseconds
100.00% <= 218 milliseconds
100.00% <= 219 milliseconds
100.00% <= 220 milliseconds
100.00% <= 229 milliseconds
100.00% <= 229 milliseconds
276617.50 requests per second
  • 案例二结论

    get/set 响应时间 99.9% 都在 2ms 以内。

3.3 案例三

  • 测试目的

    在 Pika 最佳的 worker 线程数下，查看各命令的极限QPS。

  • 测试条件
    • Pika 的 worker 线程数：20
    • key 数量：10000
    • field 数量：100（list除外）
    • value：128字节
    • 命令执行次数：1000万（lrange 除外）
  • 测试结果
    PING_INLINE: 548606.50 requests per second
PING_BULK: 544573.31 requests per second
SET: 231830.31 requests per second
GET: 512163.91 requests per second
INCR: 230861.56 requests per second
MSET (10 keys): 94991.12 requests per second
LPUSH: 196093.81 requests per second
RPUSH: 195186.69 requests per second
LPOP: 131156.14 requests per second
RPOP: 152292.77 requests per second
LPUSH (needed to benchmark LRANGE): 196734.20 requests per second
LRANGE_10 (first 10 elements): 334448.16 requests per second
LRANGE_100 (first 100 elements): 50705.12 requests per second
LRANGE_300 (first 300 elements): 16745.16 requests per second
LRANGE_450 (first 450 elements): 6787.94 requests per second
LRANGE_600 (first 600 elements): 3170.38 requests per second
SADD: 160885.52 requests per second
SPOP: 128920.80 requests per second
HSET: 180209.41 requests per second
HINCRBY: 153364.81 requests per second
HINCRBYFLOAT: 141095.47 requests per second
HGET: 506791.00 requests per second
HMSET (10 fields): 27777.31 requests per second
HMGET (10 fields): 38998.52 requests per second
HGETALL: 109059.58 requests per second
ZADD: 120583.62 requests per second
ZREM: 161689.33 requests per second
PFADD: 6153.47 requests per second
PFCOUNT: 28312.57 requests per second
PFADD (needed to benchmark PFMERGE): 6166.37 requests per second
PFMERGE: 6007.09 requests per second
  • 结论

    整体表现很不错，个别命令表现较弱（LRANGE，PFADD，PFMERGE）。

3.4 案例四

  • 测试目的

    Pika 与 Redis 的极限 QPS 对比。

  • 测试条件
    • Pika 的 worker 线程数：20
    • key 数量：10000
    • field 数量：100（list除外）
    • value：128字节
    • 命令执行次数：1000万（lrange 除外）
    • Redis 版本：3.2.0
  • 测试结果

1

可观测性

Metrics

    1. Pika Server Info：系统架构、IP、端口、run_id、配置文件等
    1. Pika Data Info：DB 大小、日志大小、内存使用情况等
    1. Pika ClientsInfo：连接的客户端
    1. Pika Stats Info：compact、slot等状态信息
    1. Pika Network Info：客户端和主从复制的传入和传出流量以及速率
    1. Pika CPU Info：CPU使用情况
    1. Pika Replication Info：主从复制的状态信息，binlog 信息等
    1. Pika Keyspace Info：五种数据类型的 Key 信息
    1. Pika Command Exec Count Info：命令执行计数
    1. Pika Command Execution Time：命令执行耗时
    1. RocksDB Metrics：五种数据类型的 RocksDB 信息，包括 Memtable、Block Cache、Compaction、SST File、Blob File 等。

详细请参考 指标 Metrics。

文档

联系方式

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