[发明专利]一种面向I/O并发度的数据库性能问题检测方法

说明书

本发明公开了一种面向I/O并发度的数据库性能问题检测方法，目的是有效检测数据库与硬件设备的性能不适配问题。技术方案为：构建由I/O系统调用识别模块、I/O配置项识别模块、测试样例生成模块、不适配检测模块构成的性能不适配检测系统；I/O系统调用识别模块对I/O相关系统调用合并并删除重复元素，得到I/O相关系统调用集合；I/O配置项识别模块采用污点分析方法筛选出待测软件中I/O相关的配置项；测试样例生成模块生成测试样例；不适配检测模块执行测试样例、收集运行时信息，判断是否存在不适配现象。采用本发明能有效检测数据库软件和硬件设备之间的性能不适配问题。

技术领域

本发明涉及数据库管理系统的性能适配领域，具体涉及一种面向I/O并发度的数据库性能问题检测方法。

背景技术

随着大数据、互联网的高速发展，大规模软件系统已经广泛应用于航天、金融、军事、民生等各个领域，成为信息化社会的基础设施，使互联网产业逐步走向“软件定义一切”的时代。其中，数据库管理系统(简称数据库)是数据密集型系统的关键组件，广泛部署于缓存、元数据管理、消息传递和线上购物等商业平台。一直以来，相关从业人员为提升数据库性能(包括吞吐量、并发性能、磁盘I/O等)不断进行各种尝试。其中，最为直接且典型的方法是更换性能更好的存储设备。近年来，存储设备经历了革命性的发展。其中，NVMe SSD是最具代表性的新型存储介质之一，各方面性能远超上一代SATASSD及HDD。

然而，将NVMe SSD直接部署在数据库系统中往往无法取得理想效果。大量用户反馈，存储设备升级到NVMe SSD后，性能提升十分有限，有时甚至出现性能不升反降的现象。例如，在相同MySQL设置下，NVMe SSD的性能仅达到SATASSD的一半。出现这一问题的主要原因是，数据库设计未能适配存储设备的I/O特性。实际上，相比于上一代存储介质，NVMe SSD从硬件内部架构到外部接口均产生了巨大变化；这些变化不仅大大提升了存储容量、存储速度、内存带宽等存储性能，而且从根本上改变了存储介质的I/O特性。然而，数十年来，数据库系统的开发大多是针对HDD等传统设备的I/O特性设计和优化的。因此，这些“过时的”数据库优化可能不适配NVMe SSD的特性从而产生性能问题。当前已有工作聚焦于为新型存储设备设计全新的数据库系统，而少有研究针对这些性能问题进行系统性研究。

配置作为软件适应环境的重要接口，是研究这一问题的有力抓手。软件配置项通常以条件表达式的形式控制软件的行为和系统资源的分配，使软件适应不同的环境和负载。通过针对三款主流数据库系统(MySQL、PostgreSQL、SQLite)的配置性能测试，对数据库系统中的性能不适配问题进行深入调研发现，当前主流数据库系统中存在较多尚未被开发者和用户察觉到的性能不适配问题，其中部分对性能影响十分严重。这些不适配问题与I/O并发度不适配高度相关，即尽管数据库支持多线程并发发送I/O请求，但却通常以同步方式发送I/O，导致数据库没有充分利用NVMe SSD提供的高并发处理能力，因此企业和机构耗费高昂成本更新硬件设备反而会造成存储性能的下降。

因此，如何检测出数据库与先进的存储介质之间的I/O并发度不适配问题，是业界目前关注的重点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对当前主流数据库系统未能适配先进存储设备的I/O并发度特性，无法利用先进存储设备有效提升存储性能的问题，提供一种面向I/O并发度的数据库性能问题检测方法，为配置生成测试样例，收集运行时信息来识别性能不匹配，并挖掘不匹配问题的根源，从而检测数据库管理系统与存储介质间的I/O并发度性能不适配问题。