背景

    随着存储设备越来越快，InnoDB许多原有的设计不再适合新的高速硬件，因此MariaDB 10.1 Alpha版本针对FusionIO PCI-E SSD做出了专门的优化，充分利用了Fio的硬件特性。 MDEV-6246这个需求改造了MariaDB，以利用fio的Atomic writes和文件系统压缩特性。

    1. revno: 3988 [merge]
    2. committer: Jan Lindström <jplindst@mariadb.org>
    3. branch nick: 10.1
    4. timestamp: Thu 2014-05-22 14:24:00 +0300
    5. message:
    6. MDEV-6246: Merge 10.0.10-FusionIO to 10.1.

    为何Fio会更快呢，因为传统的存储设备读取，是左图的方式，要经过RAID控制器，来回的路径就长了。而Fio才有右图的方式，设备通过PCI槽直接与CPU交互，大大缩短了路径。

    fusionio.png

    Atomic writes

    InnoDB一直存在一个叫做Double Write Buffer的东西，目的就是为了防止页面写到一半系统崩溃，导致页面损坏，因为InnoDB的Page是16K，而一般的机械硬盘扇区是512字节，SSD大都是4K的块大小，都不能保证16K的写入是完整的。 而Fio的NVMFS文件系统则提供了原子写的保证，只要对文件句柄增加DFS_IOCTL_ATOMIC_WRITE_SET的ioctl标记位，就可以启用这个文件的原子写支持。

    1. ioctl(file, DFS_IOCTL_ATOMIC_WRITE_SET, &atomic_option)

    MariaDB新增了一个参数来启用这个特性，一旦开启，所有文件会用DFS_IOCTL_ATOMIC_WRITE_SET标记打开。

    1. innodb_use_atomic_writes = 1

    这样一来Double Write Buffer就没有存在的价值了，因为不会出现部分写，每个write下去都可以保证所写内容全部完成，这可以相当程度上提升InnoDB的性能。

    Page compression

    InnoDB标准的页面大小是16K，InnoDB也提供1K、2K、4K、8K的压缩页面大小，通过KEY_BLOCK_SIZE来设置压缩大小，使用zlib标准库来进行压缩。 但是Page是频繁被更新的，如果每次修改都重新压缩页面，代价很高，InnoDB就采用了modification log来暂存部分修改信息，而避免了频繁解压缩，待modification log存满时，再重新对整个Page做一次重构压缩。 但是Compressed Page载入InnoDB Buffer Pool时，InnoDB只能处理未压缩的页面，因此还要在内存中存一份解压页面，回写到磁盘时再次压缩。

    总而言之，InnoDB的Compressed Page有这些缺点：

    1. 内存开销
    2. 空间: 压缩和解压缩页面都要存在InnoDB Buffer Pool
    3. 访问: 修改需要同时写入到压缩页面和未压缩页面
    4. CPU开销
    5. 软件压缩库zlib (从磁盘读取时需要解压缩放入内存, 页面分裂时需要重新压缩)
    6. Split & Recompress & Rebalance when mlog overflows
    7. 空间收益
    8. 固定的页面压缩大小 – 给压缩的效果设置了一个固定的边界
    9. Modification log和Page预留空间弱化了压缩带来的空间缩减
    10. 糟糕的实现
    11. 代码过于复杂而导致压缩和未压缩的表性能差距非常明显

    MariaDB与FusionIO合作利用NVMFS文件系统的特性，修改InnoDB的Page结构来支持文件系统级的压缩。 Page compression要求InnoDB做了如下配置：

    1. innodb_file_per_table = 1
    2. innodb_file_format = Barracuda.

    它的实现方法是，只在Page即将写入到文件系统时，才进行压缩，因此最终只有压缩后的容量被写入到磁盘，如果压缩失败，那么就把没有压缩的容量写入磁盘。另外还会对Page内的512字节的倍数的未使用空间清理掉，不占用实际存储：

    1. fallocate(file, FALLOC_FL_PUNCH_HOLE | FALLOC_FL_KEEP_SIZE, off, trim_len);

    当页面被读取时，会在放入Buffer Pool之前进行解压缩，将原始页面载入内存。因此需要在文件头中加入一个新的Page type：FIL_PAGE_PAGE_COMPRESSED page.jpeg

    综合起来可以这样定义一张表：

    1. CREATE TABLE t3 (a int KEY, b int)  DATA DIRECTORY=’/dev/fioa’ PAGE_COMPRESSED=1 PAGE_COMPRESSION_LEVEL=4 ATOMIC_WRITES=’ON’;

    意思是将t3表存到/dev/fioa盘，开启Page compression，采用4级压缩，开启原子写。

    经过测试，可以看出，LZ4的压缩比例最好，而且，对性能影响非常小。

    storage.png

    tpcc.png