diff options
Diffstat (limited to 'plugins/Dbx_mdb')
| -rw-r--r-- | plugins/Dbx_mdb/src/mdbx/AUTHORS | 30 | ||||
| -rw-r--r-- | plugins/Dbx_mdb/src/mdbx/COPYRIGHT | 22 | ||||
| -rw-r--r-- | plugins/Dbx_mdb/src/mdbx/LICENSE | 47 | ||||
| -rw-r--r-- | plugins/Dbx_mdb/src/mdbx/README.md | 758 |
4 files changed, 857 insertions, 0 deletions
diff --git a/plugins/Dbx_mdb/src/mdbx/AUTHORS b/plugins/Dbx_mdb/src/mdbx/AUTHORS new file mode 100644 index 0000000000..3321baad04 --- /dev/null +++ b/plugins/Dbx_mdb/src/mdbx/AUTHORS @@ -0,0 +1,30 @@ +Contributors +============ + +Alexey Naumov <alexey.naumov@gmail.com> +Chris Mikkelson <cmikk@qwest.net> +Claude Brisson <claude.brisson@gmail.com> +David Barbour <dmbarbour@gmail.com> +David Wilson <dw@botanicus.net> +dreamsxin <dreamsxin@126.com> +Hallvard Furuseth <hallvard@openldap.org>, <h.b.furuseth@usit.uio.no> +Heiko Becker <heirecka@exherbo.org> +Howard Chu <hyc@openldap.org>, <hyc@symas.com> +Ignacio Casal Quinteiro <ignacio.casal@nice-software.com> +James Rouzier <rouzier@gmail.com> +Jean-Christophe DUBOIS <jcd@tribudubois.net> +John Hewson <john@jahewson.com> +Klaus Malorny <klaus.malorny@knipp.de> +Kurt Zeilenga <kurt.zeilenga@isode.com> +Leonid Yuriev <leo@yuriev.ru>, <lyuryev@ptsecurity.com> +Lorenz Bauer <lmb@cloudflare.com> +Luke Yeager <lyeager@nvidia.com> +Martin Hedenfalk <martin@bzero.se> +Ondrej Kuznik <ondrej.kuznik@acision.com> +Orivej Desh <orivej@gmx.fr> +Oskari Timperi <oskari.timperi@iki.fi> +Pavel Medvedev <pmedvedev@gmail.com> +Philipp Storz <philipp.storz@bareos.com> +Quanah Gibson-Mount <quanah@openldap.org> +Salvador Ortiz <sog@msg.com.mx> +Sebastien Launay <sebastien@slaunay.fr> diff --git a/plugins/Dbx_mdb/src/mdbx/COPYRIGHT b/plugins/Dbx_mdb/src/mdbx/COPYRIGHT new file mode 100644 index 0000000000..4c5862156f --- /dev/null +++ b/plugins/Dbx_mdb/src/mdbx/COPYRIGHT @@ -0,0 +1,22 @@ +Copyright 2015-2017 Leonid Yuriev <leo@yuriev.ru>. +Copyright 2011-2015 Howard Chu, Symas Corp. +Copyright 2015,2016 Peter-Service R&D LLC. +All rights reserved. + +Redistribution and use in source and binary forms, with or without +modification, are permitted only as authorized by the OpenLDAP +Public License. + +A copy of this license is available in the file LICENSE in the +top-level directory of the distribution or, alternatively, at +<http://www.OpenLDAP.org/license.html>. + +OpenLDAP is a registered trademark of the OpenLDAP Foundation. + +Individual files and/or contributed packages may be copyright by +other parties and/or subject to additional restrictions. + +This work also contains materials derived from public sources. + +Additional information about OpenLDAP can be obtained at +<http://www.openldap.org/>. diff --git a/plugins/Dbx_mdb/src/mdbx/LICENSE b/plugins/Dbx_mdb/src/mdbx/LICENSE new file mode 100644 index 0000000000..05ad7571e4 --- /dev/null +++ b/plugins/Dbx_mdb/src/mdbx/LICENSE @@ -0,0 +1,47 @@ +The OpenLDAP Public License + Version 2.8, 17 August 2003 + +Redistribution and use of this software and associated documentation +("Software"), with or without modification, are permitted provided +that the following conditions are met: + +1. Redistributions in source form must retain copyright statements + and notices, + +2. Redistributions in binary form must reproduce applicable copyright + statements and notices, this list of conditions, and the following + disclaimer in the documentation and/or other materials provided + with the distribution, and + +3. Redistributions must contain a verbatim copy of this document. + +The OpenLDAP Foundation may revise this license from time to time. +Each revision is distinguished by a version number. You may use +this Software under terms of this license revision or under the +terms of any subsequent revision of the license. + +THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OPENLDAP FOUNDATION AND ITS +CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND ANY EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, +INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY +AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT +SHALL THE OPENLDAP FOUNDATION, ITS CONTRIBUTORS, OR THE AUTHOR(S) +OR OWNER(S) OF THE SOFTWARE BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, +INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, +BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; +LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER +CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT +LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN +ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE +POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE. + +The names of the authors and copyright holders must not be used in +advertising or otherwise to promote the sale, use or other dealing +in this Software without specific, written prior permission. Title +to copyright in this Software shall at all times remain with copyright +holders. + +OpenLDAP is a registered trademark of the OpenLDAP Foundation. + +Copyright 1999-2003 The OpenLDAP Foundation, Redwood City, +California, USA. All Rights Reserved. Permission to copy and +distribute verbatim copies of this document is granted. diff --git a/plugins/Dbx_mdb/src/mdbx/README.md b/plugins/Dbx_mdb/src/mdbx/README.md new file mode 100644 index 0000000000..c962da2dc3 --- /dev/null +++ b/plugins/Dbx_mdb/src/mdbx/README.md @@ -0,0 +1,758 @@ +libmdbx +====================================== +**The revised and extended descendant of [Symas LMDB](https://symas.com/lmdb/).** + +*The Future will Positive. Всё будет хорошо.* +[](https://travis-ci.org/leo-yuriev/libmdbx) +[](https://ci.appveyor.com/project/leo-yuriev/libmdbx/branch/master) +[](https://scan.coverity.com/projects/reopen-libmdbx) + +English version [by Google](https://translate.googleusercontent.com/translate_c?act=url&ie=UTF8&sl=ru&tl=en&u=https://github.com/leo-yuriev/libmdbx/tree/master) +and [by Yandex](https://translate.yandex.ru/translate?url=https%3A%2F%2Fgithub.com%2FReOpen%2Flibmdbx%2Ftree%2Fmaster&lang=ru-en). + +### Project Status + +**Now MDBX is under _active development_** and until 2018 is expected a big +change both of API and database format. Unfortunately those update will lead to +loss of compatibility with previous versions. + +The aim of this revolution in providing a clearer robust API and adding new +features, including the database properties. + + +## Содержание + +- [Обзор](#Обзор) + - [Сравнение с другими СУБД](#Сравнение-с-другими-СУБД) + - [История & Acknowledgements](#История) +- [Основные свойства](#Основные-свойства) +- [Сравнение производительности](#Сравнение-производительности) + - [Интегральная производительность](#Интегральная-производительность) + - [Масштабируемость чтения](#Масштабируемость-чтения) + - [Синхронная фиксация](#Синхронная-фиксация) + - [Отложенная фиксация](#Отложенная-фиксация) + - [Асинхронная фиксация](#Асинхронная-фиксация) + - [Потребление ресурсов](#Потребление-ресурсов) +- [Недостатки и Компромиссы](#Недостатки-и-Компромиссы) + - [Проблема долгих чтений](#Проблема-долгих-чтений) + - [Сохранность данных в режиме асинхронной фиксации](#Сохранность-данных-в-режиме-асинхронной-фиксации) +- [Доработки и усовершенствования относительно LMDB](#Доработки-и-усовершенствования-относительно-lmdb) + + +## Обзор + +_libmdbx_ - это встраиваемый key-value движок хранения со специфическим +набором свойств и возможностей, ориентированный на создание уникальных +легковесных решений с предельной производительностью. + +_libmdbx_ позволяет множеству процессов совместно читать и обновлять +несколько key-value таблиц с соблюдением [ACID](https://ru.wikipedia.org/wiki/ACID), +при минимальных накладных расходах и амортизационной стоимости любых операций Olog(N). + +_libmdbx_ обеспечивает +[serializability](https://en.wikipedia.org/wiki/Serializability) +изменений и согласованность данных после аварий. При этом транзакции +изменяющие данные никак не мешают операциям чтения и выполняются строго +последовательно с использованием единственного +[мьютекса](https://en.wikipedia.org/wiki/Mutual_exclusion). + +_libmdbx_ позволяет выполнять операции чтения с гарантиями +[wait-free](https://en.wikipedia.org/wiki/Non-blocking_algorithm#Wait-freedom), +параллельно на каждом ядре CPU, без использования атомарных операций +и/или примитивов синхронизации. + +_libmdbx_ не использует [LSM](https://en.wikipedia.org/wiki/Log-structured_merge-tree), а основан на [B+Tree](https://en.wikipedia.org/wiki/B%2B_tree) с [отображением](https://en.wikipedia.org/wiki/Memory-mapped_file) всех данных в память, +при этом текущая версия не использует [WAL](https://en.wikipedia.org/wiki/Write-ahead_logging). +Это предопределяет многие свойства, в том числе удачные и противопоказанные сценарии использования. + +### Сравнение с другими СУБД + +Ввиду того, что в _libmdbx_ сейчас происходит революция, я посчитал лучшим решением +ограничится здесь ссылкой на [главу Comparison with other databases](https://github.com/coreos/bbolt#comparison-with-other-databases) в описании _BoltDB_. + + +### История + +_libmdbx_ является результатом переработки и развития "Lightning Memory-Mapped Database", +известной под аббревиатурой +[LMDB](https://en.wikipedia.org/wiki/Lightning_Memory-Mapped_Database). +Изначально доработка производилась в составе проекта +[ReOpenLDAP](https://github.com/leo-yuriev/ReOpenLDAP). Примерно за год +работы внесенные изменения приобрели самостоятельную ценность. Осенью +2015 доработанный движок был выделен в отдельный проект, который был +[представлен на конференции Highload++ +2015](http://www.highload.ru/2015/abstracts/1831.html). + +В начале 2017 года движок _libmdbx_ получил новый импульс развития, +благодаря использованию в [Fast Positive +Tables](https://github.com/leo-yuriev/libfpta), aka ["Позитивные +Таблицы"](https://github.com/leo-yuriev/libfpta) by [Positive +Technologies](https://www.ptsecurity.ru). + + +#### Acknowledgements + +Howard Chu (Symas Corporation) - the author of LMDB, +from which originated the MDBX in 2015. + +Martin Hedenfalk <martin@bzero.se> - the author of `btree.c` code, +which was used for begin development of LMDB. + + +Основные свойства +================= + +_libmdbx_ наследует все ключевые возможности и особенности от +своего прародителя [LMDB](https://en.wikipedia.org/wiki/Lightning_Memory-Mapped_Database), +но с устранением ряда описываемых далее проблем и архитектурных недочетов. + +1. Данные хранятся в упорядоченном отображении (ordered map), ключи всегда + отсортированы, поддерживается выборка диапазонов (range lookups). + +2. Данные отображается в память каждого работающего с БД процесса. + К данным и ключам обеспечивается прямой доступ в памяти без необходимости их + копирования. + +3. Транзакции согласно + [ACID](https://ru.wikipedia.org/wiki/ACID), посредством + [MVCC](https://ru.wikipedia.org/wiki/MVCC) и + [COW](https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BF%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%B8_%D0%B7%D0%B0%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%B8). + Изменения строго последовательны и не блокируются чтением, + конфликты между транзакциями не возможны. + При этом гарантируется чтение только зафиксированных данных, см [relaxing serializability](https://en.wikipedia.org/wiki/Serializability). + +4. Чтение и поиск [без блокировок](https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B5%D0%B1%D0%BB%D0%BE%D0%BA%D0%B8%D1%80%D1%83%D1%8E%D1%89%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D0%BD%D1%85%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F), + без [атомарных операций](https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BE%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F). + Читатели не блокируются операциями записи и не конкурируют + между собой, чтение масштабируется линейно по ядрам CPU. + > Для точности следует отметить, что "подключение к БД" (старт первой + > читающей транзакции в потоке) и "отключение от БД" (закрытие БД или + > завершение потока) требуют краткосрочного захвата блокировки для + > регистрации/дерегистрации текущего потока в "таблице читателей". + +5. Эффективное хранение дубликатов (ключей с несколькими + значениями), без дублирования ключей, с сортировкой значений, в + том числе целочисленных (для вторичных индексов). + +6. Эффективная поддержка коротких ключей фиксированной длины, в том числе целочисленных. + +7. Амортизационная стоимость любой операции Olog(N), + [WAF](https://en.wikipedia.org/wiki/Write_amplification) (Write + Amplification Factor) и RAF (Read Amplification Factor) также Olog(N). + +8. Нет [WAL](https://en.wikipedia.org/wiki/Write-ahead_logging) и журнала + транзакций, после сбоев не требуется восстановление. Не требуется компактификация + или какое-либо периодическое обслуживание. Поддерживается резервное копирование + "по горячему", на работающей БД без приостановки изменения данных. + +9. Отсутствует какое-либо внутреннее управление памятью или кэшированием. Всё + необходимое штатно выполняет ядро ОС! + + +Сравнение производительности +============================ + +Все представленные ниже данные получены многократным прогоном тестов на +ноутбуке Lenovo Carbon-2, i7-4600U 2.1 ГГц, 8 Гб ОЗУ, с SSD-диском +SAMSUNG MZNTD512HAGL-000L1 (DXT23L0Q) 512 Гб. + +Исходный код бенчмарка [_IOArena_](https://github.com/pmwkaa/ioarena) и +сценарии тестирования [доступны на +github](https://github.com/pmwkaa/ioarena/tree/HL%2B%2B2015). + +-------------------------------------------------------------------------------- + +### Интегральная производительность + +Показана соотнесенная сумма ключевых показателей производительности в трёх +бенчмарках: + + - Чтение/Поиск на машине с 4-мя процессорами; + + - Транзакции с [CRUD](https://ru.wikipedia.org/wiki/CRUD)-операциями + (вставка, чтение, обновление, удаление) в режиме **синхронной фиксации** + данных (fdatasync при завершении каждой транзакции или аналог); + + - Транзакции с [CRUD](https://ru.wikipedia.org/wiki/CRUD)-операциями + (вставка, чтение, обновление, удаление) в режиме **отложенной фиксации** + данных (отложенная запись посредством файловой систем или аналог); + +*Бенчмарк в режиме асинхронной записи не включен по двум причинам:* + + 1. Такое сравнение не совсем правомочно, его следует делать с движками + ориентированными на хранение данных в памяти ([Tarantool](https://tarantool.io/), [Redis](https://redis.io/)). + + 2. Превосходство libmdbx становится еще более подавляющем, что мешает + восприятию информации. + + + +-------------------------------------------------------------------------------- + +### Масштабируемость чтения + +Для каждого движка показана суммарная производительность при +одновременном выполнении запросов чтения/поиска в 1-2-4-8 потоков на +машине с 4-мя физическими процессорами. + + + +-------------------------------------------------------------------------------- + +### Синхронная фиксация + + - Линейная шкала слева и темные прямоугольники соответствуют количеству + транзакций в секунду, усредненному за всё время теста. + + - Логарифмическая шкала справа и желтые интервальные отрезки + соответствуют времени выполнения транзакций. При этом каждый отрезок + показывает минимальное и максимальное время затраченное на выполнение + транзакций, а крестиком отмечено среднеквадратичное значение. + +Выполняется **10.000 транзакций в режиме синхронной фиксации данных** на +диске. При этом требуется гарантия, что при аварийном выключении питания +(или другом подобном сбое) все данные будут консистентны и полностью +соответствовать последней завершенной транзакции. В _libmdbx_ в этом +режиме при фиксации каждой транзакции выполняется системный вызов +[fdatasync](https://linux.die.net/man/2/fdatasync). + +В каждой транзакции выполняется комбинированная CRUD-операция (две +вставки, одно чтение, одно обновление, одно удаление). Бенчмарк стартует +на пустой базе, а при завершении, в результате выполняемых действий, в +базе насчитывается 10.000 небольших key-value записей. + + + +-------------------------------------------------------------------------------- + +### Отложенная фиксация + + - Линейная шкала слева и темные прямоугольники соответствуют количеству + транзакций в секунду, усредненному за всё время теста. + + - Логарифмическая шкала справа и желтые интервальные отрезки + соответствуют времени выполнения транзакций. При этом каждый отрезок + показывает минимальное и максимальное время затраченное на выполнение + транзакций, а крестиком отмечено среднеквадратичное значение. + +Выполняется **100.000 транзакций в режиме отложенной фиксации данных** +на диске. При этом требуется гарантия, что при аварийном выключении +питания (или другом подобном сбое) все данные будут консистентны на +момент завершения одной из транзакций, но допускается потеря изменений +из некоторого количества последних транзакций, что для многих движков +предполагает включение +[WAL](https://en.wikipedia.org/wiki/Write-ahead_logging) (write-ahead +logging) либо журнала транзакций, который в свою очередь опирается на +гарантию упорядоченности данных в журналируемой файловой системе. +_libmdbx_ при этом не ведет WAL, а передает весь контроль файловой +системе и ядру ОС. + +В каждой транзакции выполняется комбинированная CRUD-операция (две +вставки, одно чтение, одно обновление, одно удаление). Бенчмарк стартует +на пустой базе, а при завершении, в результате выполняемых действий, в +базе насчитывается 100.000 небольших key-value записей. + + + +-------------------------------------------------------------------------------- + +### Асинхронная фиксация + + - Линейная шкала слева и темные прямоугольники соответствуют количеству + транзакций в секунду, усредненному за всё время теста. + + - Логарифмическая шкала справа и желтые интервальные отрезки + соответствуют времени выполнения транзакций. При этом каждый отрезок + показывает минимальное и максимальное время затраченное на выполнение + транзакций, а крестиком отмечено среднеквадратичное значение. + +Выполняется **1.000.000 транзакций в режиме асинхронной фиксации +данных** на диске. При этом требуется гарантия, что при аварийном +выключении питания (или другом подобном сбое) все данные будут +консистентны на момент завершения одной из транзакций, но допускается +потеря изменений из значительного количества последних транзакций. Во +всех движках при этом включался режим предполагающий минимальную +нагрузку на диск по-записи, и соответственно минимальную гарантию +сохранности данных. В _libmdbx_ при этом используется режим асинхронной +записи измененных страниц на диск посредством ядра ОС и системного +вызова [msync(MS_ASYNC)](https://linux.die.net/man/2/msync). + +В каждой транзакции выполняется комбинированная CRUD-операция (две +вставки, одно чтение, одно обновление, одно удаление). Бенчмарк стартует +на пустой базе, а при завершении, в результате выполняемых действий, в +базе насчитывается 10.000 небольших key-value записей. + + + +-------------------------------------------------------------------------------- + +### Потребление ресурсов + +Показана соотнесенная сумма использованных ресурсов в ходе бенчмарка в +режиме отложенной фиксации: + + - суммарное количество операций ввода-вывода (IOPS), как записи, так и + чтения. + + - суммарное затраченное время процессора, как в режиме пользовательских процессов, + так и в режиме ядра ОС. + + - использованное место на диске при завершении теста, после закрытия БД из тестирующего процесса, + но без ожидания всех внутренних операций обслуживания (компактификации LSM и т.п.). + +Движок _ForestDB_ был исключен при оформлении результатов, так как +относительно конкурентов многократно превысил потребление каждого из +ресурсов (потратил процессорное время на генерацию IOPS для заполнения +диска), что не позволяло наглядно сравнить показатели остальных движков +на одной диаграмме. + +Все данные собирались посредством системного вызова +[getrusage()](http://man7.org/linux/man-pages/man2/getrusage.2.html) и +сканированием директорий с данными. + + + +-------------------------------------------------------------------------------- + +## Недостатки и Компромиссы + +1. Единовременно может выполняться не более одной транзакция изменения данных + (один писатель). Зато все изменения всегда последовательны, не может быть + конфликтов или логических ошибок при откате транзакций. + +2. Отсутствие [WAL](https://en.wikipedia.org/wiki/Write-ahead_logging) + обуславливает относительно большой + [WAF](https://en.wikipedia.org/wiki/Write_amplification) (Write + Amplification Factor). Поэтому фиксация изменений на диске может быть + достаточно дорогой и являться главным ограничением производительности + при интенсивном изменении данных. + > В качестве компромисса _libmdbx_ предлагает несколько режимов ленивой + > и/или периодической фиксации. В том числе режим `MAPASYNC`, при котором + > изменения происходят только в памяти и асинхронно фиксируются на диске + > ядром ОС. + > + > Однако, следует воспринимать это свойство аккуратно и взвешенно. + > Например, полная фиксация транзакции в БД с журналом потребует минимум 2 + > IOPS (скорее всего 3-4) из-за накладных расходов в файловой системе. В + > _libmdbx_ фиксация транзакции также требует от 2 IOPS. Однако, в БД с + > журналом кол-во IOPS будет меняться в зависимости от файловой системы, + > но не от кол-ва записей или их объема. Тогда как в _libmdbx_ кол-во + > будет расти логарифмически от кол-во записей/строк в БД (по высоте + > b+tree). + +3. [COW](https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BF%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%B8_%D0%B7%D0%B0%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%B8) + для реализации [MVCC](https://ru.wikipedia.org/wiki/MVCC) выполняется на + уровне страниц в [B+ + дереве](https://ru.wikipedia.org/wiki/B-%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BE). + Поэтому изменение данных амортизационно требует копирования Olog(N) + страниц, что расходует [пропускную способность оперативной + памяти](https://en.wikipedia.org/wiki/Memory_bandwidth) и является + основным ограничителем производительности в режиме `MAPASYNC`. + > Этот недостаток неустраним, тем не менее следует дать некоторые пояснения. + > Дело в том, что фиксация изменений на диске потребует гораздо более + > значительного копирования данных в памяти и массы других затратных операций. + > Поэтому обусловленное этим недостатком падение производительности становится + > заметным только при отказе от фиксации изменений на диске. + > Соответственно, корректнее сказать что _libmdbx_ позволяет + > получить персистентность ценой минимального падения производительности. + > Если же нет необходимости оперативно сохранять данные, то логичнее + > использовать `std::map`. + +4. В _LMDB_ существует проблема долгих чтений (приостановленных читателей), + которая приводит к деградации производительности и переполнению БД. + > В _libmdbx_ предложены средства для предотвращения, быстрого выхода из + > некомфортной ситуации и устранения её последствий. Подробности ниже. + +5. В _LMDB_ есть вероятность разрушения БД в режиме `WRITEMAP+MAPASYNC`. + В _libmdbx_ для `WRITEMAP+MAPASYNC` гарантируется как сохранность базы, + так и согласованность данных. + > Дополнительно, в качестве альтернативы, предложен режим `UTTERLY_NOSYNC`. + > Подробности ниже. + + +#### Проблема долгих чтений + +*Следует отметить*, что проблема "сборки мусора" так или иначе +существует во всех СУБД (Vacuum в PostgreSQL). Однако в случае _libmdbx_ +и LMDB она проявляется более остро, прежде всего из-за высокой +производительности, а также из-за намеренного упрощения внутренних +механизмов ради производительности. + +Понимание проблемы требует некоторых пояснений, которые +изложены ниже, но могут быть сложны для быстрого восприятия. +Поэтому, тезисно: + +* Изменение данных на фоне долгой операции чтения может + приводить к исчерпанию места в БД. + +* После чего любая попытка обновить данные будет приводить к + ошибке `MAP_FULL` до завершения долгой операции чтения. + +* Характерными примерами долгих чтений являются горячее + резервное копирования и отладка клиентского приложения при + активной транзакции чтения. + +* В оригинальной _LMDB_ после этого будет наблюдаться + устойчивая деградация производительности всех механизмов + обратной записи на диск (в I/O контроллере, в гипервизоре, + в ядре ОС). + +* В _libmdbx_ предусмотрен механизм аварийного прерывания таких + операций, а также режим `LIFO RECLAIM` устраняющий последующую + деградацию производительности. + +Операции чтения выполняются в контексте снимка данных (версии +БД), который был актуальным на момент старта транзакции чтения. Такой +читаемый снимок поддерживается неизменным до завершения операции. В свою +очередь, это не позволяет повторно использовать страницы БД в +последующих версиях (снимках БД). + +Другими словами, если обновление данных выполняется на фоне долгой +операции чтения, то вместо повторного использования "старых" ненужных +страниц будут выделяться новые, так как "старые" страницы составляют +снимок БД, который еще используется долгой операцией чтения. + +В результате, при интенсивном изменении данных и достаточно длительной +операции чтения, в БД могут быть исчерпаны свободные страницы, что не +позволит создавать новые снимки/версии БД. Такая ситуация будет +сохраняться до завершения операции чтения, которая использует старый +снимок данных и препятствует повторному использованию страниц БД. + +Однако, на этом проблемы не заканчиваются. После описанной ситуации, все +дополнительные страницы, которые были выделены пока переработка старых +была невозможна, будут участвовать в цикле выделения/освобождения до +конца жизни экземпляра БД. В оригинальной _LMDB_ этот цикл использования +страниц работает по принципу [FIFO](https://ru.wikipedia.org/wiki/FIFO). +Поэтому увеличение количества циркулирующий страниц, с точки зрения +механизмов кэширования и/или обратной записи, выглядит как увеличение +рабочего набор данных. Проще говоря, однократное попадание в ситуацию +"уснувшего читателя" приводит к устойчивому эффекту вымывания I/O кэша +при всех последующих изменениях данных. + +Для устранения описанных проблемы в _libmdbx_ сделаны существенные +доработки, подробности ниже. Иллюстрации к проблеме "долгих чтений" +можно найти в [слайдах презентации](http://www.slideshare.net/leoyuriev/lmdb). + +Там же приведен пример количественной оценки прироста производительности +за счет эффективной работы [BBWC](https://en.wikipedia.org/wiki/BBWC) +при включении `LIFO RECLAIM` в _libmdbx_. + + +#### Сохранность данных в режиме асинхронной фиксации + +При работе в режиме `WRITEMAP+MAPSYNC` запись измененных страниц +выполняется ядром ОС, что имеет ряд преимуществ. Так например, при крахе +приложения, ядро ОС сохранит все изменения. + +Однако, при аварийном отключении питания или сбое в ядре ОС, на диске +может быть сохранена только часть измененных страниц БД. При этом с большой +вероятностью может оказаться так, что будут сохранены мета-страницы со +ссылками на страницы с новыми версиями данных, но не сами новые данные. +В этом случае БД будет безвозвратна разрушена, даже если до аварии +производилась полная синхронизация данных (посредством +`mdbx_env_sync()`). + +В _libmdbx_ эта проблема устранена путем полной переработки +пути записи данных: + +* В режиме `WRITEMAP+MAPSYNC` _libmdbx_ не обновляет + мета-страницы непосредственно, а поддерживает их теневые копии + с переносом изменений после фиксации данных. + +* При завершении транзакций, в зависимости от состояния + синхронности данных между диском и оперативной память, + _libmdbx_ помечает точки фиксации либо как сильные (strong), + либо как слабые (weak). Так например, в режиме + `WRITEMAP+MAPSYNC` завершаемые транзакции помечаются как + слабые, а при явной синхронизации данных как сильные. + +* В _libmdbx_ поддерживается не две, а три отдельные мета-страницы. + Это позволяет выполнять фиксацию транзакций с формированием как + сильной, так и слабой точки фиксации, без потери двух предыдущих + точек фиксации (из которых одна может быть сильной, а вторая слабой). + В результате, _libmdbx_ позволяет в произвольном порядке чередовать + сильные и слабые точки фиксации без нарушения соответствующих + гарантий в случае неожиданной системной аварии во время фиксации. + +* При открытии БД выполняется автоматический откат к последней + сильной фиксации. Этим обеспечивается гарантия сохранности БД. + +Такая гарантия надежности не дается бесплатно. Для +сохранности данных, страницы формирующие крайний снимок с +сильной фиксацией, не должны повторно использоваться +(перезаписываться) до формирования следующей сильной точки +фиксации. Таким образом, крайняя точка фиксации создает +описанный выше эффект "долгого чтения". Разница же здесь в том, +что при исчерпании свободных страниц ситуация будет +автоматически исправлена, посредством записи изменений на диск +и формированием новой сильной точки фиксации. + +Таким образом, в режиме безопасной асинхронной фиксации _libmdbx_ будет +всегда использовать новые страницы до исчерпания места в БД или до явного +формирования сильной точки фиксации посредством `mdbx_env_sync()`. +При этом суммарный трафик записи на диск будет примерно такой-же, +как если бы отдельно фиксировалась каждая транзакций. + +В текущей версии _libmdbx_ вам предоставляется выбор между безопасным +режимом (по умолчанию) асинхронной фиксации, и режимом `UTTERLY_NOSYNC` когда +при системной аварии есть шанс полного разрушения БД как в LMDB. + +В последующих версиях _libmdbx_ будут предусмотрены средства +для асинхронной записи данных на диск с автоматическим +формированием сильных точек фиксации. + +-------------------------------------------------------------------------------- + +Доработки и усовершенствования относительно LMDB +================================================ + +1. Режим `LIFO RECLAIM`. + + Для повторного использования выбираются не самые старые, а + самые новые страницы из доступных. За счет этого цикл + использования страниц всегда имеет минимальную длину и не + зависит от общего числа выделенных страниц. + + В результате механизмы кэширования и обратной записи работают с + максимально возможной эффективностью. В случае использования + контроллера дисков или системы хранения с + [BBWC](https://en.wikipedia.org/wiki/BBWC) возможно + многократное увеличение производительности по записи + (обновлению данных). + +2. Обработчик `OOM-KICK`. + + Посредством `mdbx_env_set_oomfunc()` может быть установлен + внешний обработчик (callback), который будет вызван при + исчерпания свободных страниц из-за долгой операцией чтения. + Обработчику будет передан PID и pthread_id виновника. + В свою очередь обработчик может предпринять одно из действий: + + * нейтрализовать виновника (отправить сигнал kill #9), если + долгое чтение выполняется сторонним процессом; + + * отменить или перезапустить проблемную операцию чтения, если + операция выполняется одним из потоков текущего процесса; + + * подождать некоторое время, в расчете что проблемная операция + чтения будет штатно завершена; + + * прервать текущую операцию изменения данных с возвратом кода + ошибки. + +3. Гарантия сохранности БД в режиме `WRITEMAP+MAPSYNC`. + +В текущей версии _libmdbx_ вам предоставляется выбор между безопасным +режимом (по умолчанию) асинхронной фиксации, и режимом `UTTERLY_NOSYNC` +когда при системной аварии есть шанс полного разрушения БД как в LMDB. +Для подробностей смотрите раздел +[Сохранность данных в режиме асинхронной фиксации](#Сохранность-данных-в-режиме-асинхронной-фиксации). + +4. Возможность автоматического формирования контрольных точек +(сброса данных на диск) при накоплении заданного объёма изменений, +устанавливаемого функцией `mdbx_env_set_syncbytes()`. + +5. Возможность получить отставание текущей транзакции чтения от +последней версии данных в БД посредством `mdbx_txn_straggler()`. + +6. Утилита mdbx_chk для проверки БД и функция `mdbx_env_pgwalk()` для +обхода всех страниц БД. + +7. Управление отладкой и получение отладочных сообщений посредством +`mdbx_setup_debug()`. + +8. Возможность связать с каждой завершаемой транзакцией до 3 +дополнительных маркеров посредством `mdbx_canary_put()`, и прочитать их +в транзакции чтения посредством `mdbx_canary_get()`. + +9. Возможность узнать есть ли за текущей позицией курсора строка данных +посредством `mdbx_cursor_eof()`. + +10. Возможность явно запросить обновление существующей записи, без +создания новой посредством флажка `MDBX_CURRENT` для `mdbx_put()`. + +11. Возможность посредством `mdbx_replace()` обновить или удалить запись +с получением предыдущего значения данных, а также адресно изменить +конкретное multi-значение. + +12. Поддержка ключей и значений нулевой длины, включая сортированные +дубликаты. + +13. Исправленный вариант `mdbx_cursor_count()`, возвращающий корректное +количество дубликатов для всех типов таблиц и любого положения курсора. + +14. Возможность открыть БД в эксклюзивном режиме посредством +`mdbx_env_open_ex()`, например в целях её проверки. + +15. Возможность закрыть БД в "грязном" состоянии (без сброса данных и +формирования сильной точки фиксации) посредством `mdbx_env_close_ex()`. + +16. Возможность получить посредством `mdbx_env_info()` дополнительную +информацию, включая номер самой старой версии БД (снимка данных), +который используется одним из читателей. + +17. Функция `mdbx_del()` не игнорирует дополнительный (уточняющий) +аргумент `data` для таблиц без дубликатов (без флажка `MDBX_DUPSORT`), а +при его ненулевом значении всегда использует его для сверки с удаляемой +записью. + +18. Возможность открыть dbi-таблицу, одновременно с установкой +компараторов для ключей и данных, посредством `mdbx_dbi_open_ex()`. + +19. Возможность посредством `mdbx_is_dirty()` определить находятся ли +некоторый ключ или данные в "грязной" странице БД. Таким образом, +избегая лишнего копирования данных перед выполнением модифицирующих +операций (значения в размещенные "грязных" страницах могут быть +перезаписаны при изменениях, иначе они будут неизменны). + +20. Корректное обновление текущей записи, в том числе сортированного +дубликата, при использовании режима `MDBX_CURRENT` в +`mdbx_cursor_put()`. + +21. Все курсоры, как в транзакциях только для чтения, так и в пишущих, +могут быть переиспользованы посредством `mdbx_cursor_renew()` и ДОЛЖНЫ +ОСВОБОЖДАТЬСЯ ЯВНО. + > + > ## _ВАЖНО_, Обратите внимание! + > + > Это единственное изменение в API, которое значимо меняет + > семантику управления курсорами и может приводить к утечкам + > памяти. Следует отметить, что это изменение вынужденно. + > Так устраняется неоднозначность с массой тяжких последствий: + > + > - обращение к уже освобожденной памяти; + > - попытки повторного освобождения памяти; + > - memory corruption and segfaults. + +22. Дополнительный код ошибки `MDBX_EMULTIVAL`, который возвращается из +`mdbx_put()` и `mdbx_replace()` при попытке выполнить неоднозначное +обновление или удаления одного из нескольких значений с одним ключом. + +23. Возможность посредством `mdbx_get_ex()` получить значение по +заданному ключу, одновременно с количеством дубликатов. + +24. Наличие функций `mdbx_cursor_on_first()` и `mdbx_cursor_on_last()`, +которые позволяют быстро выяснить стоит ли курсор на первой/последней +позиции. + +25. При завершении читающих транзакций, открытые в них DBI-хендлы не +закрываются и не теряются при завершении таких транзакций посредством +`mdbx_txn_abort()` или `mdbx_txn_reset()`. Что позволяет избавится от ряда +сложно обнаруживаемых ошибок. + +26. Генерация последовательностей посредством `mdbx_dbi_sequence()`. + +27. Расширенное динамическое управление размером БД, включая выбор +размера страницы посредством `mdbx_env_set_geometry()`. + +28. Три мета-страницы вместо двух, что позволяет гарантированно +консистентно обновлять слабые контрольные точки фиксации без риска +повредить крайнюю сильную точку фиксации. + +29. В _libmdbx_ реализован автоматический возврат освобождающихся +страниц в область нераспределенного резерва в конце файла данных. При +этом уменьшается количество страниц загруженных в память и участвующих в +цикле обновления данных и записи на диск. Фактически _libmdbx_ выполняет +постоянную компактификацию данных, но не затрачивая на это +дополнительных ресурсов, а только освобождая их. При освобождении места +в БД, в случае наличия поддержки со стороны операционной системы и +установки соответствующих параметров геометрии базы данных, также будет +уменьшаться размер файла на диске. + +-------------------------------------------------------------------------------- + +``` +$ objdump -f -h -j .text libmdbx.so + +libmdbx.so: file format elf64-x86-64 +architecture: i386:x86-64, flags 0x00000150: +HAS_SYMS, DYNAMIC, D_PAGED +start address 0x000030e0 + +Sections: +Idx Name Size VMA LMA File off Algn + 11 .text 00014661 000030e0 000030e0 000030e0 2**4 + CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE +``` + +``` +$ objdump -C -T libmdbx.so | grep mdbx | sort + +00004057 g DF .text 0000003f Base mdbx_strerror_r +00004096 g DF .text 00000031 Base mdbx_strerror +00004207 g DF .text 00000025 Base mdbx_env_get_maxkeysize +0000422c g DF .text 000000b8 Base mdbx_env_create +000042e4 g DF .text 0000001f Base mdbx_env_set_mapsize +00004f9f g DF .text 00000037 Base mdbx_env_set_maxdbs +00004fd6 g DF .text 00000036 Base mdbx_env_set_maxreaders +0000500c g DF .text 00000027 Base mdbx_env_get_maxreaders +00005033 g DF .text 0000066a Base mdbx_env_open_ex +0000569d g DF .text 00000008 Base mdbx_env_open +000056a5 g DF .text 00000096 Base mdbx_env_close_ex +0000573b g DF .text 00000007 Base mdbx_env_close +00005742 g DF .text 00000047 Base mdbx_env_set_flags +00005789 g DF .text 0000001d Base mdbx_env_get_flags +000057a6 g DF .text 00000014 Base mdbx_env_set_userctx +000057ba g DF .text 0000000f Base mdbx_env_get_userctx +000057c9 g DF .text 0000000d Base mdbx_env_set_assert +000057d6 g DF .text 0000001d Base mdbx_env_get_path +000057f3 g DF .text 00000018 Base mdbx_env_get_fd +0000580b g DF .text 00000056 Base mdbx_env_stat +00005861 g DF .text 00000276 Base mdbx_env_info +00005ad7 g DF .text 00000148 Base mdbx_reader_list +0000656a g DF .text 0000012a Base mdbx_dbi_stat +0000693a g DF .text 00000146 Base mdbx_env_copy2fd +00006a80 g DF .text 0000012e Base mdbx_env_copy +00006bae g DF .text 0000002a Base mdbx_reader_check +00006bd8 g DF .text 000000f9 Base mdbx_setup_debug +00006cd1 g DF .text 00000033 Base mdbx_env_set_syncbytes +00006d04 g DF .text 00000023 Base mdbx_env_set_oomfunc +00006d27 g DF .text 00000019 Base mdbx_env_get_oomfunc +00006d40 g DF .text 00000121 Base mdbx_env_pgwalk +0000ac60 g DF .text 00000163 Base mdbx_dkey +0000add0 g DF .text 00000016 Base mdbx_cmp +0000adf0 g DF .text 00000016 Base mdbx_dcmp +0000ae10 g DF .text 00000271 Base mdbx_env_sync +0000b090 g DF .text 0000001b Base mdbx_txn_env +0000b0b0 g DF .text 0000001c Base mdbx_txn_id +0000b0d0 g DF .text 00000077 Base mdbx_txn_reset +0000b150 g DF .text 00000077 Base mdbx_txn_abort +0000b1d0 g DF .text 00000057 Base mdbx_get_maxkeysize +0000b230 g DF .text 000006b7 Base mdbx_env_set_geometry +0000b8f0 g DF .text 000000ef Base mdbx_cursor_count +0000b9e0 g DF .text 000000ad Base mdbx_cursor_close +0000ba90 g DF .text 0000001b Base mdbx_cursor_txn +0000bab0 g DF .text 00000017 Base mdbx_cursor_dbi +0000bad0 g DF .text 0000007d Base mdbx_dbi_close +0000bb50 g DF .text 000000cc Base mdbx_dbi_flags_ex +0000bc20 g DF .text 00000038 Base mdbx_dbi_flags +0000c250 g DF .text 00000077 Base mdbx_txn_renew +0000c2d0 g DF .text 000004e5 Base mdbx_txn_begin +0000dcb0 g DF .text 00000128 Base mdbx_cursor_open +0000dde0 g DF .text 0000011d Base mdbx_cursor_renew +0000e970 g DF .text 000000fc Base mdbx_get +0000ef00 g DF .text 00000489 Base mdbx_cursor_get +000125e0 g DF .text 00000719 Base mdbx_cursor_del +00012e00 g DF .text 000000e4 Base mdbx_del +00012ef0 g DF .text 000002c3 Base mdbx_drop +000131c0 g DF .text 0000129e Base mdbx_cursor_put +000145d0 g DF .text 000000a7 Base mdbx_put +00014b60 g DF .text 000000bf Base mdbx_dbi_open_ex +00014c20 g DF .text 0000000b Base mdbx_dbi_open +00014c30 g DF .text 00001347 Base mdbx_txn_commit +00015f80 g DF .text 00000105 Base mdbx_txn_straggler +00016090 g DF .text 000000e7 Base mdbx_canary_put +00016180 g DF .text 00000078 Base mdbx_canary_get +00016200 g DF .text 0000006e Base mdbx_cursor_on_first +00016270 g DF .text 00000096 Base mdbx_cursor_on_last +00016310 g DF .text 00000066 Base mdbx_cursor_eof +00016380 g DF .text 00000504 Base mdbx_replace +00016890 g DF .text 0000017d Base mdbx_get_ex +00016a10 g DF .text 000000a4 Base mdbx_is_dirty +00016ac0 g DF .text 00000120 Base mdbx_dbi_sequence +00016be0 g DF .text 00000064 Base mdbx_cursor_get_attr +00016c50 g DF .text 00000064 Base mdbx_get_attr +00016cc0 g DF .text 000000c7 Base mdbx_put_attr +00016d90 g DF .text 000000c7 Base mdbx_cursor_put_attr +00016e60 g DF .text 00000244 Base mdbx_set_attr +``` |