GaussDB关键技术原理——高性能之多核处理器优化

GaussDB关键技术原理——高性能之多核处理器优化

鲲鹏ARM服务器多CPU-socket架构下跨NUMA内存访问延迟存在严重的不对称，远/近端内存访存时延有成倍数差异，同时相比x86内存访问时延高50%、并发控制原语代价高2-3倍，在数据库中会以进一步恶化OLTP瓶颈，尽管通常在架构下CPU物理核心数相比x86有了一定提升，但如果不合理设计和实现数据库内核关键数据结构、线程调度模型无法充分利用ARM多核的优势，如何优化NUMA带来的访问时延问题，如何充分利用众核CPU解决并发控制问题成为了鲲鹏上优化数据库OLTP负载性能的主要挑战。使用标准事务型负载TPMC benchmark测试结果96核x86 135w，128核ARM在NUMA优化前只有110w tpmC左右。

GaussDB Kernel根据ARM处理器的多核NUMA架构特点，进行针对性一系列NUMA架构相关优化，主要围绕三个方面进行：

（1）线程调度访存本地化：减少跨核内存访问的时延问题，让线程调度尽可能在单个NUMA节点内，同时针对高频热点数据结构通过适当的冗余保留在本地，减少跨NUMA远端内存访问。

（2）ARM多核算力优化：针对鲲鹏ARM体系下计算核心多的优势，对数据库查询处理、数据库缓冲区脏页处理、WAL日志等关键处理流程进行multi-thread多级流水线改造，将原有单线程处理流程下发给多个CPU-线程进行并行处理提升总体性能。

（3）ARM指令集优化：借助ARMv8.1引入的新的原子操作LSE，将大量的可转换为原子类型操作（plus、minus、CAS）的部分，替换为ARM硬件相关原语LSE指令集，从而提升多线程间同步性能，例如工作线程-WAL写入性能等。