主流NoSQL数据库评测之Tokyo Cabinet

本篇要评测的NoSQL产品是Tokyo Cabinet和Tokyo Tyrant，Tokyo Cabinet是一个性能优秀的数据存储引擎，而Tokyo Tyrant则提供了访问Tokyo Cabinet数据的网络接口。这是一个很成熟的产品，在国内外也有众多的成功案例。

一、Tokyo Cabinet和Tokyo Tyrant简介

Tokyo Cabinet(简称TC)和Tokyo Tyrant(简称TT)，顾名思义，是源自日本的开源项目。由FAL Labs维护，主要的开发人员是Mikio Hirabayashi。最早应用在日本最大的SNS网站mixi.jp上成功后而声名鹊起。

TC是一个用C写的数据存储引擎，以key-value的方式存储数据，支持Hash、B+ tree、Hash Table等多种数据结构。同时提供了C、 Perl、 Ruby、Java和Lua等多种语言的API支持，但是如果通过网络来访问，就需要用TT。TT同样是用C写的，支持从网络端高并发、多线程的访问TC。另外TC/TT支持master/slave架构，可以通过配置实现高可用性，这也是很不错的一个特性。

TC因为支持灵活的数据结构而倍受欢迎，特别是Hash Table类型，很像传统的关系型数据库，只是每条存储记录的列是自由定义的，可以通过列作为条件来查询，十分方便。这是很多key-value结构的NoSQL产品所不具备的特性。当然，Hash Table类型和Hash、B+ tree相比存取效率会低一些，任何事物都是有两面性的，在带来高度灵活度的同时，必然要牺牲部分的效率。

TC/TT是一个久经考验的很稳定的产品，在千万及以下数据量级别表现出色。但是开发者由于种种原因，已经很长时间没有更新版本了，而是推出了对应升级产品，叫做Kyoto Cabinet和Kyoto Tycoon，这也给TC/TT的前景带来了不明朗的因素，很明显作者是鼓励人们使用升级的产品，但是由于新产品没有更多的成功案例，在业界的影响力反而不如TC/TT，因此在现阶段，TC/TT仍然是一个不错的NoSQL选择。

二、测试说明

1、测试环境

TC/TT部署在一台PC 服务器上，配置如下：

CPU为Xeon 2.80GHz *4

内存为4G

硬盘为一块400G SATA盘

操作系统为64位CentOS 5.3版本

2、测试方法

这里仍然采用第三方实现的PHP客户端进行测试，网址为http://pecl.php.net/package/tokyo_tyrant，这是一个标准的PHP扩展程序，可以编译到PHP运行环境中。要说明的是，这个PHP客户端实现的是TT接口，肯定比使TT自带的tcrtest效率要低一些，但是我们的测试要尽量模拟实际的生产环境，所以这里使用了第三方的PHP客户端。

为了不对测试服务器产生额外的影响，测试客户端部署在另外一台独立的服务器上，运行的PHP的版本是5.3.5，web server是Nginx 0.8.54，通过fastcgi的方式调用PHP服务。使用apache ab工具实现多个请求和并发操作。

为了更全面的反应TC/TT的性能，我对B+ tree和Hash Table两种数据库类型分别进行了测试，就使用上文提到的ttserver示例语句来建立测试数据库，每个类型的测试又分为两个步骤，首先是写操作，通过500个请求，每个请求写入10000条记录，并发度为2来共写入500万条数据，数据的key为数字1到5000000，value大小为100个字节。然后是读操作，也是用500个请求，每个请求随机根据key值读出10000条记录，并发度为10共读出500万条记录，评测的重点是写入和读出数据的时间，以及在此过程中服务器的资源使用情况。

三、安装和使用

1、下载相关软件的最新版本(TC、TT和TC的lua扩展)：

[root@localhost tctt]# wget http://fallabs.com/tokyocabinet/tokyocabinet-1.4.47.tar.gz  
[root@localhost tctt]# wget http://fallabs.com/tokyotyrant/tokyotyrant-1.1.41.tar.gz  
[root@localhost tctt]# wget http://fallabs.com/tokyocabinet/luapkg/tokyocabinet-lua-1.9.tar.gz

注意这里的lua扩展是可选的，如果不需要使用lua接口，可以不必安装。

2、安装lua脚本，注意这里不能通过yum的方式安装，否则后面装tt时会提示找不到lua.h文件：　

wget http://www.lua.org/ftp/lua-5.1.4.tar.gz  
make linux  
make install

安装过程中一般会报错如下：

luaconf.h:275:31: error: readline/readline.h: No such file or directory  
luaconf.h:276:30: error: readline/history.h: No such file or directory

通过yum安装readline-devel即可：

yum install readline-devel

3、安装TC、TT和TC的lua扩展，注意的是如果要使用LUA接口，那么编译TT的时候要加–enable-lua参数：

[root@localhost tctt]# tar zxvf tokyocabinet-1.4.47.tar.gz  
[root@localhost tctt]# cd tokyocabinet-1.4.47  
[root@localhost tokyocabinet-1.4.47]# ./configure  
[root@localhost tokyocabinet-1.4.47]# make  
[root@localhost tokyocabinet-1.4.47]# make install  
[root@localhost tctt]# tar zxvf tokyocabinet-lua-1.9.tar.gz  
[root@localhost tokyocabinet-lua-1.9]# make  
[root@localhost tokyocabinet-lua-1.9]# make install  
[root@localhost tctt]# tar zxvf tokyotyrant-1.1.41.tar.gz  
[root@localhost tctt]# cd tokyotyrant-1.1.41  
[root@localhost tokyotyrant-1.1.41]# ./configure --enable-lua  
[root@localhost tokyotyrant-1.1.41]# make  
[root@localhost tokyotyrant-1.1.41]# make install

至此就安装完成了，整个过程很简单，当然安装过程可能需要一些其他的程序包，可以根据提示进行安装即可。

TT提供了很多命令行工具来管理数据库，比较常用的两个是ttserver和tcrmgr。

Ttserver的用法如下：

ttserver [-host name] [-port num] [-thnum num] [-tout num]
 [-dmn] [-pid path] [-kl] [-log path] [-ld|-le] [-ulog path] 
[-ulim num] [-uas] [-sid num] [-mhost name] [-mport num] 
[-rts path] [-rcc] [-skel name] [-mul num] [-ext path]
 [-extpc name period] [-mask expr] [-unmask expr] [dbname]

各个参数的说明可查看官方文档，这里就不一一列举了。我们可以建立一个hash table类型和一个B+ tree类型的数据库：

ttserver -host 192.168.0.35 -port 11301 -thnum 8 -dmn   
-pid /home/tc/test_data/test_data_b.pid   
-log /home/tc/test_data/test_data_b.log -le   
-ulog /home/tc/test_data/ -ulim 128m -sid 1 -rts /home/tc/test_data/test_data_b.rts /home/tc/test_data/test_data.tcb  
 
ttserver -host 192.168.0.35 -port 11302 -thnum 8 -dmn   
-pid /home/tc/test_data/test_data_t.pid   
-log /home/tc/test_data/test_data_t.log -le   
-ulog /home/tc/test_data/ -ulim 128m -sid 1 -rts /home/tc/test_data/test_data_t.rts /home/tc/test_data/test_data.tct

注意最后一个参数的扩展名tcb和tct决定了数据库的类型分别是B+ tree和table。

通过tcrmgr命令行工具可以管理远程数据库，比如我们要查看key为1的记录可以这样操作：

[root@localhost tc]# tcrmgr get -port 11301 192.168.0.35 1

要了解更详细的信息，读者可以参看官方文档。

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四、测试结果

1、B+tree类型写操作

成功写入500万条记录，共耗时739秒，平均每秒写入数据6766笔。数据文件大小137M。写入过程中，服务器内存、CPU和磁盘等资源使用情况如下图所示：

可见，CPU使用率平稳，Idle值稳定在73到83之间，wait值稳定在7到12之间。内存分配上的变化较大，主要用来缓存数据，cache部分上升了1.1G，但是没有交换区到内存的换入换出。磁盘IO表现有周期性的上下波动，估计和TC的实现机制有关，数据先写入内存缓冲区，然后定期的刷新到磁盘。

2、B+tree类型读操作

成功读出500万条记录，共耗时1171秒，平均每秒读出数据4270笔。

读数据过程中没有发生磁盘IO。CPU较繁忙，Idle值稳定在38左右，等待CPU资源的进程一直在1到6个之间。内存表现平稳没有波动。

3、Hash Table类型写操作

成功写入445万条记录，写入失败55万条记录，共耗时1560秒，平均每秒写入数据2853笔。数据文件大小538M。写入过程中，服务器内存、CPU和磁盘等资源使用情况如下图所示：

CPU使用率较平稳，Idle值稳定在60到80之间，wait值最高在50左右，稳定在20到40之间。内存cache部分上升了0.7G用于缓存数据。磁盘IO表现有呈阶梯状的上升，最后达到100%，导致无法成功写入数据。

4、Hash Table类型读操作

成功读出500万条记录，共耗时175秒，平均每秒读出数据28571笔。

读数据过程中没有发生磁盘IO。CPU较繁忙，Idle值稳定在37到41之间，等待CPU资源的进程一直在1到9个之间。内存表现平稳没有波动。

五、总结

通过以上测试结果可以说明，TC/TT写入的数据的时候，先缓冲到内存中，然后通过一定的机制写入磁盘，这也是写的效率较高的原因，但是由此带来了周期性的磁盘繁忙，也可能有丢失数据的风险。写入的数据完全缓存到了文件系统中，所以cache部分占用的内存大量增加，这也是读取数据的时候没有发生磁盘IO的原因。B+ tree类型写入性能十分优异，令人惊讶的是读出的速度反而慢于写入的速度。Hash Table类型写入性能一般，但读取性能良好。总体上来说TC/TT在非海量数据的情况下表现不错，服务器资源占用稳定，读写效率较高。

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