记一次MongoDB性能问题，附原理解析

下面文章转载自火丁笔记，原作者描述了一次MongoDB数据迁移过程中遇到的性能问题及其解决方案，中间追查问题的方法和工具值得我们学习。

下面是其原文：

最近忙着把一个项目从MySQL迁移到MongoDB，在导入旧数据的过程中，遇到了些许波折，犯了不少错误，但同时也学到了不少知识，遂记录下来。
公司为这个项目专门配备了几台高性能务器，清一色的双路四核超线程CPU，外加32G内存，运维人员安装好MongoDB后，就轮到我了，我习惯于在使用新服务器前先看看相关日志，了解一下基本情况，当我浏览MongoDB日志时，发现一些警告信息：
WARNING: You are running on a NUMA machine. 
We suggest launching mongod like this to avoid performance problems: 
numactl --interleave=all mongod [other options] 
当时我并不太清楚NUMA是什么东西，所以没有处理，只是把问题报告给了运维人员，事实证明运维人员也没有处理，所以问题的序幕就这样拉开了…
迁移工作首先要导入旧数据。开始一切倒还正常，不过几小时之后，我无意中发现不知道什么时候开始数据导入的速度下降了，同时我的PHP脚本开始不停的抛出异常：
cursor timed out (timeout: 30000, time left: 0:0, status: 0) 
我一时判断不出问题所在，想想先在PHP脚本里加大Timeout的值应付一下：
MongoCursor::$timeout = -1; 
可惜这样并没有解决问题，错误反倒变着花样的出现了：
max number of retries exhausted, couldn't send query 
couldn't send query: Broken pipe 
无奈之下用strace跟踪了一下PHP脚本：

shell> strace -p  
发现进程卡在了recvfrom操作上：
recvfrom(, 
通过如下命令查询recvfrom操作的含义是：receive a message from a socket
shell> apropos recvfrom 
还可以按照下面的方式确认一下：
shell> lsof -p 
shell> ls -l /proc//fd/ 
此时查询MongoDB当前操作，发现几乎每个操作会消耗大量的时间：

shell> echo "db.currentOp()" | /path/to/mongo 
同时运行mongostat显示很高的locked值。
…
重复做了很多工作，但始终无法找到问题的症结在哪里，只好求助官方论坛，那里的技术支持都很热心，在我描述了问题后，没过多久就有了回复，建议我检查一下是不是索引不佳所致，为了验证这种可能，我激活了Profiler记录慢操作：
mongo> use 
mongo> db.setProfilingLevel(1); 
不过结果显示基本都是insert操作(因为我是导入数据为主)，本身就不需要索引：

mongo> use 
mongo> db.system.profile.find().sort({$natural:-1}) 
… 
问题到了这里，似乎已经走投无路了，为了死马当活马医，我又重复了几次迁移旧数据的过程，结果自然是次次都出问题，但幸运的是我发现每当出问题的时候，在 top命令的结果中，总有一个名叫irqbalance的进程居高不下，搜索了一下，结果很多介绍irqbalance的文章中都提及了NUMA，让我一下子记起之前在日志中看到的警告信息，于是乎按照信息里介绍的，重新启动了一下MongoDB：

shell> numactl --interleave=all /path/to/mongod 
一切都正常了。为了解决这个问题，浪费了很多精神，实在没有力气再解释NUMA到底是什么东西了，有想了解的网友可以参考老外的文章，里面的介绍很翔实。

对于罪魁祸首，作者留给大家去学习，在这里可以给大家做一个简单的描述，先解释几个概念

NUMA：NUMA是多核心CPU架构中的一种，其全称为Non-Uniform Memory Access，简单来说就是在多核心CPU中，机器的物理内存是分配给各个核的，架构简图如下所示：

每个核访问分配给自己的内存会比访问分配给其它核的内存要快，有下面几种访问控制策略：

1.缺省(default)：总是在本地节点分配(分配在当前进程运行的节点上);
2.绑定(bind)：强制分配到指定节点上;
3.交叉(interleave)：在所有节点或者指定的节点上交织分配;
4.优先(preferred)：在指定节点上分配，失败则在其他节点上分配。

上面文章中最后使用numactl –interleave命令就是指定其为交叉共享模式。

irqbalance：这是作者在上面提到的一个占用CPU的进程，这个进程的作用是在多核心CPU的操作系统中，分配系统中断信号的。参见：irqbalance.org

概念说完了，下面是上面问题的简单描述：

我们知道虚拟内存机制是通过一个中断信号来通过进行内存swap的，所以这个irqbalance进程忙，是一个危险信号，在这里是由于在进行频繁的内存交换。这种频繁交换现象称为swap insanity，在MySQL中经常提到，也就是在NUMA框架中，采用不合适的策略，导致核心只能从指定内存块节点上分配内存，即使总内存还有富余，也会由于当前节点内存不足时产生大量的swap操作。

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