深度解析MySQL 8.0的Resource Groups特性，基于CPU亲和性与I/O优先级在混合负载下的调度效能 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

MySQL 8.0 Resource Groups：CPU亲和性与I/O优先级在混合负载下的调度效能深度解析

大家好，今天我们来深入探讨MySQL 8.0引入的Resource Groups特性，重点关注其如何利用CPU亲和性和I/O优先级来提升混合负载下的调度效能。

一、Resource Groups 概述

在传统的MySQL架构中，所有线程都在相同的资源池中竞争CPU和I/O资源，这可能导致高优先级查询被低优先级操作阻塞，从而影响整体性能。Resource Groups的设计目标正是解决这个问题，它允许我们将不同的线程分配到不同的资源组，每个资源组可以配置独立的CPU亲和性和I/O优先级，从而实现更精细化的资源管理和调度。

Resource Groups本质上是对操作系统调度器的封装，将MySQL线程（代表连接或查询）与特定的CPU核心和I/O优先级绑定，以达到资源隔离和优先级控制的目的。

二、Resource Groups 的基本概念

Resource Group: 资源组是资源分配的单位，可以理解为一个虚拟的资源池。每个资源组可以配置CPU亲和性（哪些CPU核心可以被该组的线程使用）和I/O优先级（该组线程的I/O操作的优先级）。
Thread Attributes: 线程属性，例如连接属性或查询标签，可以用来将线程分配到特定的资源组。
Resource Group Manager: 资源组管理器，负责创建、修改和删除资源组，以及将线程分配到资源组。

三、Resource Groups 的配置

Resource Groups 的配置主要通过SQL语句完成。下面我们将演示如何创建、修改和删除资源组，以及如何将线程分配到资源组。

3.1 创建资源组

可以使用CREATE RESOURCE GROUP语句创建资源组。

CREATE RESOURCE GROUP rg_oltp
  VCPU = 1-4
  IO_PRIORITY = HIGH;

CREATE RESOURCE GROUP rg_olap
  VCPU = 5-8
  IO_PRIORITY = LOW;

上面的例子创建了两个资源组：rg_oltp和rg_olap。

rg_oltp 被分配了CPU核心1到4，并且I/O优先级设置为HIGH。这适用于处理在线事务处理（OLTP）负载，需要快速响应。
rg_olap 被分配了CPU核心5到8，并且I/O优先级设置为LOW。这适用于处理在线分析处理（OLAP）负载，可以容忍较低的优先级。

3.2 修改资源组

可以使用ALTER RESOURCE GROUP语句修改资源组的属性。

ALTER RESOURCE GROUP rg_oltp
  VCPU = 1-6;

ALTER RESOURCE GROUP rg_olap
  IO_PRIORITY = VERY_LOW;

上面的例子修改了rg_oltp的CPU核心分配范围，使其可以使用CPU核心1到6，并修改了rg_olap的I/O优先级，使其设置为VERY_LOW。

3.3 删除资源组

可以使用DROP RESOURCE GROUP语句删除资源组。

DROP RESOURCE GROUP rg_oltp;

3.4 将线程分配到资源组

可以通过多种方式将线程分配到资源组：

基于连接属性： 可以在连接时指定资源组。
基于查询标签： 可以在查询中添加标签，然后根据标签将查询分配到资源组。

3.4.1 基于连接属性

可以使用SET RESOURCE GROUP语句将当前连接分配到资源组。

SET RESOURCE GROUP rg_oltp;

-- 后续的查询将在 rg_oltp 资源组中执行
SELECT * FROM orders WHERE order_id = 123;

SET RESOURCE GROUP rg_olap;

-- 后续的查询将在 rg_olap 资源组中执行
SELECT product_id, AVG(price) FROM sales GROUP BY product_id;

3.4.2 基于查询标签

首先，需要启用查询标签功能。

SET GLOBAL resource_group_enable_query_class = 1;

然后，在查询中添加标签。

/*resource_group_oltp*/ SELECT * FROM orders WHERE order_id = 123;

/*resource_group_olap*/ SELECT product_id, AVG(price) FROM sales GROUP BY product_id;

接下来，需要配置资源组管理器，将带有特定标签的查询分配到相应的资源组。这通常需要在MySQL配置文件中进行设置，例如 my.cnf。

[mysqld]
resource_group_oltp.vcpu = 1-4
resource_group_oltp.io_priority = HIGH
resource_group_olap.vcpu = 5-8
resource_group_olap.io_priority = LOW

四、CPU 亲和性

CPU亲和性是指将线程绑定到特定的CPU核心，使其只能在该核心上运行。这可以减少线程在不同核心之间切换的开销，提高CPU缓存的命中率，从而提升性能。

4.1 CPU 亲和性的优势

减少上下文切换： 线程在不同的CPU核心之间切换需要保存和恢复上下文，这会消耗CPU资源。通过将线程绑定到特定的核心，可以减少上下文切换的次数。
提高缓存命中率： CPU核心有自己的缓存，线程在同一个核心上运行时，可以更容易地访问缓存中的数据，提高缓存命中率，从而减少对内存的访问，提升性能。
资源隔离： 通过将不同的负载分配到不同的CPU核心，可以实现资源隔离，避免不同负载之间的相互干扰。

4.2 CPU 亲和性的配置

在Resource Groups中，CPU亲和性通过VCPU参数来配置。 VCPU参数指定了资源组可以使用的CPU核心的范围。

CREATE RESOURCE GROUP rg_oltp
  VCPU = 1-4
  IO_PRIORITY = HIGH;

上面的例子将rg_oltp资源组绑定到CPU核心1到4。这意味着该资源组中的线程只能在这些核心上运行。

4.3 CPU 亲和性的注意事项

CPU核心数量： 需要根据服务器的CPU核心数量合理配置CPU亲和性。如果分配的CPU核心数量超过了服务器的实际核心数量，可能会导致性能下降。
负载均衡： 需要根据不同的负载类型合理分配CPU核心。如果某个资源组的负载过重，而其他资源组的负载较轻，可能会导致资源利用率不均衡。
NUMA架构： 如果服务器采用了NUMA（Non-Uniform Memory Access）架构，需要考虑NUMA节点之间的内存访问延迟。最好将线程绑定到与内存节点相同的CPU核心，以减少内存访问延迟。

五、I/O 优先级

I/O优先级是指为不同的线程分配不同的I/O优先级，使其在争用I/O资源时具有不同的优先级。这可以确保高优先级的线程能够更快地完成I/O操作，从而提高响应速度。

5.1 I/O 优先级的优势

提高响应速度： 高优先级的线程可以更快地完成I/O操作，从而提高响应速度，例如，关键的事务可以更快地提交。
减少延迟： 高优先级的线程可以减少I/O操作的延迟，从而提高整体性能。
资源隔离： 通过为不同的负载分配不同的I/O优先级，可以实现资源隔离，避免不同负载之间的相互干扰。

5.2 I/O 优先级的配置

在Resource Groups中，I/O优先级通过IO_PRIORITY参数来配置。 IO_PRIORITY参数可以设置为以下值：

LOW
MEDIUM
HIGH
VERY_LOW
VERY_HIGH

CREATE RESOURCE GROUP rg_oltp
  VCPU = 1-4
  IO_PRIORITY = HIGH;

CREATE RESOURCE GROUP rg_olap
  VCPU = 5-8
  IO_PRIORITY = LOW;

上面的例子将rg_oltp资源组的I/O优先级设置为HIGH，将rg_olap资源组的I/O优先级设置为LOW。

5.3 I/O 优先级的注意事项

操作系统支持： I/O优先级需要操作系统的支持。不同的操作系统可能支持不同的I/O优先级级别。
硬件支持： 某些硬件设备可能不支持I/O优先级。
优先级反转： 需要注意优先级反转问题。如果低优先级的线程持有高优先级线程需要的资源，可能会导致高优先级线程被阻塞。

六、混合负载下的调度效能

Resource Groups在混合负载下可以显著提升调度效能。通过将不同类型的负载分配到不同的资源组，并配置不同的CPU亲和性和I/O优先级，可以实现资源隔离和优先级控制，避免不同负载之间的相互干扰，提高整体性能。

6.1 案例分析

假设一个数据库服务器同时运行OLTP和OLAP负载。 OLTP负载需要快速响应，而OLAP负载可以容忍较低的优先级。

如果没有Resource Groups，OLTP和OLAP负载将竞争相同的CPU和I/O资源，导致OLTP负载的响应速度下降。

通过使用Resource Groups，可以将OLTP负载分配到rg_oltp资源组，并配置HIGH的I/O优先级和特定的CPU核心。将OLAP负载分配到rg_olap资源组，并配置LOW的I/O优先级和不同的CPU核心。

这样可以确保OLTP负载能够更快地完成I/O操作，并优先使用CPU资源，从而提高响应速度。同时，OLAP负载仍然可以正常运行，只是优先级较低。

6.2 性能测试

为了验证Resource Groups的效能，我们可以进行性能测试。可以使用工具如sysbench和tpch-tools来模拟OLTP和OLAP负载。

首先，创建一个没有Resource Groups的环境，并运行OLTP和OLAP负载，记录响应时间和吞吐量。

然后，创建一个使用Resource Groups的环境，并配置不同的CPU亲和性和I/O优先级，再次运行OLTP和OLAP负载，记录响应时间和吞吐量。

比较两个环境的性能数据，可以发现Resource Groups能够显著提升OLTP负载的响应速度，并提高整体吞吐量。

6.3 一个简单的 Sysbench 测试例子

首先，安装 Sysbench：

sudo apt update
sudo apt install sysbench

然后，初始化数据库：

sysbench --db-driver=mysql --mysql-host=127.0.0.1 --mysql-user=root --mysql-password=your_password --mysql-db=testdb oltp_read_write --tables=4 --table-size=10000 prepare

接着，在没有 Resource Groups 的情况下运行 Sysbench：

sysbench --db-driver=mysql --mysql-host=127.0.0.1 --mysql-user=root --mysql-password=your_password --mysql-db=testdb oltp_read_write --tables=4 --table-size=10000 --threads=16 --time=60 run

记录下 transactions 和 queries 的数量。

现在，创建 Resource Groups 并分配线程：

CREATE RESOURCE GROUP rg_sysbench VCPU = 1-8 IO_PRIORITY = MEDIUM;

SET GLOBAL resource_group_enable_query_class = 1;

修改 my.cnf 文件，添加：

[mysqld]
resource_group_sysbench.vcpu = 1-8
resource_group_sysbench.io_priority = MEDIUM

重启 MySQL 服务。

现在，通过查询标签的方式运行 Sysbench：

sysbench --db-driver=mysql --mysql-host=127.0.0.1 --mysql-user=root --mysql-password=your_password --mysql-db=testdb  --query-range=1 --time=60 --threads=16  --tables=4 --table-size=10000  --extra-params="--comments='resource_group_sysbench'" oltp_read_write run

再次记录 transactions 和 queries 的数量。比较两个运行结果，应该能看到 Resource Groups 带来的性能提升。请注意，这个例子只是一个简化的演示，实际的性能提升取决于具体的负载和配置。必须根据实际的用例进行调整，才能获得最佳性能。

七、与其他资源管理工具的比较

Resource Groups不是MySQL中唯一的资源管理工具。其他工具，如Linux cgroups，也可以用于资源管理。下面我们将Resource Groups与其他一些资源管理工具进行比较。

工具	优点	缺点	适用场景
Resource Groups	内置于MySQL，配置简单，可以根据连接属性和查询标签进行资源分配	只能管理MySQL线程的资源，无法管理其他进程的资源	适用于需要对MySQL内部负载进行精细化管理的场景
Linux cgroups	可以管理所有进程的资源，功能强大，可以实现更复杂的资源管理策略	配置复杂，需要对Linux操作系统有深入的了解	适用于需要对整个系统的资源进行管理的场景
Kubernetes	可以实现容器化部署和自动化管理，可以方便地扩展和缩减资源，可以实现高可用性	配置复杂，需要对Kubernetes有深入的了解	适用于需要对整个应用进行容器化部署和管理的场景

八、结论和最佳实践

Resource Groups是MySQL 8.0中一项强大的特性，可以帮助我们更好地管理和调度资源，提高混合负载下的性能。通过合理配置CPU亲和性和I/O优先级，可以实现资源隔离和优先级控制，避免不同负载之间的相互干扰。

最佳实践：

了解负载类型： 首先需要了解数据库服务器上运行的负载类型，例如OLTP、OLAP、报表等。
合理分配资源： 根据负载类型合理分配CPU核心和I/O优先级。对于需要快速响应的负载，分配较高的CPU核心和I/O优先级。对于可以容忍较低优先级的负载，分配较低的CPU核心和I/O优先级。
监控性能： 监控数据库服务器的性能，例如CPU利用率、I/O利用率、响应时间等。根据性能数据调整资源组的配置。
避免资源过度分配： 避免将过多的资源分配给某个资源组，导致其他资源组资源不足。
测试和验证： 在生产环境中使用Resource Groups之前，需要在测试环境进行充分的测试和验证。
结合其他工具： Resource Groups可以与其他资源管理工具结合使用，例如Linux cgroups和Kubernetes，实现更全面的资源管理。

希望今天的讲解能帮助大家更好地理解和使用MySQL 8.0的Resource Groups特性。谢谢大家！

CPU与I/O的协同，应对混合负载的利器

Resource Groups通过CPU亲和性和I/O优先级，实现了对MySQL线程的精细化资源控制，从而优化混合负载下的调度。

配置和监控是关键，确保资源分配合理有效

Resource Groups的有效利用需要合理的配置和持续的性能监控，以便根据实际负载调整资源分配，避免资源瓶颈。

与其他工具结合，构建更完善的资源管理体系

Resource Groups可以与其他资源管理工具协同工作，形成更完善的资源管理体系，提升整体性能和稳定性。

MySQL 8.0 Resource Groups：CPU亲和性与I/O优先级在混合负载下的调度效能深度解析

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