Titan 配置

本文档介绍如何通过 Titan 配置项来开启、关闭 Titan、数据迁移原理、相关参数以及 Level Merge 功能。

开启 Titan

Titan 对 RocksDB 兼容,也就是说,使用 RocksDB 存储引擎的现有 TiKV 实例可以直接开启 Titan。

开启 Titan 的方法如下。

  • 方法一:如果使用 TiUP 部署的集群,开启的方法是执行 tiup cluster edit-config ${cluster-name} 命令,再编辑 TiKV 的配置文件。编辑 TiKV 配置文件示例如下:

    tikv: rocksdb.titan.enabled: true

    重新加载配置,同时也会在线滚动重启 TiKV:

    tiup cluster reload ${cluster-name} -R tikv

    具体命令,可参考通过 TiUP 修改配置参数

  • 方法二:直接编辑 TiKV 配置文件开启 Titan(不建议在生产环境中使用)。

    [rocksdb.titan] enabled = true
  • 方法三:编辑 TiDB Operator 的 ${cluster_name}/tidb-cluster.yaml 配置文件,编辑示例如下:

    spec: tikv: ## Base image of the component baseImage: pingcap/tikv ## tikv-server configuration ## Ref: https://docs.pingcap.com/zh/tidb/stable/tikv-configuration-file config: | log-level = "info" [rocksdb] [rocksdb.titan] enabled = true

    应用配置时,触发在线滚动重启 TiDB 集群让配置生效:

    kubectl apply -f ${cluster_name} -n ${namespace}

    更多信息请参考在 Kubernetes 中配置 TiDB 集群

数据迁移

开启 Titan 以后,原有的数据并不会马上迁移到 Titan 引擎,而是随着前台写入和 RocksDB Compaction 的进行,逐步进行 key-value 分离并写入 Titan。同样的,无论是通过 BR 快照或日志恢复的数据或扩缩容过程中产生的数据搬迁,还是通过 TiDB Lightning 物理导入模式导入的数据,都会首先写入 RocksDB。然后,随着 RocksDB Compaction 的进行,超过 min-blob-size 默认值 32KB 的大 value 会逐步分离到 Titan 中。你可以通过观察 TiKV Details > Titan kv > blob file size 监控面板中文件的大小来确认存储在 Titan 中的数据大小。

为了更快地将数据转移到 Titan,建议使用 tikv-ctl 工具执行一次全量 Compaction,以提高迁移速度。具体操作步骤请参考手动 compact。由于 RocksDB 具备 Block Cache,并且在将数据从 RocksDB 迁移到 Titan 时,数据访问是连续的,这使得在迁移过程中 Block Cache 能够更有效地提升迁移速度。在我们的测试中,通过 tikv-ctl 在单个 TiKV 节点上执行全量 Compaction,仅需 1 小时就能将 670 GiB 的数据迁移到 Titan。

需要注意的是,由于 Titan Blob 文件中的 Value 并非连续的,而且 Titan 的缓存是基于 Value 级别的,因此 Blob Cache 无法在 Compaction 过程中提供帮助。相较于从 RocksDB 转向 Titan 的速度,从 Titan 转回 RocksDB 的速度则会慢一个数量级。在测试中,通过 tikv-ctl 将 TiKV 节点上的 800 GiB Titan 数据进行全量 Compaction 转为 RocksDB,需要花费 12 个小时。

常用配置参数

通过合理配置 Titan 参数,可以有效提升数据库性能和资源利用率。本节介绍了一些常见的参数。

min-blob-size

你可以通过设置 min-blob-size 来调整 value 的大小阈值,决定哪些数据保存在 RocksDB 中,哪些数据保存在 Titan 的 blob file 中。32KB 是个折中的值,它能确保 Titan 的性能相对 RocksDB 没有回退。但在很多场景中,该值并不是最佳值。建议参考 min-blob-size 对性能的影响来选择合适的值。如果你想进一步提升写性能,并能接受扫描性能的下降,你可以将该值最低调整为 1KB

blob-file-compressionzstd-dict-size

可以使用 blob-file-compression 参数指定 Titan 中 value 所使用的压缩算法,也可以配置 zstd-dict-size 启用 zstd 字典压缩来提高压缩率。

blob-cache-size

可以使用 blob-cache-size 控制 Titan 中 value 的缓存大小。更大的缓存能提高 Titan 读性能,但过大的缓存会造成 OOM。

建议在数据库稳定运行后,根据监控把 RocksDB block cache (storage.block-cache.capacity) 设置为 store size 减去 blob file size 的大小,blob-cache-size 设置为内存大小 * 50% 减去 block cache 的大小。这是为了保证 block cache 足够缓存整个 RocksDB 的前提下,blob cache 尽量大。

discardable-ratiomax-background-gc

discardable-ratiomax-background-gc 的设置对于 Titan 的读性能和垃圾回收过程都有重要影响。

当一个 blob file 中无用数据(相应的 key 已经被更新或删除)比例超过 discardable-ratio 设置的阈值时,将会触发 Titan GC。减少这个阈值可以减少空间放大,但是会造成 Titan 更频繁 GC;增加这个值可以减少 Titan GC,减少相应的 I/O 带宽和 CPU 消耗,但是会增加磁盘空间占用。

若果你通过TiKV Details - Thread CPU - RocksDB CPU 监控中观察到 Titan GC 线程长期处于满负荷状态时,应该考虑调整 max-background-gc 增加 Titan GC 线程池大小。

rate-bytes-per-sec

通过调整 rate-bytes-per-sec,你可以限制 RocksDB compaction 的 I/O 速率,从而在高流量时减少对前台读写性能的影响。

shared-blob-cache(从 v8.0.0 版本开始引入)

你可以通过 shared-blob-cache 控制是否启用 Titan Blob 文件和 RocksDB Block 文件的共享缓存,默认值为 true。当开启共享缓存时,Block 文件具有更高的优先级,TiKV 将优先满足 Block 文件的缓存需求,然后将剩余的缓存用于 Blob 文件。

Titan 配置文件示例

下面是一个 Titan 配置文件的样例,更多的参数说明,请参考 TiKV 配置文件描述。你可以使用 TiUP 修改配置参数,也可以通过在 Kubernetes 中配置 TiDB 集群修改配置参数。

[rocksdb] rate-bytes-per-sec = 0 [rocksdb.titan] enabled = true max-background-gc = 1 [rocksdb.defaultcf.titan] min-blob-size = "32KB" blob-file-compression = "zstd" zstd-dict-size = "16KB" discardable-ratio = 0.5 blob-run-mode = "normal" level-merge = false

关闭 Titan

通过设置 rocksdb.defaultcf.titan.blob-run-mode 参数可以关闭 Titan。blob-run-mode 可以设置为以下几个值之一:

  • 当设置为 normal 时,Titan 处于正常读写的状态。
  • 当设置为 read-only 时,新写入的 value 不论大小均会写入 RocksDB。
  • 当设置为 fallback 时,新写入的 value 不论大小均会写入 RocksDB,并且当 RocksDB 进行 compaction 时,会自动把所碰到的存储在 Titan blob file 中的 value 移回 RocksDB。

如果现有数据和未来数据均不再需要 Titan,可执行以下步骤完全关闭 Titan。一般情况下,只需要执行以下步骤 1 和步骤 3、步骤 4 即可。步骤 2 虽然可以加快数据迁移速度,但会严重影响用户 SQL 的性能。事实上,即使跳过步骤 2,由于在 Compaction 过程中会将数据从 Titan 迁移到 RocksDB,会占用额外的 I/O 和 CPU 资源,因此仍然可以观察到一定的性能损失,在资源紧张的情况下吞吐可以下降 50% 以上。

  1. 更新需要关闭 Titan 的 TiKV 节点的配置。你可以通过以下两种方式之一更新 TiKV 配置:

    • 执行 tiup cluster edit-config,编辑配置文件,再执行 tiup cluster reload -R tikv

    • 手动修改 TiKV 配置文件,然后重启 TiKV。

      [rocksdb.defaultcf.titan] blob-run-mode = "fallback" discardable-ratio = 1.0
  2. (可选)使用 tikv-ctl 执行全量数据整理 (Compaction)。这一步骤将消耗大量 I/O 和 CPU 资源。

    tikv-ctl --pd <PD_ADDR> compact-cluster --bottommost force
  3. 等待数据整理结束,通过 TiKV-Details/Titan - kv 监控面板确认 Blob file count 指标降为 0。

  4. 更新 TiKV 节点的配置,关闭 Titan。

    [rocksdb.titan] enabled = false

Level Merge(实验功能)

TiKV 4.0 中 Titan 提供新的算法提升范围查询性能并降低 Titan GC 对前台写入性能的影响。这个新的算法称为 Level Merge。Level Merge 可以通过以下选项开启:

[rocksdb.defaultcf.titan] level-merge = true

开启 Level Merge 的好处如下:

  • 大幅提升 Titan 的范围查询性能。
  • 减少了 Titan GC 对前台写入性能的影响,提升写入性能。
  • 减少 Titan 空间放大,减少磁盘空间占用(默认配置下的比较)。

相应地,Level Merge 的写放大会比 Titan 稍高,但依然低于原生的 RocksDB。

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