TiDB实践—索引加速+分布式执行框架创建索引提升70+倍

作者： 数据源的TiDB学习之路 原文来源： https://tidb.net/blog/92d348c2

背景介绍

TiDB 采用在线异步变更的方式执行 DDL 语句，从而实现 DDL 语句的执行不会阻塞其他会话中的 DML 语句。按照是否需要操作 DDL 目标对象所包括的数据来划分，DDL 语句可以划分为 逻辑 DDL 语句 和 **物理 DDL 语句。**逻辑 DDL 语句通常只修改数据库对象的元数据，不对变更对象存储的数据进行处理，例如变更表名或变更列名。物理 DDL 语句不但会修改变更对象的元数据，同时也修改变更对象所存储的用户数据，例如，为表创建索引，不仅需要变更表的定义，同时也需要做一次全表扫描以构建新增加的索引。

在 TiDB 中，物理 DDL 被称为 Reorg DDL（Reorg 即 Reorganization）。目前物理 DDL 只包含 ADD INDEX 以及有损列类型变更（例如从 INT 转成 CHAR 类型）这两种类型。物理 DDL 的特点是执行时间较长，且执行时间与表的数据量、机器配置以及业务负载有关。

为了优化 TiDB 中物理 DDL 性能，TiDB v6.3.0 支持开启 添加索引加速 功能，提升了创建索引回填过程的速度。从 v7.1.0 开始，TiDB 又引入了 分布式执行框架 ，以进一步发挥分布式架构的资源优势。该框架的目标是对基于该框架的任务进行统一调度与分布式执行，并提供整体和单个任务两个维度的资源管理能力，更好地满足用户对于资源使用的预期。

基于以上信息，使用创建索引为例，在测试环境中验证 TiDB 索引加速及分布式执行框架对物理 DDL 的性能提升情况，供读者参考。

先上结论

  1. 基于 10 亿 表创建索引，采用普通 Online DDL 方式，耗时约 12 小时 21 分钟

  2. 基于 10 亿 表创建索引，采用 Fast DDL 方式，耗时约 30 分钟，比普通 DDL 提升约 24 倍

  3. 基于 10 亿 表创建索引，采用 Fast DDL + 分布式框架

    1. 在 3 个 TiDB Server 时，耗时约 10 分钟，是 Fast DDL 性能的 3 倍，是普通 DDL 的 72 倍
    2. 在 2 个 TiDB Server 时，耗时约 14~15 分钟，是 Fast DDL 性能的 2 倍，是普通 DDL 的 48 倍
    3. 证明采用分布式框架性能基本随着 TiDB Server 个数增长呈准线性增长
创建索引方式 参数设置 平均耗时
普通 Online DDL SET GLOBAL tidb_ddl_enable_fast_reorg = OFF； 12小时21分钟
Fast DDL SET GLOBAL tidb_ddl_enable_fast_reorg = ON； SET GLOBAL tidb_enable_dist_task = OFF; 30 分钟
Fast DDL + 分布式框架 SET GLOBAL tidb_ddl_enable_fast_reorg = ON； SET GLOBAL tidb_enable_dist_task = ON; 10 分钟

参数说明

tidb_ddl_enable_fast_reorg 从 v6.3.0 版本开始引入

  • 作用域：GLOBAL
  • 是否持久化到集群：是
  • 是否受 Hint SET_VAR 控制：否
  • 类型：布尔型
  • 默认值： ON
  • 这个变量用来控制是否开启添加索引加速功能，来提升创建索引回填过程的速度。开启该变量对于数据量较大的表有一定的性能提升。
  • TiDB v7.1.0 引入了快速加索引功能的检查点机制，即使 TiDB owner 因故障重启或者切换，也能够通过自动定期保存的检查点恢复部分进度。
  • 要验证已经完成的 ADD INDEX 操作是否使用了添加索引加速功能，可以执行 ADMIN SHOW DDL JOBS 语句查看 JOB_TYPE 一列中是否含有 ingest 字样。

tidb_enable_dist_task 从 v7.1.0 版本开始引入

  • 作用域：GLOBAL
  • 是否持久化到集群：是
  • 是否受 Hint SET_VAR 控制：否
  • 默认值： ON
  • 这个变量用于控制是否开启 TiDB 分布式执行框架 。开启分布式执行框架后，DDL 和 Import 等将会由集群中多个 TiDB 节点共同完成。
  • 从 TiDB v7.1.0 开始，支持分布式执行分区表的 ADD INDEX 。
  • 从 TiDB v7.2.0 开始，支持分布式导入任务 IMPORT INTO 。
  • 从 TiDB v8.1.0 开始，该变量默认开启。如果要从低版本的集群升级到 v8.1.0 或更高版本，且该集群已开启分布式执行框架，为了避免升级期间 ADD INDEX 操作可能导致数据索引不一致的问题，请在升级前关闭分布式执行框架（即将 tidb_enable_dist_task 设置为 OFF ），升级后再手动开启。
  • 该变量由 tidb_ddl_distribute_reorg 改名而来。

tidb_service_scope 从 v7.4.0 版本开始引入

  • 作用域：GLOBAL
  • 是否持久化到集群：否
  • 是否受 Hint SET_VAR 控制：否
  • 类型：字符串
  • 默认值：""
  • 可选值："" 或 background
  • 该变量是一个实例级别的变量，用于控制 TiDB 分布式执行框架 下各 TiDB 节点的服务范围。当设置 TiDB 节点的 tidb_service_scope 为 background 时，分布式执行框架将调度该节点执行任务（如 ADD INDEX 和 IMPORT INTO ）。

环境准备

  • 节点配置（3节点 ARM 机器）
IP 配置 磁盘 基础平台
10.x.x.1 64C 128G 2.5 T ARM
10.x.x.2 64C 128G 2.5 T ARM
10.x.x.3 64C 128G 2.5 T ARM
  • 集群信息（V 7.5.1 版本，混合部署） 
[tidb@host-10-x-x-1 ~]$ tiup cluster display tidb-free
tiup is checking updates for component cluster ...
Starting component `cluster`: /home/tidb/.tiup/components/cluster/v1.14.1/tiup-cluster display tidb-free
Cluster type:       tidb
Cluster name:       tidb-free
Cluster version:    v7.5.1
Deploy user:        tidb
SSH type:           builtin
Dashboard URL:      http://10.x.x.2:2379/dashboard
Grafana URL:        http://10.x.x.1:3000
ID                 Role          Host         Ports        OS/Arch        Status  Data Dir                            Deploy Dir
--                 ----          ----         -----        -------        ------  --------                            ----------
10.x.x.1:9093   alertmanager  10.x.x.1  9093/9094    linux/aarch64  Up      /data1/tidb-data/alertmanager-9093  /data1/tidb-deploy/alertmanager-9093
10.x.x.1:3000   grafana       10.x.x.1  3000         linux/aarch64  Up      -                                   /data1/tidb-deploy/grafana-3000
10.x.x.1:2379   pd            10.x.x.1  2379/2380    linux/aarch64  Up|L    /data1/tidb-data/pd-2379            /data1/tidb-deploy/pd-2379
10.x.x.2:2379   pd            10.x.x.2  2379/2380    linux/aarch64  Up|UI   /data1/tidb-data/pd-2379            /data1/tidb-deploy/pd-2379
10.x.x.3:2379   pd            10.x.x.3  2379/2380    linux/aarch64  Up      /data1/tidb-data/pd-2379            /data1/tidb-deploy/pd-2379
10.x.x.1:9095   prometheus    10.x.x.1  9095/12020   linux/aarch64  Up      /data1/tidb-data/prometheus-9095    /data1/tidb-deploy/prometheus-9095
10.x.x.1:4000   tidb          10.x.x.1  4000/10080   linux/aarch64  Up      -                                   /data1/tidb-deploy/tidb-4000
10.x.x.2:4000   tidb          10.x.x.2  4000/10080   linux/aarch64  Up      -                                   /data1/tidb-deploy/tidb-4000
10.x.x.3:4000   tidb          10.x.x.3  4000/10080   linux/aarch64  Up      -                                   /data1/tidb-deploy/tidb-4000
10.x.x.1:20160  tikv          10.x.x.1  20160/20180  linux/aarch64  Up      /data1/tidb-data/tikv-20160         /data1/tidb-deploy/tikv-20160
10.x.x.2:20160  tikv          10.x.x.2  20160/20180  linux/aarch64  Up      /data1/tidb-data/tikv-20160         /data1/tidb-deploy/tikv-20160
10.x.x.3:20160  tikv          10.x.x.3  20160/20180  linux/aarch64  Up      /data1/tidb-data/tikv-20160         /data1/tidb-deploy/tikv-20160mysql> select version();
+--------------------+
| version()          |
+--------------------+
| 8.0.11-TiDB-v7.5.1 |
+--------------------+
1 row in set (0.00 sec)
  • 参数配置 
tiup cluster show-config tidb-test·····server_configs:tidb:temp-dir: /data1/tidb-free-temptikv:storage.block-cache.capacity: 10240MiB·····
  • 数据准备 
wget https://github.com/akopytov/sysbench/archive/refs/tags/1.0.20.tar.gz
tar -zxvf 1.0.20.tar.gz
cd sysbench-1.0.20
./autogen.sh
./configure
make && make install[root@vm172-16-201-99 /home/tidb/zcy/sysbench-1.0.20]# sysbench --version
sysbench 1.0.20vi config
mysql-host=172.16.201.159
mysql-port=4099
mysql-user=root
mysql-password=zcy@root
mysql-db=sbtest
time=600
threads=16
report-interval=10
db-driver=mysqlsysbench --config-file=config oltp_point_select --tables=1 --table-size=1000000000 prepare

测试过程 

mysql> show create table sbtest1;
+---------+------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| Table   | Create Table                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   |
+---------+------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
| sbtest1 | CREATE TABLE `sbtest1` (`id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,`k` int(11) NOT NULL DEFAULT '0',`c` char(120) NOT NULL DEFAULT '',`pad` char(60) NOT NULL DEFAULT '',PRIMARY KEY (`id`) /*T![clustered_index] CLUSTERED */,
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_bin AUTO_INCREMENT=45086776 |
+---------+------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------+
1 row in set (0.02 sec)mysql> select count(*) from sbtest1;
+------------+
| count(*)   |
+------------+
| 1000000000 |
+------------+
1 row in set (1 min 30.40 sec)

测试1: Online DDL 

SET GLOBAL tidb_ddl_enable_fast_reorg = OFF；
create index k_1 on sbtest1(k);
  • 测试输出： 
mysql> admin show ddl jobs;
+--------+---------+-------------------------+---------------------+--------------+-----------+----------+------------+---------------------+---------------------+---------------------+--------+
| JOB_ID | DB_NAME | TABLE_NAME              | JOB_TYPE            | SCHEMA_STATE | SCHEMA_ID | TABLE_ID | ROW_COUNT  | CREATE_TIME         | START_TIME          | END_TIME            | STATE  |
+--------+---------+-------------------------+---------------------+--------------+-----------+----------+------------+---------------------+---------------------+---------------------+--------+
|    106 | sbtest  | sbtest1                 | add index /* txn */ | public       |       102 |      104 | 1000000000 | 2024-07-16 09:40:36 | 2024-07-16 09:40:36 | 2024-07-16 22:01:38 | synced |
+--------+---------+-------------------------+---------------------+--------------+-----------+----------+------------+---------------------+---------------------+---------------------+--------+
10 rows in set (0.01 sec)
  • 执行耗时：44463 秒 = 12 小时 21 分钟 3 秒
  • 资源截图：

测试2: Fast Online DDL 

SET GLOBAL tidb_ddl_enable_fast_reorg = ON；
SET GLOBAL tidb_enable_dist_task = OFF; 
create index k_1 on sbtest1(k);
  • 测试输出： 
mysql> admin show ddl jobs;
+--------+---------+---------------------+---------------------------+--------------+-----------+----------+------------+---------------------+---------------------+---------------------+---------------+
| JOB_ID | DB_NAME | TABLE_NAME          | JOB_TYPE                  | SCHEMA_STATE | SCHEMA_ID | TABLE_ID | ROW_COUNT  | CREATE_TIME         | START_TIME          | END_TIME            | STATE         |
+--------+---------+---------------------+---------------------------+--------------+-----------+----------+------------+---------------------+---------------------+---------------------+---------------+
|    112 | sbtest  | sbtest1             | add index /* ingest */    | public       |       102 |      104 | 1000000000 | 2024-07-16 23:37:42 | 2024-07-16 23:37:42 | 2024-07-17 00:07:52 | synced        |
+--------+---------+---------------------+---------------------------+--------------+-----------+----------+------------+---------------------+---------------------+---------------------+---------------+
10 rows in set (0.01 sec)
  • 执行耗时：1812 秒 = 30 分钟 12 秒
  • 资源截图：

测试3: 分布式执行框架 Fast Online DDL

使用 3 个 TiDB Server 测试 

SET GLOBAL tidb_ddl_enable_fast_reorg = ON；
SET GLOBAL tidb_enable_dist_task = ON;--以下可选
TiDB-server-1: SET GLOBAL tidb_service_scope = 'background'；
TiDB-server-2: SET GLOBAL tidb_service_scope = 'background'；
TiDB-server-3: SET GLOBAL tidb_service_scope = 'background'；
等同于
SET GLOBAL tidb_service_scope = ''；create index k_1 on sbtest1(k);
  • 测试输出： 
mysql> admin show ddl jobs;
+--------+---------+------------+---------------------------+--------------+-----------+----------+------------+---------------------+---------------------+---------------------+---------------+
| JOB_ID | DB_NAME | TABLE_NAME | JOB_TYPE                  | SCHEMA_STATE | SCHEMA_ID | TABLE_ID | ROW_COUNT  | CREATE_TIME         | START_TIME          | END_TIME            | STATE         |
+--------+---------+------------+---------------------------+--------------+-----------+----------+------------+---------------------+---------------------+---------------------+---------------+
|    118 | sbtest  | sbtest1    | add index /* ingest */    | public       |       102 |      104 |  671304000 | 2024-07-17 09:55:09 | 2024-07-17 09:55:09 | 2024-07-17 10:05:25 | synced        |
+--------+---------+------------+---------------------------+--------------+-----------+----------+------------+---------------------+---------------------+---------------------+---------------+
  • 执行耗时：
次数 耗时
第1次 654 秒
第2次 618 秒
第3次 591 秒
第4次 606 秒
第5次 634 秒
平均值 620 秒
  • 资源截图：

使用 2 个 TiDB Server 测试 

SET GLOBAL tidb_ddl_enable_fast_reorg = ON；
SET GLOBAL tidb_enable_dist_task = ON;TiDB-server-2: SET GLOBAL tidb_service_scope = 'background'；
TiDB-server-3: SET GLOBAL tidb_service_scope = 'background'；create index k_1 on sbtest1(k);
  • 测试输出： 
mysql> admin show ddl jobs;
+--------+---------+------------+------------------------+--------------+-----------+----------+-----------+---------------------+---------------------+---------------------+--------+
| JOB_ID | DB_NAME | TABLE_NAME | JOB_TYPE               | SCHEMA_STATE | SCHEMA_ID | TABLE_ID | ROW_COUNT | CREATE_TIME         | START_TIME          | END_TIME            | STATE  |
+--------+---------+------------+------------------------+--------------+-----------+----------+-----------+---------------------+---------------------+---------------------+--------+
|    126 | sbtest  | sbtest1    | add index /* ingest */ | public       |       102 |      104 | 868990050 | 2024-07-17 14:16:18 | 2024-07-17 14:16:18 | 2024-07-17 14:30:20 | synced |
  • 执行耗时：
次数 耗时
第一次 843 秒
第二次 879 秒
第三次 876 秒
第四次 816 秒
第五次 903 秒
平均值 863 秒
  • 资源截图：

参考链接

TiDB DDL 执行原理及最佳实践： https://docs.pingcap.com/zh/tidb/stable/ddl-introduction

TiDB 分布式执行框架： https://docs.pingcap.com/zh/tidb/stable/tidb-distributed-execution-framework

问题记录

  1. 使用分布式执行框架创建索引后台JOB中 ROW_COUNT 最终结果不正确 
mysql> admin show ddl jobs;
+--------+---------+------------+---------------------------+--------------+-----------+----------+------------+---------------------+---------------------+---------------------+---------------+
| JOB_ID | DB_NAME | TABLE_NAME | JOB_TYPE                  | SCHEMA_STATE | SCHEMA_ID | TABLE_ID | ROW_COUNT  | CREATE_TIME         | START_TIME          | END_TIME            | STATE         |
+--------+---------+------------+---------------------------+--------------+-----------+----------+------------+---------------------+---------------------+---------------------+---------------+
|    118 | sbtest  | sbtest1    | add index /* ingest */    | public       |       102 |      104 |  671304000 | 2024-07-17 09:55:09 | 2024-07-17 09:55:09 | 2024-07-17 10:05:25 | synced        |

分析：

表记录数为 10 亿，索引创建成功后 JOB 对应的 ROW_COUNT 值不正确，产研确认是 BUG，8.0 版本已修复

手工对比表和索引数据，确认一致 

mysql> select (bit_xor(concat(id, k))) from sbtest1;
+--------------------------+
| (bit_xor(concat(id, k))) |
+--------------------------+
|     14493758885395096677 |
+--------------------------+
1 row in set, 1 warning (1 min 31.97 sec)mysql> select (bit_xor(concat(id, k))) from sbtest1 use index(primary);
+--------------------------+
| (bit_xor(concat(id, k))) |
+--------------------------+
|     14493758885395096677 |
+--------------------------+
1 row in set, 1 warning (2 min 17.95 sec)
  1. 打开 fast ddl 开关创建索引后台JOB查看仍然走普通 ddl 模式

分析：

  1. 初次分析是因为 temp-dir 定义的目录不存在
  2. 手工创建后仍然走普通 ddl 模式，重启 TiDB Server 后正常

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文章目录 基于Nginx搭建RTMP流媒体服务器安装Nginx-RTMPNginx 配置文件 视频无法保存 基于Nginx搭建RTMP流媒体服务器 安装Nginx-RTMP 要实现RTMP流媒体服务器需要安装Nginx-RTMP模块 已有Nginx安装Nginx-RTMP模块 sudo apt update sudo apt install libnginx-mod-rtmp可能会…
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pnpm build打包时占内溢出

pnpm build打包时占内溢出

这两天在打包H5网页的时候失败，总是提示下方错误 FATAL ERROR: Ineffective mark-compacts near heap limit Allocation failed - JavaScript heap out of memory 严重错误：堆限制附近标记压缩无效分配失败 - JavaScript 堆内存不足 尝试了多种方法&…
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XXE：XML外部实体引入

XXE：XML外部实体引入

XXE漏洞 如果服务器没有对客户端的xml数据进行限制，且版本较低的情况下，就可能会产生xxe漏洞 漏洞利用流程 1.客户端发送xml文件，其中dtd存在恶意的外部实体引用 2.服务器进行解析 3.服务器返回实体引用内容 危害：任意文件读…
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JavaScript之WebAPIs-BOM

JavaScript之WebAPIs-BOM

目录 BOM操作浏览器一、Window对象1.1 BOM（浏览器对象模型）1.2 定时器-延时函数1.3 js执行机制1.4 location对象1.5 navigator对象1.6 history对象 二、本地存储三、补充数组中的map方法数组中的join方法数组中的forEach方法(重点)数组中的filter方法(重…
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2024可信数据库发展大会：TDengine CEO 陶建辉谈“做难而正确的事情”

2024可信数据库发展大会：TDengine CEO 陶建辉谈“做难而正确的事情”

在当前数字经济快速发展的背景下，可信数据库技术日益成为各行业信息化建设的关键支撑点。金融、电信、能源和政务等领域对数据处理和管理的需求不断增加，推动了数据库技术的创新与进步。与此同时，人工智能与数据库的深度融合、搜索与分析型数…
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Elasticsearch基础（五）：使用Kibana Discover探索数据

Elasticsearch基础（五）：使用Kibana Discover探索数据

文章目录 使用Kibana Discover探索数据 一、添加样例数据 二、数据筛选 三、保存搜索 使用Kibana Discover探索数据 一、添加样例数据 登录Kibana。在Kibana主页的通过添加集成开始使用区域，单击试用样例数据。 在更多添加数据的方式页面下方，单击…
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sublime中无法找到Package Control或Install Package

sublime中无法找到Package Control或Install Package

在Crtl Shift P 中无法查找到Package Control或Install Package或调用产生报错。 可以尝试在 首选项 ---- > 设置中 检查配置文件"ignored_packages":紧跟的中括号中是否为空，如果不为空请删除其中内容。 如果不确定内容，可以用下面的…
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【Python】使用库 -- 详解

【Python】使用库 -- 详解

库就是别人已经写好了的代码，可以让我们直接拿来用。 一个编程语言能不能流行起来，一方面取决于语法是否简单方便容易学习，一方面取决于生态是否完备。所谓的 “生态” 指的就是语言是否有足够丰富的库，来应对各种各样的场景。在…
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TCP与UDP的理解

TCP与UDP的理解

文章目录 UDP协议UDP协议的特点UDP的应用以及杂项 TCP协议TCP协议段格式解释和TCP过程详解确认应答机制 -- 序号和确认序号以及6位标志位中的ACK超时重传机制连接管理机制 与标志位SYN,FIN,ACK滑动窗口与16位窗口大小流量控制拥塞控制延迟应答捎带应答和面向字节流粘包问题TCP异…
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Docker核心技术：容器技术要解决哪些问题

Docker核心技术：容器技术要解决哪些问题

云原生学习路线导航页（持续更新中） 本文是 Docker核心技术 系列文章：容器技术要解决哪些问题，其他文章快捷链接如下： 应用架构演进容器技术要解决哪些问题（本文）Docker的基本使用Docker是如何实…
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