缓存数据库底座哪家强？高级黑科技带你翱翔

随着技术的发展，缓存技术的大规模使用是现代互联网架构区别于传统IT技术最大的地方。通过合理利用缓存技术与缓存数据库，可以帮助企业有效提升系统的性能、可用性与扩展性，助力企业提供更加敏捷创新与稳定安全的服务。

事_ + %实上，缓存技术与缓存数据库的应用无所不在，与我们的生活息息相关。从金融、医疗到互联网业务，小到我们日常生活中经常使用的各种购物网站、订餐系统、购票系统、视频/直播类app、行程码/健康码系统等等，可以说都与缓存技术密切相关。然而，企业在应用缓存技术与缓存数据库的过程中，通常会以传统x86服务器集X Z l g m T U – 2群为底座，却常会面临以下三L h U F大挑战：

1. 随着缓存技术与缓= T = . { v b ; h存数据库的广泛应用，集群i – [ b X ]中x86服务器的内存和其他硬件故障概率也在增加
2. 服务器内存损坏故障发生时，恢复流程复杂，恢复时间冗长
3. 随着x86 服务器数量不断增长，架构越来越复杂，管理难度不断增加

那么，在传统的 x86 服务器集群架构之外，是否有X Y [ U s其他更好的平台架8 y ; ^构可以解决上述的三大挑战呢？答案q L G f ; E ~是肯定的。实际上，越来越7 g ,多的客户已经开始通过具备更高整合效率、更高主频、更大缓存、以及更佳内存可靠性的底层架构来支撑缓存数据库，打造高性能、高可用、易管理的缓存数据库底座，让业务插上黑科技的翅膀，腾飞翱翔。

主流的缓存数据库( W + . . ) \有哪些？

缓存是一种通$ t B U用的设计模式：这种模式一般利用增加存储空间的方式，实现低速部件与} v y D m V 2 a H高速部件之间的解g V M ) / # / ? #耦。也就是说，实现了解耦的地方就有存在缓存的可能，既然解耦是计算机系统架构设计中最常用的手段，那么缓存就必将在IT系统和架构中无处不在，如CPU内部缓存，客户端浏览器缓存，Web服] : R V Q U \ s务器缓存，应用程序缓存，数据库缓存等。

在各种N 2 \ [ (普遍使用的缓; O o 1 ) i n v \存技术中，基于内存数据库的NoSQL分布式缓存技术在目前的缓存数据库领域得到了广泛的应用。其中最为典型的就是Memcached和Redis这两种? m . f高性能分布式内存缓存数据库，一般用来Z K _ $ ( 2缓存访问的热点数据，减轻物理数据库压力和负载。

Memcached是一个开源、高性V e q o } Z w能、将数据分布于内存中并使用key-val` t ,ue存储结构的缓存系统。它通过在内存中缓存数据来减少向数据m * 4 4库的频繁访问连接的次数，可以提高动态、数据库驱动之类网站的运行速度。

Memcached基于内存的key-value存储，用来存储小块的任意数据（字符C { + 5 @ : ^ X _串、对象）。这些数据可以w 6 i U是数据库调用、API调用或者是页面渲染的结果。一般的使用目的是，通过缓存数据库查询结果，减少数据库访问次数，以提高动态Web应用的速度、提高可扩展性。

和Memcached不同的是，Redis支持存储的value类型相对更多，包括string(字符串)、list(链表)、set(集合)和zse{ # u |t(有序集合)。这些数据类型都支e v v r持pusf * Fh/pop、add/remove及取交集并集和差集及更丰富的操作，而且这T { } * # . H些操作都是原子性的。

在此基础上，& ( 1 7 yRedis支持各种不同方式的排序。与Memcached一样，为了保证效率，数据都是缓存在内存中。区别的是Redis会周期性的使用RDB快照的方式，把更新的数据写入磁盘或者使用类似MySQL的AC E f /OF日志方式把修n o M改操作写入追加的记录文件，并且在此基础上实现了master-slave(主从)同步。Redis支持将数据同步到多台从数据库上，这种特性对提高读取性能l u B = X非常有益。

实际案例：缓存数据库1 _ @ D底层架构深度分析

通常情况下，客户大部分的分9 % * w Q –布式缓存系统都基于x86服务器打造，也取得了性能等方面的明显改进，但同时也存在一些问题H g G，比如x86节点的稳定性问题，网络传输时延导致的数据一致性问题，x86节点过多导致的管理问题等。

不管是Memcached还是Redis，都需要一个性能更高，更稳定的硬件平台来支撑。通过对Linh Y G h , iuxONE平台的特性研究可以发D 6 L L / Y ~现，在特定场景下，LinuxONE平台特有的高主频，高密度和+ D V i $ E $ V s高可靠性可以解决很多在x86架构上构t n b建分布式缓存集群过程中遇到的这些问题。

以q ~ . ; e m某客户的Memcached集群方案为例，@ U H b客户在R S F [ p Cx86平台上的某应用解决方案如下图所示：

其中，4套Memcached，每套10台机器 10T内存，定期D = ` ` t Y V做Dump（大约8T），9 R ; p x D A用于恢复。

客户5 s h t J U遇到的问题如下：

1. 约10Tl h }的缓存数据库，R F P 0 @ * 1 Yx86服务器集群平均每月会出现内存故障一次

2. 恢复流程麻烦：如果单台服务器内存损坏故障，同中心3.5小时恢复，他中心5小时恢复

3. 整个硬件环境复杂，管理复杂度高

对应地，IBM LinuxONE部署方案如下图所示：

每台LinuxONE的部署方式如下：

通过对比测试发现，在实现同样性能的前提下，LinuxONE平台具y M S备如下优势：* C – n 4 d 4 ?

1. 整合效率：一台LinuxONE整合一个数据中心的关键x86服务器和高端Unix服务器，使用两台即可实现原先需要几十台x86+ 高端Unix服务器的集群搭建，极大地降低了系统复杂度及维护难度；
2. 高性能：LinuxONE的高主频（5.U f O2GHz）大缓存（超过11GB）可确保单个节点的高处理能力和性能；
3. LinuxONE平台内存特有的RAIM高可用技^ p w L _ ( B \术可以避免内存故障导致的内存库恢复，极大地提升系统可用性；
4. LinuxONE独有的内存通讯技术可以大幅度提. = o ? $ [ A R j升网络带宽，降低通讯时延，提升集群数据一致性；
5. LinuxONE平台高达99.9999%的可用性可以确保系统可用性，同时降低维护复杂度。

注：

LinuxONE 内存高可用技术RAIM全称为RedunH F 9 h #dant Array of IndependenQ % { y C / ~ Qt Memory，与RAID冗余磁盘阵列设计原理相同，每个CPU芯片上的内存控制器（MCU）控制5根内存DIMM2 \ c，其中1根作为校验数据，可避免单a j = u E一内存条发生故p 8 j障导致整个系统无法运作。

RAIM内存高可用技术示意图

不仅是MemQ W ( ` r n g + Xcached，LinuxONE平台在Redis这样的X $ b t缓存数据库的r 0 P应用场景中同样具备这些优势。可以说LinuxONE和缓存数据库的结合，是缓存数据库追求最高可用性和一致性的黄金组合。其“以一敌百”的数据中心整合效率和众多黑科技带来的优_ 5 \ ` $ d势，让LinuxONE成, 8 4 ]为缓存数据库的最佳底S _ C + 0 & o 5座，帮助企业提供更加敏捷创新/ U / ! k z 9与稳定安全的高性能服务。

LinuxONE黑科技详解

Lic . , ) t q d n pnuxONE是Io x . B / X ) n +BM推出的以传统“零宕机”硬件为基础的企业级开放Linu= k G 0 q jx服务器。在硬件层面，提供了非常强大的底层支撑平台，从而在“相同的简单易用”基础之上，可以带给客户“与众不同的能力和体验”。

LinuxONE的强大能力，可以用”3高6黑”简单概括，3高是指LinuxO| g \ / = oNE超越任何其它平台的3种超高能力，即“高性能、高可靠和高密度”。

高9 S ] ; A性能是因为LinuxONE配置了所有商用服务器里最高的5.2GHz主频的B 1 G { \ Q p C处理器M Y 5以及总量超过11GB的4级大缓存，再加上高F ; A I i \达192个的IO插槽从而为客户提供最为强大的计算和IO处理的能力。

在高可靠方面，LinuxONE提供了N+1的全冗余体系架构，这里面涵盖了CPU，内存，IO、电源、风扇、控制台等等，从而使得LinuxONE单机就可达到6个9的可靠性。而内存数据库对于内存的可靠性要求尤为重要^ 5 # 3 + q = i 7，LinuxONE作b 2 6 – S K A Y [为业内唯一实现内存全冗余架构的硬件平台，通过RAIM技术实现了内存芯片及内存条间的双重高可用，从而保证无论是内u T # O I存芯片故障或者内存条故障，均不会影响内存数据库的稳定运行。

在高密度方I k ~面，LinuxONE除了具备强大的纵向扩展能力，横向方面单机可支持85个逻辑分区，超过8000个的虚机，以及2百万个容器，从而可以用以一顶百的方式实现高密度的集约化部署。

而“3高6黑”里的6黑是指LinuxONE所配备的6种黑科技，这更多的是针对企业级计算里面涉及# K * g到的很多非常集中的需e c = X % Q ^求，比如数据的压缩排序和加解密的需求，以及虚拟化环境各种应用负S j 6 _ # B E L载或虚拟服务器之间的通讯，隔离，时钟同步的需求。

LinuxONE在硬件层面做了很多针对性的优化，从\ : m P c H n g K而使得这些高频需求的处理效率或者安全性可以得到大幅的提升。比如LinuxONE的芯片压缩支持高达260GB/s的超大规模吞吐能力，可以帮助客户节M E r G 4 $省大量存储空间，节省网络带宽，缩短数据传输时间等等。

时钟同步方面，我们可以确保同一设备内的所有分区和虚机的精准同步z { \ k i E – _ 5，以及在跨多台设备的集群同步方面达到微秒级的精度，这对于分布式内存_ c C , o数据库集群会有很大的作用~ n J u，因为分布式内存数据库对于节点间的时间同步往往有着苛刻的要求。

LinuxONE的第六大黑科技是基于内存的通信技4 y d x F *术SMC-D/SMC-R。在分布式架构中，节点和节点之间会有大量的数据交互，节点越多，负载越高，大量数据的交互带来的网络开销、CPU开销越明显，甚至有可能还会影响网络的可靠性和应用的效率。LinuxONE基于内存高速通信技术是基于n a . Q(R)DMA标准协议，对应用透明，提供更N _ . O * I / J V快的通信，与使用普通网卡相比，( i & s e O + | [流工作负载的吞吐量提高20倍，CPU消耗减少85％以上，响应时间缩短95％；交互式工作负载的吞吐量最多提高` L \ G x16倍，与网络相关的CPU消耗最多降低40％，响应时间最多缩短94％。

LinuxONE是业内| 2 F唯一全冗余智能容错架构服务器，单机就能实现硬件层面的全冗余，LinuxONE平均硬件Q ` D f ( E 5无宕机时间超过40年，是业内最稳定的服务| I ) % l z m器，足以承载数据库计算节点的可用性需求。LinuxONE具备商用服t w ? K ? 4务器最` o q s @ ` 8高等级EAL5+的安全技术认证，确保LPAR的隔离性E [ y和安全性。节点间通过SMC-D高速内存虚拟网s z T C i 3 b络进行数据交互，+ Y 5 3 P l低延时，高吞吐，更稳定。

保障关键业务高枕无忧，; N :进一步了解>>Q ) G c 2 L t $ X>LinuL . M H _ mxONE和更多客户案例

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