LSM compaction 流程

 阅读约 6 分钟

本来想写一下怎么把compaction和AI结合起来,先转个compaction的简要过程吧。

参考资料:
https://github.com/abbshr/abb...
https://maiyang.me/post/2017-...
http://leonlibraries.github.i...

对于LevelDb来说,写入记录操作很简单,删除记录仅仅写入一个删除标记就算完事了,但是读取记录比较复杂,需要在内存以及各个层级文件中依照新鲜程度依次查找,代价很高。为了加快读取速度,levelDb采取了compaction的方式来对已有的记录进行整理压缩,通过这种方式,来删除掉一些不再有效的KV数据,减小数据规模,减少文件数量等。

 levelDb的compaction机制和过程与Bigtable所讲述的是基本一致的,Bigtable中讲到三种类型的compaction: minor ,major和full。所谓minor Compaction,就是把memtable中的数据导出到SSTable文件中;major compaction就是合并不同层级的SSTable文件,而full compaction就是将所有SSTable进行合并。

 LevelDb包含其中两种,minor和major。

朗格科技将为大家详细叙述其机理。

先来看看minor Compaction的过程。Minor compaction 的目的是当内存中的memtable大小到了一定值时,将内容保存到磁盘文件中,图8.1是其机理示意图。


 从8.1可以看出,当memtable数量到了一定程度会转换为immutable memtable,此时不能往其中写入记录,只能从中读取KV内容。之前介绍过,immutable memtable其实是一个多层级队列SkipList,其中的记录是根据key有序排列的。所以这个minor compaction实现起来也很简单,就是按照immutable memtable中记录由小到大遍历,并依次写入一个level 0 的新建SSTable文件中,写完后建立文件的index 数据,这样就完成了一次minor compaction。从图中也可以看出,对于被删除的记录,在minor compaction过程中并不真正删除这个记录,原因也很简单,这里只知道要删掉key记录,但是这个KV数据在哪里?那需要复杂的查找,所以在minor compaction的时候并不做删除,只是将这个key作为一个记录写入文件中,至于真正的删除操作,在以后更高层级的compaction中会去做。

 当某个level下的SSTable文件数目超过一定设置值后,levelDb会从这个level的SSTable中选择一个文件(level>0),将其和高一层级的level+1的SSTable文件合并,这就是major compaction。

我们知道在大于0的层级中,每个SSTable文件内的Key都是由小到大有序存储的,而且不同文件之间的key范围(文件内最小key和最大key之间)不会有任何重叠。Level 0的SSTable文件有些特殊,尽管每个文件也是根据Key由小到大排列,但是因为level 0的文件是通过minor compaction直接生成的,所以任意两个level 0下的两个sstable文件可能再key范围上有重叠。所以在做major compaction的时候,对于大于level 0的层级,选择其中一个文件就行,但是对于level 0来说,指定某个文件后,本level中很可能有其他SSTable文件的key范围和这个文件有重叠,这种情况下,要找出所有有重叠的文件和level 1的文件进行合并,即level 0在进行文件选择的时候,可能会有多个文件参与major compaction。

levelDb在选定某个level进行compaction后,还要选择是具体哪个文件要进行compaction,levelDb在这里有个小技巧,就是说轮流来,比如这次是文件A进行compaction,那么下次就是在key range上紧挨着文件A的文件B进行compaction,这样每个文件都会有机会轮流和高层的level 文件进行合并。

如果选好了level L的文件A和level L+1层的文件进行合并,那么问题又来了,应该选择level L+1哪些文件进行合并?levelDb选择L+1层中和文件A在key range上有重叠的所有文件来和文件A进行合并。

 也就是说,选定了level L的文件A,之后在level L+1中找到了所有需要合并的文件B,C,D…..等等。剩下的问题就是具体是如何进行major 合并的?就是说给定了一系列文件,每个文件内部是key有序的,如何对这些文件进行合并,使得新生成的文件仍然Key有序,同时抛掉哪些不再有价值的KV数据。

 Major compaction的过程如下:对多个文件采用多路归并排序的方式,依次找出其中最小的Key记录,也就是对多个文件中的所有记录重新进行排序。之后采取一定的标准判断这个Key是否还需要保存,如果判断没有保存价值,那么直接抛掉,如果觉得还需要继续保存,那么就将其写入level L+1层中新生成的一个SSTable文件中。就这样对KV数据一一处理,形成了一系列新的L+1层数据文件,之前的L层文件和L+1层参与compaction 的文件数据此时已经没有意义了,所以全部删除。这样就完成了L层和L+1层文件记录的合并过程。

那么在major compaction过程中,判断一个KV记录是否抛弃的标准是什么呢?其中一个标准是:对于某个key来说,如果在小于L层中存在这个Key,那么这个KV在major compaction过程中可以抛掉。因为我们前面分析过,对于层级低于L的文件中如果存在同一Key的记录,那么说明对于Key来说,有更新鲜的Value存在,那么过去的Value就等于没有意义了,所以可以删除。
阅读 588更新于 2018-11-16
推荐阅读
智能数据库
用户专栏

数据库系统与人工智能/机器学习的深度融合。主要讨论如何把机器学习的方法用在数据库内核以及数据库运维...

4 人关注
18 篇文章
专栏主页
目录