这两年做了一个嵌入式 KV 存储引擎,叫 Mace https://github.com/abbycin/mace,分享一下。
它是什么
嵌入式、事务性 KV 数据库,设计上想同时拿到 B+ Tree 读延迟可预测和 LSM Tree 写吞吐高的优点。主要特性:
- Bw-Tree 风格的有序索引 + MVCC snapshot isolation
- append-only WAL + 异步 checkpoint
- 大 value 分离( blob 文件)
- bucket 粒度管理,懒加载
- merge operator 支持
- 可选 zstd 压缩
- CRC 校验保证数据完整性
目前状态
还非常年轻,功能应该大差不差了,但还有很多细节需要打磨(比如:空间满了或许应该转为只读而不是打日志然后崩溃,诸如此类的细节)。不过好消息是,存储格式和公开 API 基本稳定,crash recovery 经过测试
为什么要做这个
两年多前看过内核和用户态文件系统的实现,就想着自己也写一个练练手,于是用 Rust 写了一个 junkfs ,其中 kv 存储负责元数据管理( super block, inode ,dentry 什么的),当时有一个关注点是:rename 这类操作应该是原子的,所以元数据管理要有事务才行,挑选了一圈没发现合适的。机缘巧合,同一时间在知乎上看到 leanstore 和 photondb ,发现这两个源码也不是很多,于是读了代码和相关的 paper 、书籍,虽然这两个都不适合 junkfs ,但思想有了,就感觉我上我也行,于是就有了 mace
和同类的对比
在选型的时候有看过 sled 和 rocksdb 的 Rust 绑定,前者很久不更新了,后者没能把它跑起来(非常的重),但后续来看 mace 其实一直在向 rocksdb 看齐,以至于一直没有和其他 kv 存储对比过,下面是和 rocksb 对比的结果的一小部分( relaxed durability ,snapshot reads ,16B key / 128B value ,1M keys ):
| 工作负载 | Mace ops/s | RocksDB ops/s | 倍数 |
|---|---|---|---|
| W1 ( 95%读 5%写,8 线程) | 2,941,301 | 1,100,399 | 2.67x |
| W2 ( 95%读 5%写 zipf ,8 线程) | 4,156,555 | 1,442,814 | 2.88x |
| W3 ( 50%读 50%写,8 线程) | 1,306,037 | 662,721 | 1.97x |
| W4 ( 5%读 95%写,8 线程) | 707,002 | 473,584 | 1.49x |
| W6 ( 100% scan ,8 线程) | 460,125 | 284,069 | 1.62x |
诚实的讲:在读多写少和 scan 场景下表现相对好一些,写密集场景优势缩小。 benchmark 工具和完整结果:
后续如何演化
目前规划的特性就剩下:自定义 comparator 。但这个不急(因为没有人催)。因此后续主要放在稳定性和细节的打磨上,以及一些遗留问题的解决