バージョン: 3.2

Data Cache

このトピックでは、Data Cache の動作原理と、外部データのクエリパフォーマンスを向上させるために Data Cache を有効にする方法について説明します。

データレイク分析において、StarRocks は OLAP エンジンとして、HDFS や Amazon S3 などの外部ストレージシステムに保存されたデータファイルをスキャンします。スキャンするファイル数が増えると、I/O オーバーヘッドも増加します。さらに、一部のアドホックなシナリオでは、同じデータへの頻繁なアクセスが I/O オーバーヘッドを倍増させます。

これらのシナリオでクエリパフォーマンスを最適化するために、StarRocks 2.5 は Data Cache 機能を提供します。この機能は、外部ストレージシステム内のデータを事前定義されたポリシーに基づいて複数のブロックに分割し、StarRocks のバックエンド (BEs) にデータをキャッシュします。これにより、各アクセスリクエストごとに外部システムからデータを取得する必要がなくなり、ホットデータのクエリと分析が高速化されます。Data Cache は、外部カタログや外部テーブル (JDBC 互換データベースの外部テーブルを除く) を使用して外部ストレージシステムからデータをクエリする場合にのみ機能します。StarRocks の内部テーブルをクエリする場合には機能しません。

動作原理

StarRocks は、外部ストレージシステム内のデータを同じサイズの複数のブロックに分割し、BEs にデータをキャッシュします。ブロックはデータキャッシュの最小単位であり、設定可能です。

例えば、ブロックサイズを 1 MB に設定し、Amazon S3 から 128 MB の Parquet ファイルをクエリしたい場合、StarRocks はファイルを 128 個のブロックに分割します。ブロックは [0, 1 MB), [1 MB, 2 MB), [2 MB, 3 MB) ... [127 MB, 128 MB) となります。StarRocks は各ブロックにグローバルに一意の ID を割り当て、これをキャッシュキーと呼びます。キャッシュキーは次の3つの部分で構成されます。

hash(filename) + fileModificationTime + blockId

以下の表は、各部分の説明を提供します。

Component item	Description
filename	データファイルの名前。
fileModificationTime	データファイルの最終変更時間。
blockId	データファイルを分割する際に StarRocks がブロックに割り当てる ID。同じデータファイル内では一意ですが、StarRocks クラスター内では一意ではありません。

クエリが [1 MB, 2 MB) ブロックにヒットした場合、StarRocks は次の操作を行います。

ブロックがキャッシュに存在するかどうかを確認します。
ブロックが存在する場合、StarRocks はキャッシュからブロックを読み取ります。ブロックが存在しない場合、StarRocks は Amazon S3 からブロックを読み取り、BE にキャッシュします。

Data Cache が有効になると、StarRocks は外部ストレージシステムから読み取ったデータブロックをキャッシュします。このようなデータブロックをキャッシュしたくない場合は、次のコマンドを実行します。

SET enable_populate_datacache = false;

enable_populate_datacache についての詳細は、 System variables を参照してください。

ブロックのストレージメディア

StarRocks は、BE マシンのメモリとディスクを使用してブロックをキャッシュします。メモリのみ、またはメモリとディスクの両方でキャッシュをサポートします。

ディスクをストレージメディアとして使用する場合、キャッシュ速度はディスクのパフォーマンスに直接影響されます。したがって、データキャッシュには NVMe ディスクなどの高性能ディスクを使用することをお勧めします。高性能ディスクがない場合は、ディスク I/O の負荷を軽減するためにディスクを追加することができます。

キャッシュ置換ポリシー

StarRocks は、 least recently used (LRU) ポリシーを使用してデータをキャッシュおよび破棄します。

StarRocks は最初にメモリからデータを読み取ります。メモリにデータが見つからない場合、StarRocks はディスクからデータを読み取り、ディスクから読み取ったデータをメモリにロードしようとします。
メモリから破棄されたデータはディスクに書き込まれます。ディスクから破棄されたデータは削除されます。

Data Cache の有効化

Data Cache はデフォルトで無効になっています。この機能を有効にするには、StarRocks クラスター内の FEs と BEs を設定します。

FEs の設定

次の方法のいずれかを使用して、FEs に対して Data Cache を有効にできます。

要件に基づいて特定のセッションに対して Data Cache を有効にします。
```
SET enable_scan_datacache = true;
```
すべてのアクティブなセッションに対して Data Cache を有効にします。
```
SET GLOBAL enable_scan_datacache = true;
```

BEs の設定

各 BE の conf/be.conf ファイルに次のパラメータを追加します。その後、各 BE を再起動して設定を有効にします。

Parameter	Description	Default value
datacache_enable	Data Cache を有効にするかどうか。 `true`: Data Cache が有効です。 `false`: Data Cache が無効です。	false
datacache_disk_path	ディスクのパス。複数のディスクを設定でき、ディスクパスをセミコロン (;) で区切ります。設定したパスの数は、BE マシンのディスクの数と同じであることをお勧めします。BE が起動すると、StarRocks は自動的にディスクキャッシュディレクトリを作成します (親ディレクトリが存在しない場合は作成に失敗します)。	`${STARROCKS_HOME}/datacache`
datacache_meta_path	ブロックメタデータのストレージパス。このパラメータは指定しなくてもかまいません。	`${STARROCKS_HOME}/datacache`
datacache_mem_size	メモリにキャッシュできるデータの最大量。パーセンテージ (例: `10%`) または物理的な制限 (例: `10G`, `21474836480`) として設定できます。このパラメータの値を少なくとも 10 GB に設定することをお勧めします。	`10%`
datacache_disk_size	単一のディスクにキャッシュできるデータの最大量。パーセンテージ (例: `80%`) または物理的な制限 (例: `2T`, `500G`) として設定できます。例えば、`datacache_disk_path` パラメータに対して 2 つのディスクパスを設定し、`datacache_disk_size` パラメータの値を `21474836480` (20 GB) に設定した場合、これらの 2 つのディスクに最大 40 GB のデータをキャッシュできます。	`0`, これはメモリのみを使用してデータをキャッシュすることを示します。

これらのパラメータを設定する例。

# Data Cache を有効にします。
datacache_enable = true  

# ディスクパスを設定します。BE マシンに 2 つのディスクが装備されていると仮定します。
datacache_disk_path = /home/disk1/sr/dla_cache_data/;/home/disk2/sr/dla_cache_data/ 

# datacache_mem_size を 2 GB に設定します。
datacache_mem_size = 2147483648

# datacache_disk_size を 1.2 TB に設定します。
datacache_disk_size = 1288490188800

クエリがデータキャッシュにヒットしたかどうかを確認する

クエリがデータキャッシュにヒットしたかどうかを確認するには、クエリプロファイルの次のメトリクスを分析します。

DataCacheReadBytes: StarRocks がメモリとディスクから直接読み取るデータの量。
DataCacheWriteBytes: 外部ストレージシステムから StarRocks のメモリとディスクにロードされるデータの量。
BytesRead: 読み取られるデータの総量。StarRocks が外部ストレージシステム、メモリ、およびディスクから読み取るデータを含みます。

例 1: この例では、StarRocks は外部ストレージシステムから大量のデータ (7.65 GB) を読み取り、メモリとディスクからは少量のデータ (518.73 MB) を読み取ります。これは、データキャッシュにヒットしたデータが少ないことを意味します。

 - Table: lineorder
 - DataCacheReadBytes: 518.73 MB
   - __MAX_OF_DataCacheReadBytes: 4.73 MB
   - __MIN_OF_DataCacheReadBytes: 16.00 KB
 - DataCacheReadCounter: 684
   - __MAX_OF_DataCacheReadCounter: 4
   - __MIN_OF_DataCacheReadCounter: 0
 - DataCacheReadTimer: 737.357us
 - DataCacheWriteBytes: 7.65 GB
   - __MAX_OF_DataCacheWriteBytes: 64.39 MB
   - __MIN_OF_DataCacheWriteBytes: 0.00 
 - DataCacheWriteCounter: 7.887K (7887)
   - __MAX_OF_DataCacheWriteCounter: 65
   - __MIN_OF_DataCacheWriteCounter: 0
 - DataCacheWriteTimer: 23.467ms
   - __MAX_OF_DataCacheWriteTimer: 62.280ms
   - __MIN_OF_DataCacheWriteTimer: 0ns
 - BufferUnplugCount: 15
   - __MAX_OF_BufferUnplugCount: 2
   - __MIN_OF_BufferUnplugCount: 0
 - BytesRead: 7.65 GB
   - __MAX_OF_BytesRead: 64.39 MB
   - __MIN_OF_BytesRead: 0.00

例 2: この例では、StarRocks はデータキャッシュから大量のデータ (46.08 GB) を読み取り、外部ストレージシステムからはデータを読み取りません。これは、StarRocks がデータキャッシュからのみデータを読み取っていることを意味します。

Table: lineitem
- DataCacheReadBytes: 46.08 GB
 - __MAX_OF_DataCacheReadBytes: 194.99 MB
 - __MIN_OF_DataCacheReadBytes: 81.25 MB
- DataCacheReadCounter: 72.237K (72237)
 - __MAX_OF_DataCacheReadCounter: 299
 - __MIN_OF_DataCacheReadCounter: 118
- DataCacheReadTimer: 856.481ms
 - __MAX_OF_DataCacheReadTimer: 1s547ms
 - __MIN_OF_DataCacheReadTimer: 261.824ms
- DataCacheWriteBytes: 0.00 
- DataCacheWriteCounter: 0
- DataCacheWriteTimer: 0ns
- BufferUnplugCount: 1.231K (1231)
 - __MAX_OF_BufferUnplugCount: 81
 - __MIN_OF_BufferUnplugCount: 35
- BytesRead: 46.08 GB
 - __MAX_OF_BytesRead: 194.99 MB
 - __MIN_OF_BytesRead: 81.25 MB

データキャッシュのポピュレート

StarRocks は、同期または非同期モードでデータキャッシュをポピュレートすることをサポートしています。

同期キャッシュポピュレーション (デフォルト)

同期ポピュレーションモードでは、現在のクエリによって読み取られたすべてのリモートデータがローカルにキャッシュされます。同期ポピュレーションは効率的ですが、データ読み取り中に発生するため、初期クエリのパフォーマンスに影響を与える可能性があります。

非同期キャッシュポピュレーション (v3.2.7 以降)

非同期ポピュレーションモードでは、システムは読み取りパフォーマンスへの影響を最小限に抑えるために、バックグラウンドでアクセスされたデータをキャッシュしようとします。非同期ポピュレーションは、初期読み取り時のキャッシュポピュレーションのパフォーマンスへの影響を軽減できますが、ポピュレーションの効率は同期ポピュレーションよりも低くなります。通常、単一のクエリでは、アクセスされたすべてのデータをキャッシュすることは保証されません。アクセスされたすべてのデータをキャッシュするには、複数回の試行が必要な場合があります。

デフォルトでは、システムは同期キャッシュポピュレーションを使用します。非同期キャッシュポピュレーションを有効にするには、セッション変数 enable_datacache_async_populate_mode を設定します。

単一のセッションに対して非同期キャッシュポピュレーションを有効にします。
```
SET enable_datacache_async_populate_mode = true;
```
すべてのセッションに対してグローバルに非同期キャッシュポピュレーションを有効にします。
```
SET GLOBAL enable_datacache_async_populate_mode = true;
```

動作原理​

ブロックのストレージメディア​

キャッシュ置換ポリシー​

Data Cache の有効化​

FEs の設定​

BEs の設定​

クエリがデータキャッシュにヒットしたかどうかを確認する​

データキャッシュのポピュレート​

同期キャッシュポピュレーション (デフォルト)​

非同期キャッシュポピュレーション (v3.2.7 以降)​