MySQL该使用哪种CPU架构服务器？

1. 摘要

近期，阿里云推出基于 ARM 架构的 RDS MySQL 和 RDS PostgreSQL 实例，现处于邀测阶段，阿里云宣传 ARM 架构的亮点是：在价格下降13%的基础上，平均性能 ARM 架构比 X86 架构提升10%，性价比提升25%。参考

那该选择哪种CPU架构给MySQL实例呢？只有通过测试才能得出结论。在测试不同架构的MySQL之前，先了解下当前CPU的两种架构：X86 和 ARM。也可以直接到第4部分看「测试结果」。

具体的信息可以看：MySQL该使用哪种CPU架构服务器，

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2. X86 vs ARM

CISC（complex instruction set computer，复杂指令集计算机）和 RISC（reduced instruction set computer，精简指令集计算机）是当前CPU的两种架构。它们的区别是不同的CPU设计理念和方法，虽然都是在体系结构、操作运行、软件硬件、编译时间等诸多因素中做出某种平衡，以求达到高效的目的，但因采用的方法不同导致在很多方面差异很大。X86架构采用CISC，而 ARM 采用 RISC。

• 什么是X86架构
  X86 是Intel在1978年推出，是当时最先开发制造的一种微处理器体系的结构。目前的PC架构绝大多数都是Intel的 X86 架构，也是因为该架构造让Intel统治整个CPU产业链长达数十年。
  X86 基于CISC，是一种微处理器指令集架构，每个指令可执行若干操作，以增加处理器本身复杂度作为代价，去换取更高的性能，增加了功耗和设计难度。

• 什么是ARM架构
  ARM 成立于1991年，是全球领先的半导体知识产权提供商（ARM Holdings）。采用将芯片的设计方案授权给其他硬件制造商，该方式使它在全球上有了上百个合作伙伴：高通、华为、联发科、飞思卡尔、TI等。
  相较于 X86 架构处理器，ARM 架构则大幅简化架构，仅保留所需要的指令。虽在最初的PC架构中败给 Intel 主导的 X86 架构，但其低成本、高性能和低功耗的特性，让它在移动市场比 X86 更具优势，如智能手机、平板电脑、嵌入式系统等。

• 二者区别
  X86是服务器市场的主流架构，而 ARM 是目前最普及的移动电子设计方案的架构。几乎所有智能手机以及其他小型移动设备和笔记本电脑都采用的是 ARM 架构。从下面几方便大致了解下它们间的一些差异，关于更多的信息可以查看文章最后部分的参考文档。

  • 性能：
    X86 架构比 ARM 架构的系统在性能方面要强得多。X86 追求的是性能，而ARM 架构的处理器则致力于实现成本与更小尺寸、更低功耗、更长电池使用时间之间的平衡，以能效为目标。

  • 兼容性：
    X86 架构比 ARM 架构的系统在兼容性方面要好得多。X86 由微软及Intel构建的Wintel联盟垄断了个人电脑操作系统近30年，在硬件和软件开发方面已经形成统一的标准。
    ARM 系统几乎都采用Linux操作系统，而且大部分的硬件系统都要单独构建，与其他系统不能兼容，这一点严重制约了 ARM 系统的发展和应用。在2007年Google开发了Android系统，并统一了 ARM 结构的操作系统，以及Apple公司的助力（基于 ARM 的M1、M2），为 ARM 的发展提供了强大的支持和动力。

  • 扩展性：
    X86 架构的电脑采用“桥”的方式与扩展设备（如：硬盘、内存等）进行连接，由于 X86 架构统治了PC机近30年，其配套扩展的设备种类多，所以 X86 架构很容易进行扩展，如增加内存、硬盘等。
    ARM 架构的电脑是通过专用的数据接口使CPU与数据存储设备进行连接，所以 ARM 的存储、内存等不容易扩展。

  • 自由性：
    Intel是一个全封闭式的商业模式，从头到尾控制其整个设计和生产，并直接销售芯片。将其架构、CPU 设计甚至制造完全保持在内部，利用垄断获取更大的利益。
    ARM 是一个开放式的商业模式，自己并不生产处理器，而是将芯片的设计方案授权给其他硬件制造商，制造商可以根据市场需求修改和生产。这也是为什么ARM拥有众多拥护者的主要原因，华为、苹果、三星、英伟达、高通等都是 ARM 的代表。

3. 如何选择

在过去十年到现在，随着生态系统越来越多地支持这两种架构，RISC 和 CISC 之间的界限变得越来越模糊。但在可预见的未来，ARM 仍是智能手机行业等移动领域的首选架构，Intel 在低功耗方面的努力多年来也有所改进，并且Intel 在PC和服务器领域使用的 X84-64 架构在性能方面仍然领先ARM。MySQL 是目前最流行的关系型数据库管理系统，X86-64架构的服务器几乎是其标配。但随着云计算的不断发展，全球主流的云厂商为了降低总体成本和提高整体效率，都相继开始尝试用低功耗、低成本的 ARM 架构来作为数据库服务器。如阿里云在近期推出的基于ARM 架构的 RDS MySQL和 RDS PostgreSQL。

本文将对部署在不同架构服务器上的 MySQL 实例进行测试，来了解下ARM 和X86 架构下的MySQL的性能表现。

4. 测试结果

通过对「读写」、「只读」、「只写」场景下的压测，并取压测结果QPS、TPS的平均值之和来统计，得到结果：

• 读写场景：「X86-RDS」性能和「ARM-RDS」几乎持平，差距不大（2%以内）；「X86-ECS」性能比「ARM-ECS」平均高17%左右。

• 只读场景：「X86-RDS」性能「ARM-RDS」几乎持平，差距不大（3%以内）；「X86-ECS」性能比「ARM-ECS」平均高20%左右。

• 只写场景：「X86-RDS」性能比「ARM-RDS」平均高15%左右（当CPU没有被打满差距不大，当CPU被打满差10% ~ 20%）；「X86-ECS」性能比「ARM-ECS」平均高20%左右。

5. 测试说明

5.1 测试环境

• 异步复制

• 数据超过 innodb_buffer_pool_size

• 高性能模板参数

  sync_binlog                     = 1000
  innodb_flush_log_at_trx_commit  = 2
  innodb_flush_method             = O_DIRECT
  innodb_buffer_pool_size         = 6gb
  innodb_flush_neighbors          = 0
  max_prepared_stmt_count         = 1048575

• 实例规格
  

5.2 测试方法

-- 准备数据
sysbench --db-driver=mysql --mysql-host=XXX --mysql-port=XXX --mysql-user=XXX --mysql-password=XXX --mysql-db=sbtest --table_size=10000000 --tables=10 --events=0 --time=600 --threads={2~128} oltp_read_write prepare

-- 运行workload
# OLTP读写混合
sysbench --db-driver=mysql --mysql-host=XXX --mysql-port=XXX --mysql-user=XXX --mysql-password=XXX --mysql-db=sbtest --table_size=10000000 --tables=10 --events=0 --time=600 --threads={2~128} --percentile=99 --report-interval=20 oltp_read_write run

# OLTP只读场景
sysbench --db-driver=mysql --mysql-host=XXX --mysql-port=XXX --mysql-user=XXX --mysql-password=XXX --mysql-db=sbtest --table_size=10000000 --tables=10 --events=0 --time=600 --threads={2~128} --percentile=99 --skip-trx=1 --report-interval=20 oltp_read_only run

# OLTP只写场景
sysbench --db-driver=mysql --mysql-host=XXX --mysql-port=XXX --mysql-user=XXX --mysql-password=XXX --mysql-db=sbtest --table_size=10000000 --tables=10 --events=0 --time=600 --threads={2~128} --percentile=99 --report-interval=20 oltp_write_only run

-- 清理数据
sysbench --db-driver=mysql --mysql-host=XXX --mysql-port=XXX --mysql-user=XXX --mysql-password=XXX --mysql-db=sbtest --table_size=10000000 --tables=10 --events=0 --time=600   --threads={2~128} --percentile=99  oltp_read_write/oltp_read_only/oltp_write_only cleanup

5.3 测试场景

对读写、只读、只写三个场景，线程数从2到128进行压测说明。

5.3.1 读写场景

QPS：

TPS：

Latency：

5.3.2 只读场景

QPS：

TPS：

Latency：

5.3.3 只写场景

QPS：

TPS：

Latency：

最后，从「测试说明」里得出：

• 在阿里云RDS for MySQL中，基于ARM架构和X86 架构的MySQL实例在「读写」、「只读」场景下，性能接近；在「只写」场景下，基于X86架构比 ARM架构的MySQL实例性能高15%。

• 在自建MySQL实例中，各场景下，本例中X86架构的服务器性能高于ARM架构的服务器20%，具体的性能会随着服务器CPU主频（GHz）不同而有所差异。

6. 总结

所以，最后可以回答标题中的问题了：MySQL该使用哪种CPU架构服务器？

• 如果使用RDS MySQL，在满足性能的前提下（读写差不多或读多写少），从性价比上选择，首选 ARM 架构的实例；要是写的压力比较大（写远高于读），首选X86架构的实例。

• 如果使用自建MySQL，首选X86架构的实例（在CPU主频区别不大的情况下）。

另外，此次性能测试的结果和阿里云宣传的有一些差异。咨询了阿里云的工作人员，给出的答复是：邀测获得免费ARM架构的RDS MySQL实例，其内核及所在的ECS不是最终商业化后的。在商业化后，RDS内核及ECS配置会更新，性能会有进一步提升。

补充，在MySQL On ARM的文章中：自建MySQL实例，在低负载下，ARM和X86架构在读性能上差距不大，在高负载下，X86的性能要优于ARM；在有写的场景下，ARM要差于X86架构。

 

参考文档

[redhat] https://www.redhat.com/en/topics/linux/what-is-arm-processor

[wikipedia] https://en.wikipedia.org/wiki/ARM_architecture_family

[wikipedia] https://en.wikipedia.org/wiki/X86

[androidauthority] Arm vs x86: Instruction sets, architecture, and all key differences explained

其他

https://bbs.elecfans.com/m/jishu_2099774_1_1.html

https://m.elecfans.com/article/678193.html

https://server.zol.com.cn/354/3542316.html

https://www.makeuseof.com/x86-vs-arm-which-architecture-should-pc-use/

https://www.makeuseof.com/tag/cpu-technology-explained/

https://engineering.carsguide.com.au/arm-versus-x86-for-database-server-comparison-review-8911d3c582e9

https://mysqlonarm.github.io/MySQL-on-x86-vs-ARM/