缓存与持久化

缓存

TDengine采用时间驱动缓存管理策略（First-In-First-Out，FIFO），又称为写驱动的缓存管理机制。这种策略有别于读驱动的数据缓存模式（Least-Recent-Used，LRU），直接将最近写入的数据保存在系统的缓存中。当缓存达到临界值的时候，将最早的数据批量写入磁盘。一般意义上来说，对于物联网数据的使用，用户最为关心的是刚产生的数据，即当前状态。TDengine充分利用这一特性，将最近到达的（当前状态）数据保存在缓存中。

TDengine通过查询函数向用户提供毫秒级的数据获取能力。直接将最近到达的数据保存在缓存中，可以更加快速地响应用户针对最近一条或一批数据的查询分析，整体上提供更快的数据库查询响应能力。从这个意义上来说，可通过设置合适的配置参数将TDengine作为数据缓存来使用，而不需要再部署Redis或其他额外的缓存系统，可有效地简化系统架构，降低运维的成本。需要注意的是，TDengine重启以后系统的缓存将被清空，之前缓存的数据均会被批量写入磁盘，缓存的数据将不会像专门的Key-value缓存系统再将之前缓存的数据重新加载到缓存中。

每个vnode有自己独立的内存，而且由多个固定大小的内存块组成，不同vnode之间完全隔离。数据写入时，类似于日志的写法，数据被顺序追加写入内存，但每个vnode维护有自己的skip list，便于迅速查找。当三分之一以上的内存块写满时，启动落盘操作，而且后续写的操作在新的内存块进行。这样，一个vnode里有三分之一内存块是保留有最近的数据的，以达到缓存、快速查找的目的。一个vnode的内存块的个数由配置参数blocks决定，内存块的大小由配置参数cache决定。

持久化存储

TDengine采用数据驱动的方式让缓存中的数据写入硬盘进行持久化存储。当vnode中缓存的数据达到一定规模时，为了不阻塞后续数据的写入，TDengine也会拉起落盘线程将缓存的数据写入持久化存储。TDengine在数据落盘时会打开新的数据库日志文件，在落盘成功后则会删除老的数据库日志文件，避免日志文件无限制的增长。

为充分利用时序数据特点，TDengine将一个vnode保存在持久化存储的数据切分成多个文件，每个文件只保存固定天数的数据，这个天数由系统配置参数days决定。切分成多个文件后，给定查询的起止日期，无需任何索引，就可以立即定位需要打开哪些数据文件，大大加快读取速度。

对于采集的数据，一般有保留时长，这个时长由系统配置参数keep决定。超过这个设置天数的数据文件，将被系统自动删除，释放存储空间。

给定days与keep两个参数，一个vnode总的数据文件数为：keep/days。总的数据文件个数不宜过大，也不宜过小。10到100以内合适。基于这个原则，可以设置合理的days。 目前的版本，参数keep可以修改，但对于参数days，一但设置后，不可修改。

在每个数据文件里，一张表的数据是一块一块存储的。一张表可以有一到多个数据文件块。在一个文件块里，数据是列式存储的，占用的是一片连续的存储空间，这样大大提高读取速度。文件块的大小由系统参数maxRows（每块最大记录条数）决定，缺省值为4096。这个值不宜过大，也不宜过小。过大，定位具体时间段的数据的搜索时间会变长，影响读取速度；过小，数据块的索引太大，压缩效率偏低，也影响读取速度。

每个数据文件(.data结尾)都有一个对应的索引文件（.head结尾），该索引文件对每张表都有一数据块的摘要信息，记录了每个数据块在数据文件中的偏移量，数据的起止时间等信息，以帮助系统迅速定位需要查找的数据。每个数据文件还有一对应的last文件(.last结尾)，该文件是为防止落盘时数据块碎片化而设计的。如果一张表落盘的记录条数没有达到系统配置参数minRows（每块最小记录条数），将被先存储到last文件，等下次落盘时，新落盘的记录将与last文件的记录进行合并，再写入数据文件。

数据写入磁盘时，根据系统配置参数comp决定是否压缩数据。TDengine提供了三种压缩选项：无压缩、一阶段压缩和两阶段压缩，分别对应comp值为0、1和2的情况。一阶段压缩根据数据的类型进行了相应的压缩，压缩算法包括delta-delta编码、simple 8B方法、zig-zag编码、LZ4等算法。二阶段压缩在一阶段压缩的基础上又用通用压缩算法进行了压缩，压缩率更高。

多级存储

在默认配置下，TDengine会将所有数据保存在/var/lib/taos目录下，而且每个vnode的数据文件保存在该目录下的不同目录。为扩大存储空间，尽量减少文件读取的瓶颈，提高数据吞吐率 TDengine可通过配置系统参数dataDir让多个挂载的硬盘被系统同时使用。除此之外，TDengine也提供了数据分级存储的功能，即根据数据文件的新老程度存储在不同的存储介质上。比如最新的数据存储在SSD上，超过一周的数据存储在本地硬盘上，超过4周的数据存储在网络存储设备上，这样来降低存储成本，而又保证高效的访问数据。数据在不同存储介质上的移动是由系统自动完成的，对应用是完全透明的。数据的分级存储也是通过系统参数dataDir来配置。

dataDir的配置格式如下：

  1. dataDir data_path [tier_level]

其中data_path为挂载点的文件夹路径，tier_level为介质存储等级。介质存储等级越高，盛放数据文件越老。同一存储等级可挂载多个硬盘，同一存储等级上的数据文件分布在该存储等级的所有硬盘上。TDengine最多支持3级存储，所以tier_level的取值为0、1和2。在配置dataDir时，必须存在且只有一个挂载路径不指定tier_level，称之为特殊挂载盘（路径）。该挂载路径默认为0级存储介质，且包含特殊文件链接，不可被移除，否则会对写入的数据产生毁灭性影响。

假设一物理节点有六个可挂载的硬盘/mnt/disk1、/mnt/disk2、…、/mnt/disk6，其中disk1和disk2需要被指定为0级存储介质，disk3和disk4为1级存储介质， disk5和disk6为2级存储介质。disk1为特殊挂载盘，则可在/etc/taos/taos.cfg中做如下配置：

  1. dataDir /mnt/disk1/taos
  2. dataDir /mnt/disk2/taos 0
  3. dataDir /mnt/disk3/taos 1
  4. dataDir /mnt/disk4/taos 1
  5. dataDir /mnt/disk5/taos 2
  6. dataDir /mnt/disk6/taos 2

挂载的盘也可以是非本地的网络盘，只要系统能访问即可。

注：多级存储功能仅企业版支持