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0. 参考

TPC-C 基准测试程序在 OLTP 系统中的应用与实现
percona tpcc

1. 概要

TPC(事务处理性能委员会：Transaction Processing Performance Council)，是由数 10 家会员公司创建的非盈利组织，总部设在美国。TPC 的主要成员是计算机软硬件厂家，其主要成员包括 IBM，HP，Oracle，Microsoft 等。TPC 的功能是制定商务应用标准程序（Benchmark）的标准规范，性能和价格度量，并管理测试结果的发布。TPC 不给出基准测试程序的代码，而只给出基准程序的标准规范。任何厂家或其它测试者都可以根据规范，最优的构造自己的系统。TPC 已经推出的基准程序包括：TPC-A，TPC-B，TPC-C，TPC-D，TPC-E，TPC-W。其中

• TPC-C 是在线事务处理（OLTP）的基准程序。
• TPC-D 是决策支持的基准程序。
• TPC-E 是大型企业的信息服务的基准程序。

本文主要向读者介绍 TPC-C 标准的设计模型，实现及其应用。本文中要测试的 OLTP 系统是 MySQL。

2. TPC-C 介绍

TPC-C 是一种衡量 OLTP 系统性能和可伸缩性的基准测试项目。它由一系列的 OLTP 工作流组成，包括查询，更新及队列式小批量事务在内的广泛数据库功能。它模拟了一个典型的 OLTP 应用环境中的活动，这些活动由一系列复杂的事务组成。TPC-C 工作流应该具备以下特性：

• 适当复杂的 OLTP 事务
• 在线和延迟事务执行模型
• 多用户
• 适当的系统和应用执行时间
• 大量的磁盘输入和输出
• 事务完整性（ACID）
• 随机的数据访问
• 数据库由各种大小，属性和关系的表组成。

2.1. TPC-C 商业模型（E-R 模型）

TPC-C 模拟了一个比较有代表意义的 OLTP 应用环境：在线订单处理系统。假设有一个大型商品批发商，拥有 N 个位于不同区域的仓库，每个仓库负责为 10 个销售点供货，每个销售点有 3000 个客户，每个客户平均一个订单有 10 项产品。由于一个仓库中不可能 存储公司所有的货物，有一些请求必须发往其它仓库，因此，数据库在逻辑上是 分布的。N 是一个可变参数，测试者可以随意改变 N，以获得最佳测试效果。

2.2. TPC-C 输入数据流

TPC-C 系统需要处理的交易有以下五种：

1. New-Order： 客户输入一笔新的订货交易
2. Payment：更新客户账户余额以反应其支付状况
3. Delivery：发货（批处理交易）
4. Order-Status：查询客户最近交易的状态
5. Stock-Level：查询仓库库存状况，以便能够及时补货。

各个类型的交易在系统中所占的比例：

1. New-Order： 45%
2. Payment：43%
3. Delivery：4%
4. Order-Status：4%
5. Stock-Level：4%

对于前四种类型的交易，要求响应时间在 5 秒以内；对于库存状况的查询交易，要求响应时间在 20 秒以内。

这五种交易作用在图 1 所示的九张表上，事务操作类型包括更新，插入，删除和取消操作。

2.2 TPC-C 输出指标

TPC-C 的测试结果主要有两个指标：

流量指标（tpmC）：描述了系统在执行 Payment，Order-Status，Delivery，Stock-level 这四种交易的同时，每分钟可以处理的 New-Order 交易的数量。流量指标值越大越好。

tpm 是 transactions per minute 的简称；C 指 TPC 中的 C 基准程序。它的定义是每分钟内系统处理的新订单个数。要注意的是，在处理新订单的同时，系统还要按图 1 的要求处理其 它 4 类事务 请求。从图 1 可以看出，新订单请求不可能超出全部事务请求的 45％，因此，当一个 系统的性能为 1000tpmC 时，它每分钟实际处理的请求数是 2000 多个。

性价比（Price/tpmC）：测试系统价格与流量指标的比值。性价比越小越好。

2.3. TPC-C 实现

TPC-C 作为 OLTP 系统的测试标准程序，有很多商用的或者免费的软件都实现了这个标准。下面我们介绍几种比较有名的实现软件。

HammerOra：一款负载测试工具，目前支持 Oracle，MySQL 和 Web 应用。基于 Tcl 语言，内嵌了 TPC-C 和 TPC-H 两套标准测试脚本。Hammerora 的设计原理（以 Oracle 为例）是解析 Oracle 的 Trace 文件，并把它们转化为 Oratcl 程序, 然后在 Oracle 数据库中用多个用户并发的对用户 的事务进行“回放”。我们知道,Oracle 的 Trace 文件能够翔实的记录用户对数据库的操作。这样 Hammerora 能够保证对用户环境的真实模拟。

Orabm：Oracle 服务器的 CPU 和内存性能测试工具。是 Geoff Ingram 构建的一个程序包，包含了一套 SQL 脚本和几个命令行程序。Orabm 装载程序（Orabmload）构建了一组遵从 TPC-C 标准的数据用以测试。Orabm 事务以 TPC-C 中的 Stock-Level 和 Order-Status 事务为基础。它的运行机制简单描述如下，Orabm 通过在每个用户指定的并发数据库会话 (session) 中运行用户执行数量的数据库事务来进行工作。事务通过 ORABM 模式下的 ORABM_SERVERSIDE_STRESS 存储过程运行。对每个并发会话来说，ORABM_SERVERSIDE_STRESS 运行在 orabm 命令行下指定的事务数，并返回该会话在采样间隔完成时的 TPS 值。要确保所有并发会话都是在采样间隔期间处理事务，TPS 值仅包括事务的中间的 80%，也即初始的 10%和最后的 10%将忽略掉。

Benchmark Factory™ for Databases 是专门针对数据库做性能测试和容量规划的工具，支持的数据库包括 Oracle，DB2，SQL Server，MySQL 等主流数据库。它可以模拟出数千个用户访问应用系统中的数据库，文件，Internet 及消息服务器。无论是服务器，还是服务器集群，Benchmark Factory 是一种成熟，可靠，高扩展性和易于使用的测试工具。支持的性能测试标准包括 TPC-C，TPC-B，TPC-D，TPC-H 等。Benchmark Factory 工作原理是 Benchmark Factory 控制台通过对模拟的若干个 Agent 场景控制，对目标数据库进行事物操作，记录操作过程目标数据库数据。Benchmark Factory 控制台再记录的数据进行加工，生成运行结果报告，方便地确定系统容量，找出系统瓶颈，隔离出用户的分布式计算环境中与系统强度有关的问题。其架构如图 2 所示：

读者也可以根据 TPC-C 规范中的模型，以及输入，输出工作流设计自己的 TPC-C 测试系统，在github上也可以找到许多开源的实现：

• Percona-Lab tpcc-mysql、sysbench-tpcc：由percona开发出来的针对mysql的基于tpcc规范的测试工具，用来压力测试。可参考MySQL测试工具之-tpcc、tpcc-mysql 压力测试

• akopytov sysbench：功能强大的sysbench工具，可用于postgresql的测试（参考PostgreSQL 11 tpcc 测试(103万tpmC on ECS) – use sysbench-tpcc by Percona-Lab）

• benchmarksql：5.0去除了mysql的支持，pingcap在5.0的基础上增加了对mysql和tidb的支持。使用可见benchmarksql 5.0 支持对MySQL的TPC-C测试、TPC-C 测试说明
  、BenchmarkSQL介绍

这里有一个使用akopytov sysbench和tpcc-mysql的例子MySQL基准测试小脚本：基于sysbench和tpcc-mysql

3. NewSql的tpcc测试

使用percona的sysbench-tpcc测试CRDB和TiDB可以参考下NewSQL数据库压力测试工具系列——TPCC的做法。

使用percona sysbench测试CRDB可以参考cockroachdb 压力测试初试

除此以外，CRDB和TiDB都有自己的TPCC改造版本。

3.1. TiDB的TPCC

TiDB是在Benchmark 5.0的基础上进行了改造，适配了TiDB和Mysql。结果报告见TiDB TPC-C 性能对比测试报告 – v3.0 对比 v2.1，测试方法见如何对 TiDB 进行 TPC-C 测试

TiDB还有benchmark的测试，使用的是akopytov sysbench，测试方法见如何用 Sysbench 测试 TiDB

3.2. CRDB的TPCC

CRDB没有用公认的数据库业界实现了 TPC-C 标准的工具来测试，而是使用了自家实现的一套 TPC-C 工具来测试的。其规范程度没有得到认可，在其官方发布的白皮书中，也提到这套 TPC-C 不能与 TPC-C 标准进行比较。
使用Benchmarksql 5.0进行测试可以参考如何用 Benchmarksql 测试 CockroachDB 性能