TDengine与OpenTSDB对比测试

摘要:为帮助用户了解TDengine Database的指标,此次测试,从数据库的读、写、查询、压缩比等方面对TDengine和OpenTSDB进行了对比测试。从测试结果上看,TDengine的性能远超OpenTSDB,写入性能约为25倍,读取性能约为32倍,聚合函数性能约为1000倍,按标签分组查询性能约为1000倍,按时间分组查询性能约为40倍,压缩比约为5倍。

测试环境

对比测试的测试程序和数据库服务在同一台4核8GB的Dell台式机上部署,台式机型号为OptiPlex-3050,详细配置如下

OS: Ubuntu 16.04 x64
CPU: Intel(R) Core(TM) i3-7100 CPU @ 3.90GHz
Memory: 8GB
Disk: 1TB HDD

测试数据集及其生成方法

本次测试调研了两类比较热门的测试数据集:

  • 1.纽约出租车运行数据,因该数据中抹去了单台车辆的信息,无法对其进行建模
  • 2.faker生成工具,因其只能生成字符串,并不适合物联网场景下处理的数据。

所以,为了使得测试可轻易重复,自己写了一个生成模拟数据的程序来进行本次测试。


测试数据生成程序模拟若干温湿度计生成的数据,其中温度为整数、湿度为浮点数,同时每个温度计包含设备ID、设备分组、设备名称三个标签。为了尽可能真实地模拟温湿度计的生成数据,没有使用完全随机数,而是针对每个温度计确保生成的数据值呈正态分布。


测试数据的频率为1秒钟,数据集包含10000台设备,每台设备10000条记录。每条数据采集记录包含3个标签字段,2个数据字段,1个时间戳字段。

2.测试数据生成程序源码

采用java程序生成测试数据集,测试程序源代码行数较多,因此您可以到https://github.com/taosdata/tests/tree/master/comparisonTest/dataGenerator 下载,执行如下语句

cd tests/comparisonTest/dataGenerator
javac com/taosdata/generator/DataGenerator.java 

3.测试数据生成程序用法

相关参数如下

  • dataDir 生成的数据文件路径
  • numOfFiles 生成的数据文件数目
  • numOfDevices 测试数据集中的设备数目
  • rowsPerDevice 测试数据集中每台设备包含的记录条数

4.生成测试数据

执行如下命令,会在~/testdata目录下生成100个数据文件,每个文件包含100台设备的测试数据;合计10000台设备,每台设备10000条记录

mkdir ~/testdata
java com/taosdata/generator/DataGenerator -dataDir ~/testdata -numOfDevices 10000 -numOfFiles 100 -rowsPerDevice 10000

TDengine环境准备

TDengine是一个开源的专为物联网、车联网、工业互联网、IT运维等设计和优化的大数据平台。除核心的快10倍以上的时序数据库(Time-Series Database)功能外,还提供缓存、数据订阅、流式计算等功能,最大程度减少研发和运维的工作量。

1.安装部署

  • 下载tdengine-1.6.1.0.tar.gz,地址https://www.taosdata.com/
  • 安装TDengine,解压后运行install.sh进行安装
  • 启动TDengine,运行sudo systemctl start taosd
  • 测试是否安装成功,运行TDengine的shell命令行程序taos,可以看到如下类似信息
Welcome to the TDengine shell, server version:1.6.1.0  client version:1.6.1.0
Copyright (c) 2017 by TAOS Data, Inc. All rights reserved.

taos> 

2.数据建模

TDengine Database为相同结构的设备创建一张超级表(STable),而每个具体的设备则单独创建一张数据表。因此,超级表的数据字段为采集时间、温度、湿度等与时间序列相关的采集数据;标签字段为设备编号、设备分组编号、设备名称等设备本身固定的描述信息。


创建超级表的SQL语句为

create table devices(ts timestamp, temperature int, humidity float) tags(devid int, devname binary(16), devgroup int);

以设备ID作为表名(例如device id为1,则表名为dev1),使用自动建表语句,写入一条记录的语句为

insert into dev1 using devices tags(1,'d1',0) values(1545038786000,1,3.560000);

3.测试程序源码

本文采用TDengine的原生C语言接口,编写数据写入及查询程序,后续的其他文章会提供基于JDBCDriver的测试程序。
测试程序源代码行数较多,因此您可以到https://github.com/taosdata/tests/tree/master/comparisonTest/tdengine 下载,执行如下语句

cd tdengine
make

会在当前目录下生成可执行文件./tdengineTest

4.测试程序用法

TDengine的测试程序用法与OpenTSDB的用法相同,写入相关参数

  • writeClients 并发写入的客户端链接数目,默认为1
  • rowsPerRequest 一次请求中的记录条数,默认为100,范围1-1000
  • dataDir 读取的数据文件路径,来自于测试数据生成程序
  • numOfFiles 从数据文件路径中读取的文件个数

例如

./tdengineTest -dataDir ./data -numOfFiles 10 -writeClients 2 -rowsPerRequest 100

查询相关参数

  • sql 将要执行的SQL语句列表所在的文件路径,以逗号区分每个SQL语句

例如

./tdengineTest -sql ./sqlCmd.txt

OpenTSDB环境准备

OpenTSDB是基于HBase的分布式的,可扩展的时间序列数据库。

1.安装部署

  • 下载安装并启动HBase

https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/apache/hbase/stable/ 下载 hbase-1.4.10-bin.tar.gz

tar xzvf hbase-1.4.10-bin.tar.gz

cd hbase-1.4.10/bin

./start_hbase.sh
  • 下载并安装OpenTSDB
git clone git://github.com/OpenTSDB/opentsdb.git
cd opentsdb
./build.sh
  • 在HBase里建表

如果是第一次运行OpenTSDB,还需要先创建一些必要的HBase表。

env COMPRESSION=NONE HBASE_HOME=${HBASE_HOME}/hbase-version ${OpenTSDB_download_path}/src/create_table.sh
  • 启动OpenTSDB服务
sudo service opentsdb start

OpenTSDB可以通过http://hostIp:4242打开交互式网页

TDengine 时序数据库 - TDengine与OpenTSDB对比测试 web 1
图0 OpenTSDB交互式网页
  • 修改设置

打开OpenTSDB配置文件

cd /etc/opentsdb
vim opentsdb.conf

修改某些参数的默认值

tsd.core.auto_create_metrics = true 
tsd.http.request.enable_chunked = true 
tsd.http.request.max_chunk = 30000

因为本次测试采用http 接口,如果出现“java.net.NoRouteToHostException: Cannot assign requested address (Address not available)” 这种错误,还可执行如下命令

sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_reuse=1

2.OpenTSDB数据建模

创建一个名为devices的measurement,所有设备都属于该measurement,不同设备通过标签进行区分。每台设备包含三个标签,分别为设备编号、设备分组编号、设备名称。每条记录只能包含一个metric,因此需要对温度(整型)和 湿度(浮点)分别写入一条记录。每条记录包含设备的三个标签,一个metric的名字和值,以及时间戳。

3.OpenTSDB测试程序源码

本文采用OpenTSDB的原生语言java,编写数据写入及查询程序。因为OpenTSDB并未提供官方java 接口,本次测试选择调用他们的http接口。测试程序源代码行数较多,因此您可以到https://github.com/taosdata/tests/tree/master/comparisonTest/opentsdb 下载。

4.OpenTSDB测试程序用法

写入相关参数

  • writeClients 并发写入的客户端链接数目,默认为1
  • rowsPerRequest 一次请求中的记录条数,默认为100,范围1-1000
  • dataDir 读取的数据文件路径,来自于测试数据生成程序
  • numOfFiles 从数据文件路径中读取的文件个数

例如

cd opentsdb/opentsdbtest/src/target
java -jar opentsdbtest-1.0-SNAPSHOT-jar-with-dependencies.jar -dataDir ~/testdata -numOfFiles 100 -writeClients 2 -rowsPerRequest 30

查询相关参数

  • sql 将要执行的SQL语句选项
java -jar opentsdbtest-1.0-SNAPSHOT-jar-with-dependencies.jar -sql sqlchoice

写入性能对比

数据库的一个写入请求可以包含一条或多条记录,一次请求里包含的记录条数越多,写入性能就会相应提升。在以下测试中,使用R/R表示Records/Request ,即一次请求中的记录条数。同时,一个数据库可以支持多个客户端链接,链接数增加,系统总的写入通吐量也会相应增加。因此测试中,对于每一个数据库,都会测试一个客户端和多个客户端连接的情况。

1.TDengine的写入性能

TDengine按照每次请求包含1,100,500,1000,2000条记录各进行测试,同时也测试了不同客户端连接数的情况。测试步骤如下所示,您可以修改示例中的参数,完成多次不同的测试。

1.清空上次测试数据
运行TDengine的shell命令行程序taos,执行删除测试数据库语句
Welcome to the TDengine shell, server version:1.6.1.0  client version:1.6.1.0
Copyright (c) 2017 by TAOS Data, Inc. All rights reserved.

taos>drop database db;

2.测试执行
开启5个客户端读取~/testdata目录中的100个数据文件,每个请求写入1000条数据,可以参考如下命令
./tdengineTest -dataDir ~/testdata -numOfFiles 100 -writeClients 5 -rowsPerRequest 1000

写入吞吐量如下,单位为记录数/秒

R/R1 client2 clients3 clients4 clients5 clients6 clients7 clients
126824436995513762869645296864772277
100415800734484895522976085108790211710741192199
50047984688261210830321195100126919613642561417004
100050075191449411219141239157136798914181041476560
2000512820105552011741641306904142663514584341477208
表1 TDengine的写入吞吐量
TDengine 时序数据库 - TDengine与OpenTSDB对比测试 w1 2
图1 TDengine的写入吞吐量

2.OpenTSDB的写入性能

OpenTSDB按照每次请求包含1,10,30,50,80条记录各进行测试,同时也测试了不同客户端连接数的情况。测试步骤如下所示,您可以修改示例中的参数,完成多次不同的测试。

1.清空上次测试数据
运行HBase的shell命令行程序./hbase shell,可以看到如下类似信息
HBase Shell
Use "help" to get list of supported commands.
Use "exit" to quit this interactive shell.
Version 1.4.10, r76ab087819fe82ccf6f531096e18ad1bed079651, Wed Jun  5 16:48:11 PDT 2019
hbase(main):001:0> disable 'tsdb'; disable 'tsdb-meta'; disable 'tsdb-tree'; disable 'tsdb-uid';
hbase(main):002:0> drop 'tsdb'; drop 'tsdb-meta'; drop 'tsdb-tree'; drop 'tsdb-uid';
hbase(main):003:0> quit

然后再为OpenTSDB建表
env COMPRESSION=NONE HBASE_HOME=${HBASE_HOME}/hbase-version ${OpenTSDB_download_path}/src/create_table.sh

2.测试执行

开启5个客户端读取~/testdata目录中的100个数据文件,每个请求写入30条数据,可以参考如下命令

java -jar opentsdbtest-1.0-SNAPSHOT-jar-with-dependencies.jar -dataDir ~/testdata -numOfFiles 100 -writeClients 5 -rowsPerRequest 30

写入吞吐量如下,单位为记录数/秒

R/R1 client2 clients3 clients4 clients5 clients6 clients7 clients
12370247425722710249724362371
1018393228282265622924225072320023099
3037463456494573546342467954667544908
5045255532225050354475545435428354970
8048794563865456456999571985731857272
表2 OpenTSDB的写入吞吐量
TDengine 时序数据库 - TDengine与OpenTSDB对比测试 w2 3
图2 OpenTSDB的写入吞吐量

3.TDengin和OpenTSDB的最佳性能对比

基于以上的测试数据,将TDengine和OpenTSDB测试出的最佳写入速度进行对比,结果如下

R/R1 client2 clients3 clients4 clients5 clients6 clients7 clients
TDengine512820105552011741641306904142663514584341477208
OpenTSDB48794563865456456999571985731857272
表3 TDengine和OpenTSDB的最佳写入性能对比
TDengine 时序数据库 - TDengine与OpenTSDB对比测试 w3 2
图3 TDengine和OpenTSDB的最佳写入性能对比

从图3可以看出,TDengine的写入速度约为百万条记录/秒的量级,而OpenTSDB的写入速度约为六万条记录/秒的量级。因此可以得出结论,在同等数据集和硬件环境下,TDengine的写入速度远高于OpenTSDB,约为25倍。

读取性能对比

本测试做了简单的遍历查询,就是将写入的数据全部读出。每次查询仅取出100万条记录,在测试数据准备时,已经按照devgroup字段将数据拆分成100个分组,本次测试随机选取其中10个分组进行查询。


1. TDengine的测试方法

测试SQL语句存储在tdengine/q1.txt中,测试SQL语句参考
select * from db.devices where devgroup=0;

执行方法如下
./tdengineTest -sql ./q1.txt

2.OpenTSDB的测试方法

OpenTSDB的查询语句为json语句,已写在代码里,测试时只需选择执行哪项查询即可。

测试SQL的选项(sqlchoice)为q1

执行方法如下
java -jar opentsdbtest-1.0-SNAPSHOT-jar-with-dependencies.jar -sql q1

读取速度如下,单位为秒

LatencyG-0G-10G-20G-30G-40G-50G-60G-70G-80G-90
TDengine0.2350.2120.2080.2180.2090.2100.2090.2090.2160.208
OpenTSDB6.695.926.586.657.297.515.986.207.036.57
表4 TDengine和OpenTSDB的读取性能对比
TDengine 时序数据库 - TDengine与OpenTSDB对比测试 r1 3

从图表中可以看出,TDengine的100万条的读取速度稳定在0.21秒,吞吐量约为500万条记录/秒,OpenTSDB的100万条的读取速度稳定在6.7秒,吞吐量约为15万条记录/秒。所以从测试结果来看,TDengine的查询吞吐量远高于OpenTSDB, 约为OpenTSDB的16倍。

聚合函数性能对比

本单元的测试包含COUNT,AVERAGE,SUM,MAX,MIN,SPREAD这六个TDEngine和OpenTSDB共有的聚合函数。所有测试函数都会搭配筛选条件(WHERE)来选取设备的十分之一、十分之二、十分之三、直到全部设备。

1.TDengine的聚合函数性能

测试SQL语句存储在tdengine/q2.txt中,测试SQL语句参考

select count(*) from db.devices where devgroup<10;

执行方法如下

./tdengineTest -sql ./q2.txt

查询速度如下表,单位为秒


Latency10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%
count0.0180.0260.0160.0180.0170.0240.0240.0270.0300.033
avg0.0070.0140.0150.0200.0240.0380.0440.0500.0570.060
sum0.0060.0100.0190.0180.0310.0360.0340.0370.0430.046
max0.0070.0130.0150.0200.0250.0300.0350.0390.0450.049
min0.0060.0100.0160.0240.0320.0390.0450.0410.0430.049
表5 TDengine聚合函数性能
TDengine 时序数据库 - TDengine与OpenTSDB对比测试 r2 2
图5 TDengine聚合函数性能

2.OpenTSDB的聚合函数性能

OpenTSDB的查询语句为json语句,已写在代码里,测试时只需选择执行哪项查询即可。

测试SQL的选项(sqlchoice)为q2

执行方法如下

java -jar opentsdbtest-1.0-SNAPSHOT-jar-with-dependencies.jar -sql q2

查询速度如下表,单位为秒


Latency10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%
count67.8267.366.8767.1766.6767.2367.1766.8867.166.72
mean66.6267.367.2167.167.0766.7667.3167.0066.5266.99
sum67.1266.7967.6866.9067.4166.5966.9567.166.7466.59
max66.5567.1366.9367.1266.9667.1566.9166.7367.167.29
min66.8267.0366.6666.566.8266.6467.3667.0466.5166.67
表6 OpenTSDB聚合函数性能
TDengine 时序数据库 - TDengine与OpenTSDB对比测试 r3 2
图6 OpenTSDB聚合函数性能

3.聚合函数性能对比

基于以上的测试数据,将TDengine和OpenTSDB在1亿条记录数据集的测试结果进行对比

>
Latencycountaveragesummaxmin
TDengine0.0330.060.0460.0490.049
OpenTSDB66.7266.9966.5967.2966.67
表7 聚合函数性能对比
TDengine 时序数据库 - TDengine与OpenTSDB对比测试 r4 2
图7 聚合函数性能对比

从图7可以看出,TDengine的聚合函数查询时间在100毫秒以内,而OpenTSDB的查询时间在66秒左右。因此可以得出结论,在同等数据集和硬件环境下,TDengine的聚合速度远远高于OpenTSDB,超过1000倍。

按标签分组查询性能对比

本测试做了按标签分组函数的性能测试,测试函数会搭配筛选条件(WHERE)来选取设备的十分之一、十分之二、十分之三、直到全部设备。

1. TDengine的测试方法

测试SQL语句存储在tdengine/q3.txt中,例如

select count(temperature), sum(temperature), avg(temperature) from db.devices where devgroup<10 group by devgroup;

执行方法如下

./tdengineTest -sql ./q3.txt

2. OpenTSDB的测试方法


测试SQL的选项(sqlchoice)为q3


执行方法如下

java -jar opentsdbtest-1.0-SNAPSHOT-jar-with-dependencies.jar -sql q3

读取速度如下,单位为秒

Latency10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%
TDengine0.0300.0280.0310.0410.0690.0660.0770.0910.1020.123
OpenTSDB125.91127.39126.79126.42125.73126.85127.77126.99127.16126.41
表8 TDengine和OpenTSDB的按标签分组查询性能对比
TDengine 时序数据库 - TDengine与OpenTSDB对比测试 r5 2
图8 TDengine和OpenTSDB的按标签分组查询性能对比

从测试结果来看,TDengine的分组聚合查询速度远高于OpenTSDB,约为1000倍。

按时间分组性能对比

本测试做了按时间分组函数的性能测试,测试函数会搭配筛选条件(WHERE)来选取设备的十分之一、十分之二、十分之三、直到全部设备。

1. TDengine的测试方法

测试SQL语句存储在tdengine/q4.txt中,例如

select count(temperature), sum(temperature), avg(temperature) from db.devices where devgroup<10 interval(1m);

执行方法如下

./tdengineTest -sql ./q4.txt

2. OpenTSDB的测试方法

测试SQL的选项(sqlchoice)为q4

执行方法如下

java -jar opentsdbtest-1.0-SNAPSHOT-jar-with-dependencies.jar -sql q4

读取速度如下,单位为秒

Latency10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%
TDengine0.2370.4720.6530.9021.1341.4221.7531.7842.0852.549
OpenTSDB82.5383.0483.9382.7482.9682.7582.1482.3783.2982.46
表9 TDengine和OpenTSDB的按时间分组查询性能对比
TDengine 时序数据库 - TDengine与OpenTSDB对比测试 r6 2
图9 TDengine和OpenTSDB的按时间分组查询性能对比

从测试结果来看,TDengine的按时间分组聚合查询速度远高于OpenTSDB,约为40倍。

压缩比对比

1.原始数据的磁盘占用

本次测试共生成100个测试数据文件,存储在~/testdata目录下,使用du命令查看~/testdata目录的文件大小

cd ~/testdata
du -h .

如下图所示

TDengine 时序数据库 - TDengine与OpenTSDB对比测试 s0 2
图10 原始数据的磁盘占用情况

2.查看TDengine的磁盘占用

TDengine的磁盘文件默认位置在目录/var/lib/taos/data下,在查看磁盘文件大小时,首先将TDengine的服务停止

sudo systemctl stop taosd

然后,调用du命令,查看/var/lib/taos/data目录下文件的大小

cd /var/lib/taos/data
du -h .

如下图所示

TDengine 时序数据库 - TDengine与OpenTSDB对比测试 s1 2
图11 TDengine的磁盘占用情况

3.查看OpenTSDB的磁盘占用

OpenTSDB的磁盘文件默认位置在目录/var/lib/hbase/data/下,在查看磁盘文件大小时,首先将OpenTSDB的服务停止

sudo service opentsdb stop

调用du命令,查看该目录下文件的大小。

cd /var/lib/hbase/data/
du -sh 

如下图所示

TDengine 时序数据库 - TDengine与OpenTSDB对比测试 s2 2
图12 OpenTSDB的磁盘占用情况

4.磁盘占用情况对比

生成的测试数据文件占用的磁盘大小为3941MB,OpenTSDB磁盘占用2.3GB,TDengine磁盘占用459MB。在相对比较随机数据集的情况下,TDengine的压缩比约为OpenTSDB压缩比的5倍。


在物联网场景下,大多数采集数据的变化范围都比较小。由于TDengine采用列式存储,因此可以预期,TDengine在真实场景的压缩比表现会更好。

功能对比

TDengine与OpenTSDB都是用与处理时序数据的存储引擎,其功能比较接近,各有特色。

功能支持TDengineOpenTSDB
SQL语法支持支持不支持
私有化部署支持支持支持
水平扩展能力支持支持
系统连接管理支持支持
查询任务管理支持支持
数据导入工具支持支持
数据导出工具支持支持
Web管理工具支持支持
多介质分级存储支持支持
Telegraf数据采集支持支持
Grafana数据可视化支持支持
RESTFul支持支持
C/C++支持不支持
JDBC/ODBC支持不支持
GO支持不支持
Python支持不支持
数据库参数配置支持支持
配置副本数支持支持
数据时效支持支持
数据分区支持支持
流式计算支持不支持
微秒级精度支持支持
聚合函数支持支持支持
数据降采样支持支持
数据分页支持支持
数据插值支持支持
历史数据修改不支持支持
历史数据的标签修改支持支持
时间线删除支持支持
数据清空支持支持
表10 TDengine与OpenTSDB的功能对比

总结

此次测试,从数据库的读、写、查询、压缩比等方面对TDengine和OpenTSDB进行了对比测试。测试用数据集、测试程序源码、执行的SQL语句都可以从https://github.com/taosdata/tests/tree/master/comparisonTest/ 下载,测试具备可重复性。

从测试结果上看,TDengine的性能远超OpenTSDB,写入性能约为25倍,读取性能约为32倍,聚合函数性能约为1000倍,按标签分组查询性能约为1000倍,按时间分组查询性能约为40倍,压缩比约为5倍,具体见下表。

TDengineOpenTSDB
写入吞吐量1477208 记录数/秒57272 记录数/秒
100万条记录读取时间0.21秒6.57秒
1亿条记录取平均值时间0.06秒66.99秒
1亿条记录按标签分组取均值时间0.123126.41秒
1亿条记录按时间分组取均值时间2.549秒82.46秒
表11 TDengine与OpenTSDB的性能对比汇总