PostgreSQL performance: Encrypted vs. unencrypted

PostgreSQL TDE är en Open Source-version av PostgreSQL som krypterar data innan den lagras säkert på disk. Det är därför en säkrare och därmed en mer företagsklar variant av databasen. Därför är CYBERTEC PostgreSQL Enterprise Edition (PGEE) också starkt beroende av kryptering.

Prestationsanalys av PostgreSQL

Människor frågar ofta om prestandaskillnaderna mellan krypterad och okrypterad PostgreSQL. För att svara på denna fråga har vi genomfört en omfattande prestandaanalys för att belysa detta viktiga ämne och för att ge användarna ett sätt att jämföra olika PostgreSQL-inställningar och deras prestanda. Våra prestandatester har utförts med följande hårdvaru- och mjukvarukomponenter:

Hardware setup

CPU: AMD Ryzen 5950X — 16 cores / 32 thread, 72MB cache, support for AES-NI

MEMORY: 64GB RAM — DDR4 2666 ECC dual channel

STORAGE: SSD Samsung 980 PRO — nvme, PCIe v4 ×4

simple lvm volume, XFS filesystem, exclusive use

Software in use

OS: Linux Centos 7.9.2009, kernel 5.10.11-1.el7.elrepo.x86_64

PostgreSQL: postgresql13-13.1-3PGDG.rhel7.x86_64 from PGDG repo

PostgreSQL 13.1 TDE: built locally with the standard compile options used for PGDG packages using base GCC 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-44)

PostgreSQL 13.1 TDE: built locally with the standard compile options used for PGDG packages using software collection devtoolset-9 GCC 9.3.1 20200408 (Red Hat 9.3.1-2) and -march=znver2

We have used a few scripts to run these benchmarks in an automated way. You can download the tools for free from our Github page.

Benchmarking-metodik för PostgreSQL

Alla tester utfördes lokalt med ett nyinitierat, tomt kluster (ny initdb). Därför är cachingeffekter på PostgreSQL-sidan inte relevanta.

Följande konfigurationer testades:

1. stock — standard PostgreSQL-installation med binärfiler från PGDG-paket.
2. TDE-4 — PostgreSQL TDE-installation med kryptering avaktiverad, med hjälp av binärfiler kompilerade med gcc 4.8
3. TDE-9 — PostgreSQL TDE-installation med kryptering inaktiverad, med hjälp av binära filer sammanställt med gcc 9.3 och optimerad för znver2
4. TDE-4-e — PostgreSQL TDE-installation med kryptering aktiverad, med hjälp av binärfiler kompilerade med gcc 4.8
5. TDE-9-e — PostgreSQL TDE-installation med kryptering aktiverad, med binärfiler kompilerade med gcc 9.3 och optimerade för znver2

Observera att vi inte bara jämförde standard PostgreSQL med PostgreSQL TDE utan också försökte olika kompilatorversioner. Du kommer att få reda på att kompilatorn verkligen har stor inverkan, vilket kan komma som en överraskning för många.

PostgreSQL-benchmarking-resultat

Skrivskyddade riktmärken för PostgreSQL TDE

Följande avsnitt innehåller resultaten av vår undersökning. Låt oss börja med ett skrivskyddat riktmärke och en skalfaktor på 50, vilket översätter till 880 MB data (liten databas):

Ta en titt på första raden (12 anslutningar). Standard PostgreSQL ger 598.000 skrivskyddade transaktioner per sekund vilket är ett bra antal. I allmänhet har vi funnit att AMD-processorer är riktigt effektiva i dessa dagar och överträffar IBM POWER9 och många andra. Vad vi märker är att kompilatorn gör en verklig skillnad. 651k TPS jämfört med 598k TPS är en jättestor förbättring på 9% som i grund och botten kommer ”gratis”. gcc 9 mår riktigt bra här.

Följande bild visar den grundläggande arkitekturen för PostgreSQL TDE:

Vad som också är viktigt att se är att det i princip inte finns någon skillnad mellan krypterade och icke-krypterade körningar. Anledningen till det är enkelt: PostgreSQL krypterar 8k block innan de skickas till disk och dekrypteras när ett block hämtas från operativsystemet. Därför är det ingen skillnad mellan den krypterade och okrypterade prestandan. Vad du ser är i grunden fluktuationer som förväntas helt.

Låt oss ta en titt på samma data. I det här fallet använder vi en skalfaktor 500 som översätts till 8 GB data

Bilden är ganska lik vad vi observerade med den lilla databasen. Vi har fortfarande 100% RAM och därför finns det ingen verklig prestandaskillnad mellan PostgreSQL TDE med kryptering på eller kryptering av. Vad du ser är mest fluktuationer:

Det slutgiltiga testet genomfördes med en skalfaktor på 5000. Den viktiga delen är att databasen har vuxit så stor att det inte finns något sätt att hålla den i RAM längre. Således kan vi observera en kraftig nedgång i prestanda:

Du måste komma ihåg att gå till disk är många många gånger dyrare än att göra någon pekare aritmetik i delat minne. Mycket latens läggs till i varje enskild fråga vilket leder till låg TPS om det inte finns tillräckligt med anslutningar. På SSD: er kan denna effekt minskas lite genom att lägga till lite mer samtidighet. Att lägga till samtidighet fungerar dock bara upp till en viss punkt tills diskens kapacitet har överskridits.

KONTAKTA OSS

Om du siktar på bättre PostgreSQL-databasprestanda, föreslår vi att du tittar på våra konsulttjänster. Vi kan hjälpa dig att snabba upp din databas avsevärt. Vi erbjuder snabb leverans, professionell hantering och över 20 års erfarenhet av PostgreSQL.

Också: kolla in PostgreSQL Transparent Data Encryption för transparent och kryptografiskt säker datakryptering (kluster). TDE hjälper dig att säkra din mest värdefulla tillgång: dina data.