Garnet

Garnet 是微软研究院推出的一款新型远程缓存存储系统，具有以下独特优势：

Garnet 采用流行的 RESP 线路协议作为起点，这使得可以通过现有的 Redis 客户端使用 Garnet，如 C# 中的 StackExchange.Redis，无需修改。
相比同类开源缓存存储系统，Garnet 在处理多客户端连接和小批量操作时具有更高的吞吐量和可扩展性，可为大型应用和服务节省成本。
使用启用了加速网络的普通云（Azure）虚拟机，Garnet 展现出极低的客户端延迟（99.9 百分位通常低于 300 微秒），这对实际场景至关重要。
基于最新的 .NET 技术，Garnet 具有跨平台、可扩展和现代化的特点。它设计易于开发和演进，同时不影响常见情况下的性能。我们利用 .NET 丰富的库生态系统实现了广泛的 API，并为优化留下了开放的机会。得益于我们对 .NET 的谨慎使用，Garnet 在 Linux 和 Windows 上都达到了最先进的性能水平。

本仓库包含构建和运行 Garnet 的代码。更多信息和文档，请访问我们的网站 https://microsoft.github.io/garnet。

功能概述

Garnet 实现了广泛的 API，包括原始字符串操作（如 get、set 和键过期）、分析操作（如 HyperLogLog 和位图）以及对象操作（如有序集合和列表）。它可以处理多键事务，包括客户端 RESP 事务和我们自己的服务器端 C# 存储过程。用户可以使用 C# 方便安全地定义自定义操作，既可以针对原始字符串，也可以针对新的对象类型，从而降低了开发自定义扩展的门槛。

Garnet 使用快速且可插拔的网络层，为未来扩展（如利用内核旁路堆栈）提供了可能。它支持使用 .NET 的强大 SslStream 库进行安全的传输层安全（TLS）通信，并提供基本的访问控制。Garnet 的存储层名为 Tsavorite，源自我们之前的开源项目 FASTER，包含强大的数据库功能，如线程可扩展性、分层存储支持（内存、SSD 和云存储）、快速无阻塞检查点、恢复、持久性操作日志、多键事务支持以及更好的内存管理和重用。最后，Garnet 支持集群模式，提供分片、复制和动态键迁移功能。

性能预览

我们在网站上展示了一些关键结果，将 Garnet 与领先的开源缓存存储系统进行了比较。

设计亮点

Garnet 的设计重新思考了整个缓存存储栈——从接收网络数据包，到解析和处理数据库操作，再到执行存储交互。我们的设计建立在多年的前期研究基础之上。以下是 Garnet 的整体架构。

Garnet 的网络层采用了受我们之前 ShadowFax 研究启发的共享内存设计。TLS 处理和存储交互在 IO 完成线程上执行，避免了常见情况下的线程切换开销。这种方法允许 CPU 缓存一致性将数据带到网络，而不是传统的基于洗牌的设计，后者需要在服务器上进行数据移动。

Garnet 的存储设计由两个 Tsavorite 键值存储组成，它们通过统一的操作日志相互绑定。第一个存储称为"主存储"，针对原始字符串操作进行了优化，并仔细管理内存以避免垃圾回收。第二个可选的"对象存储"针对复杂对象和自定义数据类型进行了优化，包括流行的类型如有序集合、集合、哈希、列表和地理位置。对象存储中的数据类型利用 .NET 库生态系统进行当前实现。它们在内存中存储在堆上（使更新非常高效），在磁盘上以序列化形式存储。未来，我们计划研究使用统一的索引和日志来简化维护。

Garnet 设计的一个显著特点是其窄腰 Tsavorite 存储 API，用于在其上实现大型、丰富且可扩展的 RESP API 表面。这个 API 包括读取、更新插入、删除和原子读-修改-写操作，通过异步回调实现，允许 Garnet 在每个操作的各个点插入逻辑。我们的存储 API 模型使我们能够清晰地将 Garnet 的解析和查询处理关注点与存储细节（如并发、存储分层和检查点）分离开来。Garnet 使用两阶段锁定进行多键事务。