persistence/DD.Persistence.TestTelemetryStress/Program_v1.cs


using DD.Persistence.Database.Entity;
using Microsoft.EntityFrameworkCore;
using Npgsql.Internal;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;
using System.Runtime.Intrinsics.X86;
using static System.Runtime.InteropServices.JavaScript.JSType;

namespace DD.Persistence.TestTelemetryStress;

internal class Program_v1
{
    record TestDataItem(TagValue[] TagValues, TagSetValue[] TagSetValue);
    enum Table { TagValue, TagSetValue }
    enum Action { insert, select }

    record Log(
        Table Table,
        Action Action,
        DateTimeOffset Timestamp,
        TimeSpan TimeSpan,
        int tableLength,
        int count);

    static Random random = new Random((int)(DateTimeOffset.UtcNow.Ticks % 0x7FFFFFFF));

    static void Main(string[] args)
    {
        /* Цель теста сравнить время отклика БД с телеметрией за все бурение
         * по 2м схемам хранения:
         * - TagSetValue - строка таблицы БД - 14 значений с одной отметкой времени.
         * - TagValue - строка таблицы БД - 1 значение с отметкой времени и id параметра, для записи одной телеметрии используется 14 строк.
         * Данные генерируются одинаковые и за все бурение - 30 дней *24 часа * 60 минут * 60 сек
         * 
         * Вставка производится порциями по 56_000 записей для TagValue и по 4000 (56к/14) для TagSetValue.
         * Замеряется время каждой вставки для построения графика. Таблицы вставки чередуются.
         * 
         * После вставки контекст уничтожается и делается пауза
         * 
         * Создается новые контексты для тестирования каждой выборки по каждой таблице по отдельности.
         * Параметры выборок для тестирования:
         * - 10 раз за произвольные 10 минут, интервалы распределены по всему диапазону дат
         * - 10 раз за произвольные 60 минут, интервалы распределены по всему диапазону дат
         * - 10 раз за произвольные 24*60 минут, интервалы распределены по всему диапазону дат
         */

        var insertLogs = FillDB();
        Pause();
        var selectLogs = TestSelect();
        var logs = insertLogs.Union(selectLogs);
        ExportLogs(logs);
        /* Анализ логов:
         * - не замечено замедление вставки при увеличении размера таблиц
         * - размер таблиц в БД TagValue - 1200Мб TagSetValue - 119Мб. В 10 раз больше
         * - время вставки чанка TagValue в 7.3 раза больше времени вставки чанка TagSetValue
         * - время выборки из TagValue в 16,4 раза больше времени выборки из TagSetValue
         */
    }

    private static void ExportLogs(IEnumerable<Log> logs)
    {
        using var stream = File.CreateText("log.csv");
        foreach (Log log in logs)
        {
            stream.WriteLine($"{log.Table}, {log.Action}, {log.Timestamp}, {log.TimeSpan}, {log.count}, {log.tableLength}");
        }
    }

    private static Log[] FillDB()
    {
        var begin = DateTimeOffset.UtcNow;
        var increment = TimeSpan.FromSeconds(1);
        var count = 30 * 24 * 60 * 60;
        var data = GenerateData(count, begin, increment);

        using var db = GetDb();
        var tagValueSet = db.Set<TagValue>();
        var tagSetValueSet = db.Set<TagSetValue>();

        var tagValueInsertedCount = 0;
        var tagSetValueInsertedCount = 0;
        var logs = new List<Log>(data.Length * 2);

        for (var i = 0; i < data.Length; i++) 
        {
            var chunk = data[i];
            var inserted = 0;

            var stopwatch = Stopwatch.StartNew();
            tagSetValueSet.AddRange(chunk.TagSetValue);
            inserted = db.SaveChanges();
            logs.Add(new Log(Table.TagSetValue, Action.insert, DateTimeOffset.UtcNow, stopwatch.Elapsed, tagSetValueInsertedCount, count));
            tagValueInsertedCount += inserted;
            db.ChangeTracker.Clear();

            stopwatch.Restart();

            tagValueSet.AddRange(chunk.TagValues);
            inserted = db.SaveChanges();
            logs.Add(new Log(Table.TagValue, Action.insert, DateTimeOffset.UtcNow, stopwatch.Elapsed, tagValueInsertedCount, count));
            tagSetValueInsertedCount += inserted;
            db.ChangeTracker.Clear();
        }

        return logs.ToArray();
    }

    private static void Pause()
    {
        Thread.Sleep(1000);
    }

    private static Log[] TestSelect()
    {
        var testDateRanges = GetTestDateRanges();
        var logs1 = TestSelect<TagSetValue>(Table.TagSetValue, testDateRanges);
        var logs2 = TestSelect<TagValue>(Table.TagValue, testDateRanges);
        return [.. logs1, .. logs2];
    }

    private static Log[] TestSelect<T>(Table table, (DateTimeOffset begin, DateTimeOffset end)[] ranges)
        where T : class, ITimestamped
    {
        using var db = GetDb();
        var dbSet = db.Set<T>();
        var totalCount = dbSet.Count();

        var logs = new List<Log>(ranges.Length);
        
        foreach (var range in ranges)
        {
            var stopwatch = Stopwatch.StartNew();
            var selected = dbSet
                .Where(e => e.Timestamp > range.begin)
                .Where(e => e.Timestamp < range.end)
                .ToArray();
            logs.Add(new(table, Action.select, DateTimeOffset.UtcNow, stopwatch.Elapsed, totalCount, selected.Length));
        }
        return logs.ToArray();
    }

    private static (DateTimeOffset begin, DateTimeOffset end)[] GetTestDateRanges()
    {
        using var db = GetDb();

        var dbSet1 = db.Set<TagSetValue>();
        var min1 = dbSet1.Min(e => e.Timestamp);
        var max1 = dbSet1.Max(e => e.Timestamp);

        var dbSet2 = db.Set<TagValue>();
        var min2 = dbSet2.Min(e => e.Timestamp);
        var max2 = dbSet2.Max(e => e.Timestamp);

        var min = min1 < min2 ? min1 : min2;
        var max = max1 < max2 ? max2 : max1;

        var list1 = CalculateRanges(min, max, TimeSpan.FromMinutes(10), 10);
        var list2 = CalculateRanges(min, max, TimeSpan.FromMinutes(60), 10);
        var list3 = CalculateRanges(min, max, TimeSpan.FromMinutes(24 * 60), 10);
        return [..list1, ..list2, ..list3];
    }

    private static (DateTimeOffset begin, DateTimeOffset end)[] CalculateRanges(DateTimeOffset min, DateTimeOffset max, TimeSpan range, int count)
    {
        if (max - min < range)
            throw new ArgumentException("max - min < range", nameof(range));

        var result = new (DateTimeOffset begin, DateTimeOffset end)[count];
        var max1 = max - range;
        var delta = max1 - min;
        var step = delta / count;
        for (var i = 0; i < count; i++) 
        {
            var b = min + i * step;
            var e = b + step;
            result[i] = (b, e);
        }
        return result;
    }

    private static DbContext GetDb()
    {
        var factory = new Database.Postgres.DesignTimeDbContextFactory();
        var context = factory.CreateDbContext(Array.Empty<string>());
        context.Database.EnsureCreated();
        return context;
    }

    private static TestDataItem[] GenerateData(int count, DateTimeOffset begin, TimeSpan increment)
    {
        var chunkLimit = 4000;
        var chunks = new List<TestDataItem>((count + chunkLimit) / chunkLimit);

        for (int i = 0; i < count; i += chunkLimit)
        {
            var item = GenerateDataChunk(begin, increment, chunkLimit);
            chunks.Add(item);
            begin += increment * chunkLimit;
        }

        return chunks.ToArray();
    }

    private static TestDataItem GenerateDataChunk(DateTimeOffset begin, TimeSpan increment, int chunkLimit)
    {
        List<TagValue> tagValues = [];
        List<TagSetValue> tagSetValue = [];
        for (int i = 0; i < chunkLimit; i++)
        {
            var tagSet = GenerateTagSetValue(begin);
            tagSetValue.Add(tagSet);

            var items = MakeTagValues(tagSet);
            tagValues.AddRange(items);
            begin += increment;
        }

        return new(tagValues.ToArray(), tagSetValue.ToArray());
    }

    private static TagSetValue GenerateTagSetValue(DateTimeOffset begin)
    {
        var result = new TagSetValue
        {
            Timestamp = begin,
            WellDepth = 100f * random.NextSingle(),
            BitDepth = 100f * random.NextSingle(),
            BlockPosition = 100f * random.NextSingle(),
            BlockSpeed = 100f * random.NextSingle(),
            Pressure = 100f * random.NextSingle(),
            AxialLoad = 100f * random.NextSingle(),
            HookWeight = 100f * random.NextSingle(),
            RotorTorque = 100f * random.NextSingle(),
            RotorSpeed = 100f * random.NextSingle(),
            Flow = 100f * random.NextSingle(),
            Mse = 100f * random.NextSingle(),
            Pump0Flow = 100f * random.NextSingle(),
            Pump1Flow = 100f * random.NextSingle(),
            Pump2Flow = 100f * random.NextSingle(),
        };
        return result;
    }

    private static TagValue[] MakeTagValues(TagSetValue tagSet)
    {
        TagValue[] data =
            [
            new (){ Timestamp = tagSet.Timestamp, ParameterId = 1, Value = tagSet.WellDepth},
            new (){ Timestamp = tagSet.Timestamp, ParameterId = 2, Value = tagSet.BitDepth},
            new (){ Timestamp = tagSet.Timestamp, ParameterId = 3, Value = tagSet.BlockPosition},
            new (){ Timestamp = tagSet.Timestamp, ParameterId = 4, Value = tagSet.BlockSpeed},
            new (){ Timestamp = tagSet.Timestamp, ParameterId = 5, Value = tagSet.Pressure},
            new (){ Timestamp = tagSet.Timestamp, ParameterId = 6, Value = tagSet.AxialLoad},
            new (){ Timestamp = tagSet.Timestamp, ParameterId = 7, Value = tagSet.HookWeight},
            new (){ Timestamp = tagSet.Timestamp, ParameterId = 8, Value = tagSet.RotorTorque},
            new (){ Timestamp = tagSet.Timestamp, ParameterId = 9, Value = tagSet.RotorSpeed},
            new (){ Timestamp = tagSet.Timestamp, ParameterId = 10, Value = tagSet.Flow},
            new (){ Timestamp = tagSet.Timestamp, ParameterId = 11, Value = tagSet.Mse},
            new (){ Timestamp = tagSet.Timestamp, ParameterId = 12, Value = tagSet.Pump0Flow},
            new (){ Timestamp = tagSet.Timestamp, ParameterId = 13, Value = tagSet.Pump1Flow},
            new (){ Timestamp = tagSet.Timestamp, ParameterId = 14, Value = tagSet.Pump2Flow},
            ];
        return data;
    }

}