江苏龙网

  1. 主页 > 生活百科 > >

全面讲解分布式数据库架构设计特点

数据库架构

数据库作为基础软件中的重要一环有着很深的技术含量，在这样的大背景下国产数据库厂商开始发力，这其中分布式数据库如雨后春笋般出现，良性的竞争环境使它们都得到了长足的发展，其中不乏优秀的产品，本文主要挑选目前几个相对成熟数据库进行架构特点介绍 。
作者：张小海来源：51CTO
【51CTO.com原创稿件】行业背景
随着全球经济下行压力增大，中美贸易摩擦愈演愈烈，美国一系列的经济制裁和技术封锁使得我们有种被扼住咽喉的感觉，数据库作为基础软件中的重要一环有着很深的技术含量，在这样的大背景下国产数据库厂商开始发力，这其中分布式数据库如雨后春笋般出现，良性的竞争环境使它们都得到了长足的发展，其中不乏优秀的产品，本文主要挑选目前几个相对成熟数据库进行架构特点介绍 。
分布式数据库总体架构
分布式数据库总体设计有两个思路和方向，一个是基于共享存储的架构(share everything)，另一个是基于数据分片的架构(share nothing) 。
共享存储的架构特点是底层存储共用一份数据池子，上层数据库server层可以弹性扩展，典型的案例像DB2 pureScale，Oracle RAC，阿里云PolarDB等，这种架构的好处是天然适合做云数据库，比如阿里云，上层的SQL引擎可以是MySQL也可以是PG，而且可以无限扩展，底层的存储其实是一起的，用户申请只是申请几个上层的MySQL或者PG server同时在底层存储开辟一块空间给用户，这样的话可以做到资源的弹性伸缩 。这种架构的数据库严格意义上不能称之为分布式数据库 。
数据分片架构的特点是底层数据通过一定的规则比如hash或者range让数据打散分别分布到不同的数据节点上，计算时底层多个节点共同参与计算，可以算是一种mpp并行计算的架构，同时数据节点可以扩展，上层由协调节点进行SQL解析和转发，这是目前典型的分布式数据库架构，也是本文讨论的重点 。
目前分布式数据库的总体架构设计基本都和下图相差不大，每种产品在不同组件的实现上存在差异，但大体架构上类似 。

全面讲解分布式数据库架构设计特点

文章插图
 
从图中可以看到分布式数据库三大组件：协调节点、数据节点、全局事务管理器 。协调节点负责SQL解析转发，充当的是类似proxy的角色，数据节点负责计算和数据存储，全局事务管理器负责全局事务读一致性的保证 。
下面分别介绍一下目前主流的分布式数据库的架构以及设计差异 。
1.TiDB
TiDB是目前在互联网界风靡的一款分布式数据库，由PingCAP公司研发，由三大组件构成，底层TiKV Server是Github开源组件，是一个分布式的kv存储引擎，做数据存储，对应数据节点;上层TiDB Server由PingCAP公司研发，用作SQL解析和转发，对应协调节点;PD Server复制全局时间戳分配，对应全局事务管理器 。下面列举了它的架构特点：
①轻量化，深受互联网公司喜爱，适合与容器进行集成，当前PingCAP公司也在做TiDB operator，将TiDB容器化 。
②部署简便，基于Ansible Playbook实现自动化部署 。
③实现了基于Region级别的raft复制，将数据表拆分成一个个的Region，Region一主两备基于raft协议做复制，同时Region还会根据负载情况进行合并和分裂，由PD Server进行负载均衡调度 。
④使用隐藏列作为分布列，分布列不占用真实列，这样在进行数据修改时数据不需要进行重分布，大致原理是使用表名和主键前面加上前缀信息作为隐藏列，再使用该列进行hash分布 。
⑤TiDB Server总体兼容MySQL语法，这个兼容并不是将MySQL Server直接拿过来使用，因为TiKV底层是kv的存储模型，所以TiDB在执行sql的时候需要做sql到kv的映射 。
⑥TiKV可以看成一个大的数据池子，在物理机层面不存在哪个机器是主，哪个是备，所有机器都是主节点，热点数据会自动进行动态负载均衡，数据是动态移动的 。
⑦总体借鉴了google spanner f1和bigtable的论文，PD Server实现了逻辑上的时间戳，谷歌论文也提出了原子钟的概念，从物理上保证事务号全局有序 。
2.OceanBase
OceanBase是蚂蚁金服自研的分布式数据库，号称代码从第一行完全自研 。最近ob也屡屡刷新新闻头条，刷榜TPCC官网测试结果，刷新天猫交易额和tps记录，不过金融行业比如银行的应用案例并不多，也许是银行和支付宝可能天然有鸿沟吧 。ob架构比较特殊，下面介绍一下它的架构特点：
①最底层是ob server，每个ob server集成了总控服务、sql引擎、存储引擎和数据分区 。


推荐阅读


上一篇：你知道 Java 类是如何被加载的吗？

下一篇：100万浏览量值多少钱？看YouTube顶级流量如何利用短视频变现