在All in Cloud的云計算時代，業(yè)務(wù)和應(yīng)用正在不斷“云化”，在此過程中云原生（Cloud Native）理念應(yīng)運而生。作為云化改造的重要部分，云數(shù)據(jù)庫因其天生的彈性擴展能力以及靈活、易用等特點，讓其在面對爆炸性增長的數(shù)據(jù)量和愈加繁復(fù)的數(shù)據(jù)類型時表現(xiàn)的更加游刃有余。

面對業(yè)務(wù)及應(yīng)用的“云原生化”，數(shù)據(jù)庫技術(shù)究竟面臨了怎樣的挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢？為此巨杉科技特別舉辦了“云時代的數(shù)據(jù)庫架構(gòu)設(shè)計與演進”深圳站活動，邀請多位數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域?qū)＜規(guī)砭始姵实募夹g(shù)干貨、分享實實在在的應(yīng)用實踐經(jīng)驗，讓現(xiàn)場數(shù)百位開發(fā)者收獲滿滿。

云架構(gòu)下分布式數(shù)據(jù)庫設(shè)計實踐

作為第一位分享嘉賓， 巨杉數(shù)據(jù)庫研發(fā)副總裁許建輝在主題為“云架構(gòu)下分布式數(shù)據(jù)庫設(shè)計實踐”的分享中表示，云架構(gòu)對數(shù)據(jù)庫的要求最先產(chǎn)生于應(yīng)用程序的變革。“很早之前，過去的應(yīng)用開發(fā)并沒有如此多的快速服務(wù)幫助，當(dāng)時的數(shù)據(jù)開發(fā)模式如何？所有的企業(yè)應(yīng)該都有平臺部，負責(zé)開發(fā)一套與所有數(shù)據(jù)庫打交道的中間件，負責(zé)與所有的數(shù)據(jù)庫讀取、存儲、前端應(yīng)用等做業(yè)務(wù)方面的鏈接。我們發(fā)現(xiàn)，在這種模式下數(shù)據(jù)庫是一個集中存儲的狀態(tài)，比較耦合。”

隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速興起以及云架構(gòu)逐漸普及，進而產(chǎn)生了微服務(wù)應(yīng)用體系。在微服務(wù)架構(gòu)下，我們看到了對數(shù)據(jù)庫訪問模式發(fā)生的變遷。據(jù)了解，目前業(yè)界有三種情況，首先基于微服務(wù)并不需要做太多調(diào)整，采用集中數(shù)據(jù)庫存儲，這樣每個微服務(wù)的數(shù)據(jù)接口訪問并不需要做很多變化，可以達成快速適配。

但相對之下也有很多不足，比方說數(shù)據(jù)集中存儲在后端數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)的解耦合對每個微服務(wù)都有影響，分別是數(shù)據(jù)讀取本身以及資源，畢竟數(shù)據(jù)訪問的模式有差別，需求不同。此外在集中存儲后，數(shù)據(jù)的彈性擴張出現(xiàn)問題。畢竟微服務(wù)的模式對數(shù)據(jù)擴張并不排斥，但存儲不行，不彈性沒商量；如果涉及到更換數(shù)據(jù)庫也必然會對所有微服務(wù)架構(gòu)產(chǎn)生干擾。

“應(yīng)對這種情況，現(xiàn)在主流的玩法是每個微服務(wù)都有一個獨立存儲，這樣開發(fā)起來比較簡單，但同樣會帶來幾方面的問題，例如每個微服務(wù)都具備獨立數(shù)據(jù)庫存儲之后，每個企業(yè)都會有成千上百的微服務(wù)，如何做到統(tǒng)一治理、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)視圖很重要，當(dāng)然管理成本是個需要前期考量的大問題，避免數(shù)據(jù)產(chǎn)生嚴重的碎片化很重要。”他總結(jié)道。

這種情況需要什么好辦法來解決？通常采用分布式數(shù)據(jù)庫平臺。對于上層，對所有微服務(wù)體系可以抽象出許多數(shù)據(jù)庫實例，主要用來做接口兼容與轉(zhuǎn)換。在分享中，許建輝提到，如果需要PostgreSQL，就可以創(chuàng)建PostgreSQL數(shù)據(jù)庫實例，S3也是如此。對每個實例來說，底層在一個分布式數(shù)據(jù)庫上所承載的物理機數(shù)量，上層并不 “關(guān)心”；從數(shù)據(jù)彈性擴張上來說也完全沒有限制。還有一點，在微服務(wù)的發(fā)展過程中，在數(shù)據(jù)訪問方面，同一份數(shù)據(jù)的不同業(yè)務(wù)模型其訪問能力是有差異的。

目前巨杉數(shù)據(jù)庫主要面對三大業(yè)務(wù)場景，第一是聯(lián)機交易，替換傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，例如MySQL、PostgreSQL、DB2等，可以進行交易場景的處理，讓接口完全兼容等；第二就是數(shù)據(jù)中臺，將每一部分業(yè)務(wù)分享出的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，主要以大并發(fā)的讀寫為主；此外局勢內(nèi)容管理了，比方說數(shù)據(jù)分片能力、水平擴張以及彈性伸縮等分區(qū)操作。

談及MySQL接口的兼容，巨杉數(shù)據(jù)庫可以百分百兼容MySQL數(shù)據(jù)庫和PostgreSQL數(shù)據(jù)庫。從兼容層面來講，首先涉及到語法的兼容，其中包括語法庫的兼容；其次是通訊協(xié)議，不僅可以做到應(yīng)用接口的兼容，還要保證體系工具方向，例如第三方MySQL有很多監(jiān)控、管理和解析分析能力，必然要保證整個體系可以使用；再次就是訪問計劃，要對訪問計劃進行兼容，其中包括統(tǒng)計信息的收集、訪問結(jié)構(gòu)等。

分布式數(shù)據(jù)庫智能運營平臺—TDSQL扁鵲的架構(gòu)實現(xiàn)與實踐

會上，騰訊TDSQL智能運營平臺負責(zé)人趙東志也應(yīng)邀來到現(xiàn)場，從云數(shù)據(jù)庫以及分布式數(shù)據(jù)庫更細化的運維場景出發(fā)并積極探索。在“分布式數(shù)據(jù)庫智能運營平臺—TDSQL扁鵲的架構(gòu)實現(xiàn)與實踐”中，我們初步了解到，TDSQL是騰訊金融云針對金融場景推出的高一致性分布式數(shù)據(jù)庫，基于MySQL基礎(chǔ)上進行的二次開發(fā)；目前在騰訊內(nèi)部涉及 到 90%的金融和交易，一般情況下交易類型不允許丟數(shù)據(jù)，所以騰訊海量數(shù)據(jù)體制要求其具備足夠的擴展能力等。

“我們針對數(shù)據(jù)庫云化的痛點構(gòu)建了扁鵲平臺，目的很明確，就是希望這個平臺在數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障時可以告訴我們該怎么解決；如果沒有出現(xiàn)故障，是否可以通過一些有效的巡檢方式來評估 出現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫中的潛在風(fēng)險等。總之，有了這樣一個平臺可以讓我們將多年的運維經(jīng)驗沉淀到體系中，一定程度上減緩重復(fù)勞動的消耗?！壁w東志總結(jié)道。

如今數(shù)據(jù)庫確實面臨很多問題，可以大致區(qū)分為可用性問題、性能問題以及可靠性問題等。TDSQL作為金融級數(shù)據(jù)庫，有高可用的配置，例如在每個實例上都會模擬Agent，定期向DB實例中插入數(shù)據(jù)；此外切換本身對數(shù)據(jù)是無損的，但在金融場景中并不希望有過多的切換，主要是因為時間上的影響。更加常見的、用戶自身對數(shù)據(jù)庫的用法不太合理所導(dǎo)致的問題，一方面是InnoDB并發(fā)線程的問題，另外一方面是Binlog的問題。

對此他認為：“如果用戶有大量慢查詢，他們就會長期循環(huán)占用工作線程，結(jié)果會導(dǎo)致阻塞到InnoDB。如果用戶有大量，例如并發(fā)執(zhí)行100個會話，也會有問題出現(xiàn)；眾所周知，MySQL金融場景要求Binlog，數(shù)據(jù)寫入之前，Binlog做主備同步，相當(dāng)于Binlog和InnoDB要一致，Binlog負責(zé)主備同步關(guān)系。我一直覺得任何一個數(shù)據(jù)庫無法完美應(yīng)用各種場景，都有最大的適用范圍。如果想更高效發(fā)揮數(shù)據(jù)庫的能力，就要遵守數(shù)據(jù)庫的規(guī)則?！?/p>

分布式搜索和分析引擎—阿里云Elasticsearch架構(gòu)設(shè)計與演進

“談到Elasticsearch，大家會想到ELK，這是比較流行的組合。Elasticsearch是基于Lucene的開源分布式搜索和分析引擎，可以根據(jù)Logstash做數(shù)據(jù)過濾、修改和收集，其中Kibana主要用于數(shù)據(jù)展示和報表。此外做日志分析的企業(yè)用Elasticsearch也比較多，還 有些客戶可能會去做指標數(shù)據(jù)的分析或者安全類應(yīng)用的分析?！卑⒗锇桶退阉骷夹g(shù)專家歐陽楚才在“分布式搜索和分析引擎—阿里云Elasticsearch架構(gòu)設(shè)計與演進”的主題中說。

據(jù)了解，Elasticsearch用Java語言開發(fā)，而使用Java語言都會遇到內(nèi)存垃圾回收的問題。這樣就導(dǎo)致如果應(yīng)用并發(fā)量特別高，每一個請求都會占用一定的內(nèi)存，如果Java虛擬機處理不及時，很有可能會導(dǎo)致JVM虛擬機的宕機。

2019年4月，Elasticsearch發(fā)布7.0版本加并入了Top K排序，7.0版本后，Elasticsearch本身會監(jiān)測實際請求的使用量并配置熔斷，例如查詢請求對JVM使用內(nèi)存超過40%則直接停止請求等。經(jīng)常在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中做查詢或比較耗時的請求，可能會把數(shù)據(jù)庫“拖慢”。如果可以提前識別出這樣的請求，提前中斷，就可以高效保證其他請求正常運行。伴隨技術(shù)迭代與升級，在7.1版本里，Elasticsearch公司把商業(yè)版特性、安全特性開始免費，而這個特性特別有用，因為原來開源版本沒有賬號密碼和認證，這個版本后把賬號密碼安全認證功能免費使用起來。

歐陽楚才還補充道，Elasticsearch本身可從一個節(jié)點擴展到上百個節(jié)點，最開始開發(fā)自測階段可以在本機搭建單節(jié)點集群并完成數(shù)據(jù)的寫入和查詢，且推送到生產(chǎn)環(huán)境，通常會按角色拆分不同角色的節(jié)點，分別負責(zé)不同的功能模塊。更重要的是，Elasticsearch有Master節(jié)點，負責(zé)集群元數(shù)據(jù)信息的管理、索引的分片管理；DataNode節(jié)點主要負責(zé)數(shù)據(jù)存儲和查詢；還有一個節(jié)點類型叫做客戶端節(jié)點或者協(xié)調(diào)服務(wù)器節(jié)點，負責(zé)接收用戶的查詢請求，把查詢和寫入請求分發(fā)給數(shù)據(jù)節(jié)點。

阿里云從2017年開始與Elasticsearch合作，把Elasticsearch搬到阿里云上提供托管式服務(wù)，針對寫入、查詢做了性能上的調(diào)優(yōu)。如今，阿里云Elasticsearch規(guī)模有超過3000個集群，節(jié)點數(shù)超過1萬 ，存儲數(shù)量超過5PB，其最重要的工作是保證數(shù)據(jù)安全?！皩Υ宋覀冊谕饷婕恿艘粚覺-pack安全認證，必須創(chuàng)建用戶名密碼，通過用戶名密碼實現(xiàn)訪問，另外還可以配置IP段來訪問Elasticsearch服務(wù)，避免******。”

有時候，很多用戶自己搭建Elasticsearch時會遇到一些問題，尤其是新手部署集群時沒有專門配置專有主節(jié)點，導(dǎo)致集群里的節(jié)點通訊出現(xiàn)問題等。他提出，在阿里云上，一般推薦專門配置三個專有主節(jié)點來負責(zé)數(shù)據(jù)管理和分片管理。當(dāng)然不排除有一些金融行業(yè)客戶對數(shù)據(jù)的安全要求特別高，要求多個機房上任意一個機房掉電或者光纖被挖斷的情況下，服務(wù)都可以做到高可用。在易用性方面，阿里云支持X-pack、監(jiān)控告警、機器學(xué)習(xí)等功能?！肮芾鞥lasticsearch集群實例比較方便，可以自定義安裝自研或者開源的插件，也可以用自研的分詞。阿里云的安全團隊在Kibana上做了很多定制化開發(fā)，方便用戶使用。”

“在Elasticsearch內(nèi)核方面我們做了很多工作，支持分布式存儲讀寫。在軟件層面，我們團隊有工程師專門研究Elasticsearch索引分片機制，讓所有分片可以彈性擴建或者縮容。基于Elasticsearch做的應(yīng)用案例，眾安保險在今年四月份Elasticsearch發(fā)布會上介紹過他們在阿里云上使用Elasticsearch的經(jīng)驗等?！?/p>

SequoiaDB分布式集群生態(tài)工具及容器化部署實戰(zhàn)

技術(shù)分享逐漸接近尾聲，巨杉技術(shù)社區(qū)杜蓉帶來“SequoiaDB分布式集群生態(tài)工具及容器化部署實戰(zhàn)”的演講。她提出，巨杉數(shù)據(jù)庫生態(tài)工具中，一種是管理工具，另一種是數(shù)據(jù)備份、遷移、導(dǎo)入工具。支持MySQL Workbench，以及很多MySQL周邊的工具。像Workbench一樣，可以查到它對應(yīng)的表；可以通過圖形化進行監(jiān)控，也可以通過工具對集群的系統(tǒng)信息進行批量修改。

此外關(guān)于備份，分別涉及到數(shù)據(jù)庫集的備份、集群級備份和文件系統(tǒng)級備份三種。所謂集群級備份，設(shè)有集群備份的指令，根據(jù)指令選擇全量備份還是增量備份；此外集群級備份的數(shù)據(jù)量比較大。復(fù)制方面，異步復(fù)制比較簡單，支持的實例比較多，可以用MySQL、DB2、Informix、Oracle等，用自身導(dǎo)入到處工具；準同步復(fù)制，MySQL用自己的工具把日志實施寫入管道中，通過ApacheStorm做標準化的修改，修改成DML或者DDL命令。

另外，杜蓉還在現(xiàn)場為開發(fā)者們列舉了三種安裝數(shù)據(jù)庫的方式：首先就是安裝包，直接安裝在機器上；其次就是通過VMWare導(dǎo)入虛擬機鏡像；另外就是Docker鏡像等。

一鍵直達：巨杉Tech | SequoiaDB Docker鏡像使用教程

盡管針對云時代的數(shù)據(jù)庫架構(gòu)設(shè)計與演進精彩技術(shù)分享已暫時告一段落，但關(guān)于面對業(yè)務(wù)及應(yīng)用的“云原生化”，數(shù)據(jù)庫技術(shù)究竟面臨了怎樣的挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢的系列問題探討依舊在火熱進行中，敬請繼續(xù)關(guān)注巨杉TechDay技術(shù)沙龍的后續(xù)活動。