從單體式向分佈式演進 金山雲打造更高性能的數據庫DragonBase
（原標題：從單體式向分佈式演進 金山雲打造更高性能的數據庫DragonBase）
在信息快速發展多元化的今天，數據庫作爲現代信息技術領域的三大核心基礎之一，重要性愈發明顯。隨着傳統商業數據庫產品的熱度逐漸下降，更多的企業級用戶逐漸轉向雲分佈式數據庫及開源數據庫產品，雲化部署模式正在逐漸超越傳統部署模式併成爲市場的發展趨勢。12月18日，在全球分佈式雲大會分佈式數據論壇上，金山雲數據庫總監餘邵在分享了《金山雲分佈式數據庫DragonBase的實踐與發展》。
從單體式向分佈式演進 金山雲佈局全係數據庫產品
“從單體式向分佈式轉變，整個數據庫架構發展大致分爲三種形態，金山雲佈局了全系的數據庫產品”餘邵在表示。
第一種是單體式數據庫，以主、備架構爲主，如MySQL、PostgreSQL，優勢是成熟度和穩定性較高，其劣勢在於性能和容量受限單機，在業務發展較快速的情況下，難以滿足業務發展的需求。
第二種是共享式數據庫，類似於PolarDB、Aurora，優點是兼容性高、分鐘級擴展，缺點也顯而易見，比如對硬件要求較高、成本高，由於單點寫入，性能只能到十萬級，當分佈式存儲出現故障時影響面較大，比較適用於公有云的客戶需求。
第三種是分佈式數據庫，目前比較主流的數據庫，主要包含分佈式SQL引擎和分佈式存儲。其中，分佈式SQL引擎在設計上各個廠商實現的功能基本類似。分佈式存儲主要包括基於B+ Tree的關係型存儲和基於LSM Tree的KV存儲。對比前兩種架構，分佈式數據庫在計算能力或存儲能力可以很好地實現水平擴展，不足之處在於兼容部分SQL語法和功能方面，不過仍然存在很大的提升空間。
“金山雲在這三種架構類型的數據庫上都做了佈局，包括單體式的RDS、共享式的KingDB以及分佈式的DragonBase。”餘邵在表示。
金山雲佈局全係數據庫產品，在資源層面，金山雲公有云上提供了輕量級LXC和KVM，基於K8S的容器化正在研發中;存儲可以提供本地磁盤、雲磁盤、對象存儲等;在引擎類層面，分爲關係型產品MySQL、PgSQL、KingDB等，NoSQL包括Redis、MongoDB、InfluxDB等數據庫產品;在服務層面，提供數據傳輸DTS、分佈式事務DTX、安全審計DBAudit、數據管理DMS以及數據備份DBS等服務。
“客戶想用你的數據庫產品，數據遷移不可避免，DTS就是解決數據遷移的服務類產品。有些傳統行業使用Oracle等商業數據庫的，我們也需要提供異構數據遷移的能力。一些傳統行業做集中式核心系統，往分佈式架構去轉型，會涉及到服務的拆分，對於跨服務的分佈式事務，就需要用到像DTX這樣的分佈式事務的中間件服務。”餘邵在表示，此外審計、管理、備份等重要的增值服務，我們也提供了不同的產品解決方案。
其實早在2016年金山雲就已經發布了DragonBase單體版本，2017-2018年深度優化單體版本穩定性和性能，2019年發佈DragonBase分佈式1.0版本，2020年發佈升級版本2.0支持分佈式事務、分佈式計算、高可用、彈性擴展、安全審計、數據強一致、災備恢復、雲管平臺和數據遷移等諸多核心能力，正在研發的DragonBase3.0版本將在Oracle兼容、分佈式計算引擎和自動化運維等方面進行迭代。目前，DragonBase已在金融、互聯網、政企等多領域實踐應用，提供穩定、高性能、安全可靠的數據庫服務。
餘邵在講到，DragonBase總體架構主要由數據庫雲平臺和內核組成。其中，雲平臺可以提供數據庫的資源調度、故障切換、監控運維、數據校驗等能力，並採用容器來部署數據庫內核，實現多租戶、資源隔離和彈性擴展等功能;數據庫內核支持單體式和分佈式兩種部署形態，採用Share-Nothing架構，能夠實現性能和容量的水平擴展，支持Hash、Range、List等分片方式。目前，DragonBase除了能支持X86平臺，像主流的ARM平臺等也能實現很好地支持。
六大特性 DragonBase不斷提升的核心能力
“強一致、高可用、易擴展、高可靠、高性能、安全性，六大特性成爲金山雲DragonBase數據庫正在打造和一直不斷提升的核心能力。”餘邵在表示。
在一致性方面，DragonBase的分佈式事務，通過優化讀寫強一致，性能可以提升30%以上。一是事務處理優化，引入一階段本地事務+異步管理，能夠提高事務吞吐;二是全局中心時鐘優化，實現分佈式事務的分佈式一致性讀，通過使用Batch和Pipeline技術實現更小的SQL時延損耗，實現RC隔離級別。
在高可用性方面，提供主動+被動探活，協議層和應用層探活，支持熔斷機制，不可用節點個數超過設定閾值會停止切換，通過人工介入進行確認，避免高可用服務自身的異常導致大規模切換，影響服務可用性，同時支持“兩地三中心”和“三地五中心”的跨地域高可用部署，提供實例級、機房級、地域級的服務高可用保障，可以確保RTO<30秒。
在易擴展方面，DragonBase能夠支持計算節點和存儲節點的橫向(scale-out)和縱向(scale-up)的擴展能力。Scale-out計算節點具有實現集羣的吞吐和性能的水平擴展的能力，Scale-out存儲節點支持基於分庫分表、按子表自動遷移，並支持按容量按訪問熱度進行遷移。Scale-up可以實現節點的升配和讀寫分離能力，能夠支持多種讀寫分離和負載均衡策略，來滿足不同業務的需求。
在高可靠性方面，考慮到不同業務對數據一致性的要求不同，DragonBase支持異步、半同步、強同步三種數據同步模式，業務可按需調配。DragonBase的DTS可以支持數據遷移和跨地域數據同步，能夠做到表級別同步，甚至是行級別的，延遲能夠在秒級甚至毫秒級。除了在線數據的可靠性以外，DragonBase還做了離線數據可靠性驗證。
在高性能方面，DragonBase通過深度優化數據庫內核引擎，包括線程池、異步事務提交和異步死鎖檢測等多種優化技術。“在高併發的情況下，DragonBase單節點性能比社區版本高40%以上，同時可以實現水平擴展”餘邵在表示。
不僅如此，在實際運維的過程中，DragonBase的智能管控平臺提供多維度的監控服務，監控大屏能夠針對資源和實例粒度，展示整體的使用情況。同時，DragonBase具有完備的管理功能，支持實例創建升級、備份恢復、彈性擴展、數據遷移等，並提供OPENAPI等接口，供應用端進行創建、刪除、升級實例等基本操作。
在互金行業的災備方案中，DragonBase支持兩地三中心，能夠實現同城雙活、異地災備和單元化，保證每個AZ裡面的應用和數據都是完整的。“在數據層面，我們通過多副本的同步機制，保證數據是一致的。從而保證同地域的RPO趨於0。跨地域則使用DTS異步複製，通過並行複製和靈活任務調度等優化手段，使得RPO可以達到秒級。”餘邵在說到，在AI場景，面對海量標註信息存儲，DragonBase能夠提供上百個存儲節點，提供百TB級存儲能力，支撐每秒100w行寫入，並執行定期穩步刪除策略。
從單體式到共享架構再到主流的分佈式數據庫，金山雲正在不斷完善並一步步打造更高階性能的數據庫產品，爲更多的企業提供更優異的數據計算和存儲服務。