【云駐共創(chuàng)】華為云數(shù)據(jù)庫之GaussDB(for MySQL)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

1.GaussDB的發(fā)展

2.GaussDB的生態(tài)

內(nèi)部：

云化+自動化方案。通過數(shù)據(jù)庫運行基礎(chǔ)設(shè)施的云化將DBA(數(shù)據(jù)庫管理員)和運維人員的日常工作

自動化。

外部：

采用與數(shù)據(jù)庫周邊生態(tài)伙伴對接與認(rèn)證的生態(tài)連接融合方案，解決開發(fā)者/DBA難獲取、應(yīng)用難對接等生態(tài)難題。

3.GaussDB特征及技術(shù)競爭力

分布式：

分布式事務(wù)能力+跨DC(Data Center,數(shù)據(jù)中心)高可用能力，解決傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的擴展性、可用性不足等瓶頸。

云化架構(gòu)：

滿足公有云、私有云和混合云場景的云化架構(gòu)，滿足多元需求場景的云數(shù)據(jù)庫訴求。

混合負(fù)載：

在一套數(shù)據(jù)庫中運行多種負(fù)載，簡化系統(tǒng)部署，消除數(shù)據(jù)復(fù)制或搬遷帶來的數(shù)據(jù)一致性問題，同時也提升了系統(tǒng)的可靠性和實時性。

多模異構(gòu)：

構(gòu)建管理移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、時序、圖像等多模數(shù)據(jù)的新型數(shù)據(jù)庫，通過改造優(yōu)化數(shù)據(jù)庫架構(gòu)，實現(xiàn)充分利用“通用處理器+異構(gòu)加速器”算力優(yōu)勢。

AI+DB：

借助A算法的精度和適用范圍，支持在數(shù)據(jù)庫參數(shù)調(diào)優(yōu)、SQL執(zhí)行優(yōu)化等特定場景下解決問題，支持從圖像，語言、文本等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)抽取結(jié)構(gòu)化信息。

4.設(shè)計思想與用戶對象

設(shè)計思想：利用云技術(shù)和A技術(shù)，提供空間管理作用范圍極為廣大的、云部署的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)服務(wù)的甚礎(chǔ)設(shè)施，以實現(xiàn)對計算機資源的共享。

公有云數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)服務(wù)：面向中小型企業(yè)的數(shù)據(jù)庫需求。針對中小型企業(yè)提供公有云數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)服務(wù)，大幅降低這類實體的運營成本。

私有云數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)服務(wù)：面向中大型企業(yè)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)需求。在實體內(nèi)部購買大量設(shè)備，同時構(gòu)筑相關(guān)的PaS層和SaS層，數(shù)據(jù)庫服務(wù)是其中非常關(guān)鍵一類服務(wù)。使得內(nèi)部和各個部門的信息新系統(tǒng)可以共享相關(guān)資源，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，并降低整體的維護成本，最終降低總體擁有成本。

據(jù)庫系統(tǒng)服務(wù)

選擇公有云服務(wù)，哪些數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)服務(wù)選擇私有云服務(wù)，主要從降低系統(tǒng)的總體擁有成本(Total Cost of Ownership,TCO)考慮，包括構(gòu)建成本、運維成本、折舊費用等。

5.彈性伸縮的多租戶數(shù)據(jù)庫架構(gòu)

6.云數(shù)據(jù)庫的克隆復(fù)制

對生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行克隆、復(fù)制等操作。克隆、復(fù)制出來的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以用于非生產(chǎn)系統(tǒng)，并用于

開發(fā)、測試流程或參與到基準(zhǔn)測試中。

用戶非生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)保持了和生產(chǎn)系統(tǒng)當(dāng)前一致的數(shù)據(jù)，同時生產(chǎn)系統(tǒng)中更新的一部分?jǐn)?shù)據(jù)也可以實時同步到非生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，進而保持這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)之間的一致性。

7.多模數(shù)據(jù)庫的設(shè)計思想

設(shè)計思想：在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之上提供統(tǒng)一的多模數(shù)據(jù)管理、處理能力，以及統(tǒng)一運維能力。

多模數(shù)據(jù)的存儲：對于一個統(tǒng)一的多模數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)而言，需要提供多種數(shù)據(jù)模型的存儲能力，包括關(guān)系、時序、流圖、空間等。

多模數(shù)據(jù)的處理：對于一個統(tǒng)一的多模數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)而言，需要提供多種數(shù)據(jù)庫模型的處理能力，包括關(guān)系、時序、流圖、空間等。

多模數(shù)據(jù)之間的相關(guān)轉(zhuǎn)換：大多數(shù)情況下，客戶的數(shù)據(jù)產(chǎn)生源只有一個，即數(shù)據(jù)產(chǎn)生源的數(shù)據(jù)模型是單一的，但是后續(xù)處理可能需要使用多種模型來表征物理世界，進而進行數(shù)據(jù)處理，或者需要通過多種模型之間的相互協(xié)作來完成單一任務(wù)。因此，不同模型之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換也是極為重要的。

8.多模數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)架構(gòu)

引入多模數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一框架(Multi–Model Database Uniform Framework),為用戶提供關(guān)

系數(shù)據(jù)庫、圖數(shù)據(jù)庫、時序數(shù)據(jù)庫等多模數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問和維護接口，簡化運維和應(yīng)用開發(fā)人

員的學(xué)習(xí)和使用成本，提升了數(shù)據(jù)使用安全性（數(shù)據(jù)無須在多個系統(tǒng)之間進行倒換，減少了數(shù)據(jù)在

網(wǎng)絡(luò)上暴露的時間)。

9.GaussDB數(shù)據(jù)庫整體架構(gòu)

GaussDB主要包括四個邏輯模塊：

9.1 數(shù)據(jù)庫前端

提交事務(wù)，基于MySQL8.0,100%兼容。

9.2 存儲抽象層(SAL)

數(shù)據(jù)分片、故障恢復(fù)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存儲。

9.3 Log Store(日志存儲)

日志存儲是在存儲層中執(zhí)行的一個服務(wù)，負(fù)責(zé)存儲日志記錄。一旦

屬于事務(wù)的所有日志記錄都持久化了，就可以向客戶端確認(rèn)事務(wù)完

成。

9.4 Page Store(頁存儲)

Page Store服務(wù)器是存儲層另外一個服務(wù)。GaussDB的數(shù)據(jù)庫被

劃分為固定大小（10GB)的分區(qū)，這些分區(qū)被稱為slice。每個

Page Store服務(wù)器處理來自不同數(shù)據(jù)庫的多個slices,接收屬于它

負(fù)責(zé)的slices的日志。一個數(shù)據(jù)庫可以有多個slices,每個slice都復(fù)

制到3個Page Store,以保證持久性和可用性。

10.部署模式

10.1 單AZ部署

3副本：副本在不同節(jié)點。

Log Store:3副本全部持久化，事務(wù)才可提交；從任何一個副本即可讀取數(shù)據(jù)，

Page Store:3副本任何一個持久化，即成功：副本之間可進行同步數(shù)據(jù)。

。

10.2 多AZ

6副本：每個AZ包含兩個副本。

Log Store:6個副本，對于寫需要4個成功寫入，對于讀需要3個副本有效。

Page Store:6副本任何一個持久化，即成功：副本之間可進行同步數(shù)據(jù)。

11.寫入流程

12.讀流程

數(shù)據(jù)庫前端以頁為單位讀取數(shù)據(jù)。讀取或修改數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)庫前端需要把對應(yīng)的頁面讀取到

buffer pool中。當(dāng)需要讀取一個新的頁面，但ouffer pooli已經(jīng)滿的時候，系統(tǒng)必須淘汰掉一個

頁面來置換。

GaussDB修改了頁面淘汰算法，保證臟頁對應(yīng)的所有日志記錄成功寫入到至少一個Page Store,之后才會

淘汰該頁面。因此，GaussDB保證了在日志記錄到達(dá)Page Store之前，對應(yīng)頁面可以從ouffer pool中

訪問。淘汰后，立即就可以從Page Store中讀取。

對于每個slice,SAL記錄發(fā)送到slicel的最后的日志記錄的LSN。當(dāng)master節(jié)點讀取頁面時，讀操作到達(dá)

SAL,SAL會發(fā)出一個讀請求，并附帶上述LSN。讀請求被系統(tǒng)發(fā)送到已知的時延低的Page Store節(jié)點。

如果所選的節(jié)點不可用，或者它沒有接收到所指定LSN之前的所有日志記錄，則返回讀異常，SAL將嘗試

訪問下一個存有該slicel的Page Store節(jié)點，直到找到能夠滿足該請求的節(jié)點為止。

13.Log Store日志存儲故障恢復(fù)

臨時故障：

·Log Store變?yōu)镽ead-only模式，不會有新的請求，該節(jié)點設(shè)為臨時故障狀態(tài)。恢復(fù)后，不需要Recovery, 丟失數(shù)據(jù)可從其他副本拉取。

永久故障：

·故障節(jié)點從集群中剔除，該節(jié)點上所丟失的數(shù)據(jù)，會通過其他副本上進行重構(gòu)。

本文整理自華為云社區(qū)【內(nèi)容共創(chuàng)】活動第15期。

https://bbs.huaweicloud.com/blogs/345822

任務(wù)28：華為云數(shù)據(jù)庫之GaussDB(for MySQL)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

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