一文讀懂GaussDB(openGauss) 的六大關(guān)鍵技術(shù)特性

GaussDB(openGauss)是深度融合華為在數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域多年的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合企業(yè)級(jí)場(chǎng)景需求，推出的新一代企業(yè)級(jí)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，支持集中式和分布式兩種部署形態(tài)。

它面向金融互聯(lián)網(wǎng)交易和政企OA/辦公場(chǎng)景，具有安全可靠、超高性能、簡(jiǎn)單易用等優(yōu)勢(shì)。

華為云數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品部高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理Evan shen在1024程序員狂歡節(jié)的直播間，更為深入地介紹了GaussDB(openGauss)的關(guān)鍵特性、成功案例。

分布式or集中式，總有一個(gè)適合你

GaussDB(openGauss)定位為企業(yè)級(jí)云分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，架構(gòu)上著重構(gòu)筑傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的企業(yè)級(jí)能力和互聯(lián)網(wǎng)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的高擴(kuò)展和高可用能力。

對(duì)比傳統(tǒng)形態(tài)，GaussDB(openGauss)能夠獲得：

高性能：支持分布式事務(wù)強(qiáng)一致性，同時(shí)32節(jié)點(diǎn)下能夠達(dá)到1200萬(wàn)tpmC的性能實(shí)測(cè)指標(biāo)；

高可用：支持同城跨AZ多活容災(zāi)，兩地三中心金融級(jí)部署場(chǎng)景；

高拓展：當(dāng)前支持最大256節(jié)點(diǎn)的在線擴(kuò)容，同時(shí)保障客戶擁有卓越的性能線性增長(zhǎng)，打破傳統(tǒng)DIY架構(gòu)的性能天花板；

易運(yùn)維：高度支持HTAP混合負(fù)載場(chǎng)景，極大的減少了業(yè)務(wù)改造成本，同時(shí)基于云平臺(tái)獲在線監(jiān)控，運(yùn)維，升級(jí)等便利的能力。

GaussDB(openGauss)在華為云上擁有兩種部署形態(tài)：集中式和分布式，分別面向企業(yè)核心交易和未來(lái)海量事務(wù)型場(chǎng)景，打造差異化競(jìng)爭(zhēng)力。

集中式部署

集中式部署又包括單機(jī)和主備兩種類型。

以主備為例，支持1+2（最大保護(hù)）主備，基于數(shù)據(jù)庫(kù)日志復(fù)制的熱備，在單機(jī)性能可滿足需求的情況下，提供高可用。

其中，1+1（最大可用）指的是，數(shù)據(jù)會(huì)同步寫往備機(jī)。但如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)等影響，無(wú)法完成同步操作，會(huì)轉(zhuǎn)為異步。后續(xù)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，會(huì)自動(dòng)追上。在數(shù)據(jù)不同步期間，切換會(huì)有數(shù)據(jù)丟失。

1+2（最大保護(hù)）則意味著數(shù)據(jù)會(huì)同步寫往備機(jī)，且要求必須有一個(gè)確認(rèn)，才向客戶端返回。可靠性高。

集中式版本擁有開源生態(tài)，用戶可以通過(guò)開源網(wǎng)站直接下載，作為國(guó)內(nèi)唯一開源數(shù)據(jù)庫(kù)，也是華為開源、開放、不LOCKIN單一廠商的最佳證明。

分布式部署

分布式部署方面，數(shù)據(jù)按shard劃分，讀寫負(fù)載準(zhǔn)線性擴(kuò)展，滿足大規(guī)模業(yè)務(wù)量場(chǎng)景，支持兩地三中心高可用部署。另外，分布式版本承載華為云自研分布式組件體系，是傳統(tǒng)企業(yè)擁抱互聯(lián)網(wǎng)，面向未來(lái)海量事務(wù)型場(chǎng)景挑戰(zhàn)的有力保障。

下面是分布式架構(gòu)中的一些關(guān)鍵角色：

CM(S)

集群管理模塊（Cluster Manager）。管理和監(jiān)控分布式系統(tǒng)中各個(gè)功能單元和物理資源的運(yùn)行情況，確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

GTM

全局事務(wù)管理器（Global Transaction Manager），負(fù)責(zé)生成和維護(hù)全局事務(wù)ID、事務(wù)快照、時(shí)間戳等全局唯一的信息。

CN

協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)（Coordinator Node）。負(fù)責(zé)接收來(lái)自應(yīng)用的訪問請(qǐng)求，并向客戶端返回執(zhí)行結(jié)果；負(fù)責(zé)分解任務(wù)，并調(diào)度任務(wù)分片在各DN上并行執(zhí)行。

DN

數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)（Datanode）。負(fù)責(zé)存儲(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（支持行存、列存、混合存儲(chǔ)）、執(zhí)行數(shù)據(jù)查詢?nèi)蝿?wù)以及向CN返回執(zhí)行結(jié)果。

Storage

服務(wù)器的存儲(chǔ)資源，持久化存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

分布式架構(gòu)又可以分為獨(dú)立部署&混合部署。

混合部署方案適合通用客戶，其方案包括：1、各角色3副本，數(shù)據(jù)3副本部署；2、各角色進(jìn)程合一部署，對(duì)外只體現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)；

這樣部署的優(yōu)勢(shì)是組網(wǎng)簡(jiǎn)潔明了，交付界面高效；起點(diǎn)配置要求低，適配場(chǎng)景比較通用；

和未來(lái)的技術(shù)演進(jìn)方向匹配。

另一個(gè)獨(dú)立部署方案適合高端客戶，它的方案包括：1、各角色3副本，數(shù)據(jù)3副本部署；2、關(guān)鍵角色進(jìn)程分開部署，對(duì)外體現(xiàn)CMS、GTM、CN、DN主、DN備。

獨(dú)立部署方案下，用戶可以根據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)載確定CN和DN的最佳比例，達(dá)成最高效的組網(wǎng)。

解讀GaussDB(openGauss)分布式關(guān)鍵特性

關(guān)鍵技術(shù)一：分布式執(zhí)行框架

業(yè)務(wù)應(yīng)用下發(fā)SQL給Coordinator，SQL可以包含對(duì)數(shù)據(jù)的增（insert）、刪（delete/drop）、改（update）、查（select）。Coordinator利用數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)化器生成執(zhí)行計(jì)劃，每個(gè)DN會(huì)按照?qǐng)?zhí)行計(jì)劃的要求去處理數(shù)據(jù)。

因?yàn)閿?shù)據(jù)是通過(guò)一致性Hash技術(shù)均勻分布在每個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此DN在處理數(shù)據(jù)的過(guò)程中，可能需要從其他DN獲取數(shù)據(jù)，GaussDB 提供了三種stream流（廣播流、聚合流和重分布流）來(lái)降低數(shù)據(jù)在DN節(jié)點(diǎn)間的流動(dòng)。

DN將結(jié)果集返回給Coordinate進(jìn)行匯總。Coordinator將匯總后的結(jié)果返回給業(yè)務(wù)應(yīng)用。

關(guān)鍵技術(shù)二： GTM-Lite技術(shù)

GTM-Lite技術(shù)可以在保證事務(wù)全局強(qiáng)一致的同時(shí)，提供高性能的事務(wù)處理能力，避免了單GTM的性能瓶頸。

這里的高性能事務(wù)管理指的是無(wú)鎖、多版本、高并發(fā)事務(wù)技術(shù)。

而且分布式的GTM-Lite方案提供全局事務(wù)快照和提交號(hào)管理，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)一致性，且無(wú)中心節(jié)點(diǎn)性能瓶頸。

關(guān)鍵技術(shù)三：基于NUMA-Aware實(shí)現(xiàn)高性能事務(wù)處理

基于鯤鵬CPU的NUMA-Aware數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)，性能更強(qiáng)。

關(guān)鍵技術(shù)四：集群HA，多層級(jí)冗余實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)單點(diǎn)故障

GaussDB(openGauss)通過(guò)硬件冗余、實(shí)例冗余、數(shù)據(jù)冗余，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)無(wú)單點(diǎn)故障，高可用。

其中硬件高可用包括存儲(chǔ)磁盤RAID冗余、網(wǎng)絡(luò)雙交換機(jī)冗余、多網(wǎng)卡冗余、主機(jī)UPS電源保護(hù)。

軟件高可用則包括協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)CN實(shí)例多活冗余、數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)/全局事務(wù)管理/ 集群管理器實(shí)例Active-Standby冗余。

除此之外，還支持軟硬件故障檢測(cè)，最終進(jìn)一步保障數(shù)據(jù)庫(kù)的高可用。

關(guān)鍵技術(shù)五：跨AZ/Region容災(zāi)技術(shù)帶來(lái)高可用

集群內(nèi)HA，數(shù)據(jù)不丟失，業(yè)務(wù)秒級(jí)中斷；同城跨AZ容災(zāi)，數(shù)據(jù)不丟失，分鐘級(jí)恢復(fù)，以及兩地三中心部署。

除了同城跨AZ和兩地三中心，GaussDB(openGauss)還在探索異地多活，其主要特征有：

支持多中心統(tǒng)一查詢及全局一致讀，整體資源利用率高；

靈活的高可用方案：通過(guò)配置多副本，可以實(shí)現(xiàn)DC，AZ，Region級(jí)高可用容災(zāi)策略；

負(fù)載分擔(dān)及故障無(wú)縫切換；

支持平滑在線擴(kuò)容。

關(guān)鍵技術(shù)六：Scale-out在線橫向擴(kuò)展帶來(lái)高擴(kuò)展

GaussDB(openGauss)支持單集群最大256節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展下能夠獲得卓越的性能線性比，同時(shí)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)容能夠做到完全在線，對(duì)客戶透明。節(jié)點(diǎn)擴(kuò)容完成后DN數(shù)據(jù)自動(dòng)重分布，CN自動(dòng)完成負(fù)載均衡。

最后，除了帶來(lái)GaussDB(openGauss)分布式關(guān)鍵特性解讀之外，在1024程序員狂歡節(jié)期間，華為云還準(zhǔn)備了一大波技術(shù)干貨直播活動(dòng)，既能學(xué)技術(shù)，還能抽盲盒、錦鯉大禮包。

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