简介：本篇内容为 2021 云栖大会 - 企业级云原生数据库最佳实际论坛中，阿里云数据库高级技术专家 宋利兵对于“阿里云企业级自治数据库 RDS 详解”的分享。
本文将从 2 方面为大家介绍企业级的自治的数据库系统。
- RDS MySQL 产品
- RDS MySQL 自研内核
一、RDS MySQL 产品
1）阿里云 RDS – 云原生自治数据库
阿里云 RDS 是国内起步最早的 RDS 服务，基于阿里巴巴的 MySQL 分支 AliSQL。在阿里巴巴实现 IOE 指标后，阿里巴巴整个电商业务由 RDS 撑持。RDS 的可靠性和稳定性是通过了双十一这样极其刻薄的事实场景的验证的。通过十几年的倒退，除了在稳定性、性能等方面有长足的倒退之外，阿里云 RDS 也在动摇的向云原生和智能化的方向迈进，当初 RDS 整体架构基于云原生 K8S 进行部署和治理，底层依靠于阿里云的高性能 ECS 和高吞吐的 ESSD 分布式云存储，真正做到了计算和存储的拆散。基于人工智能的技术和专家的教训，实现 DAS 的 RDS 自治能力。
2）RDS MySQL 产品 – 服务高可用
从产品层面看，高可用是 MySQL 生态里经典的架构，通过 binlog 进行复制，RDS 提供跨可用区的高可用，能够做到 4 个 9 的可用性和秒级的切换。
除了经典的两节点架构，RDS 还基于多数派协定提供了三节点高可架构。在三节点高可用架构中，包含主和备两个数据节点和一个日志节点，让用户的数据 0 失落做到 RPO 等于 0。这个复制不是用 MySQL 原生 binlog 复制，而是采纳本人实现的多数派协定 (Consensuse) 进行 binlog 的散发。
除了热备、RDS 也提供了冷备的能力。RDS 能够周期性做全量数据备份、以及实时 binlog 的备份，并把数据上传到 OSS 上。如果有数据恢复需要时，能够疾速通过 OSS 进行数据恢复。
3）RDS MySQL 产品 – 资源池化和云原生
在计算与存储拆散的架构下，RDS 实例能够提供高达 32TiB 的存储量。全量数据备份采纳的是快照的形式进行的，无论用户数据有多大，都能够做到秒级备份，真正做到用户无感。基于秒级的数据快照能力，RDS 做到了分钟级的实例创立。创立只读实例大略在两三分钟就能够实现。
4）RDS MySQL 产品 – 主动读写拆散
只读节点是 MySQL 里经典的架构，通过创立只读实例扩大读的能力，阿里云的 RDS 上提供两头介让用户利用不做批改主动实现读写拆散。提供多地址的读写拆散能够把不同的业务用不同的地址拜访，益处是业务之间不会相互影响和地址的隔离性能十分好。
5）RDS MySQL 产品 – 企业级数据安全
当初平安越来越被器重，云上有很多用户有合规、审计等需要，RDS 为用户提供了全链路加密的能力、以及审计日志等平安能力，除此之外，用户还能享受到阿里云网络层面和操作系统层面的平安设施。从整体看，能够做事前、事中、预先十分严格的平安合规要求。
6）RDS MySQL 产品 – 整体架构
RDS 不只有 MySQL 的内核还有很多模块一起为用户服务，用户只需通过控制台进行管制，或者通过 OpenAPI 来创立或者治理实例就能够了，剩下的工作由 RDS 主动实现。
二、RDS MySQL 自研内核
1）实用性：在线固化 SQL 执行打算
在线上应用 RDS 的时候会用户会遇到 SQL 特地慢的状况，因为一些起因 SQL 可能没有抉择到最优执行打算，MySQL 提供 hint 的性能，用户能够在 SQL 语句里加 hint 来提醒 MySQL 是否要应用索引，或者是否开启某一项优化器的策略。通过 Hint 来进步 SQL 的执行效率。为什么这个性能用户用得很少？因为当发现 SQL 慢的时候，利用曾经在线运行了。这时批改利用里的 SQL、可能须要一个漫长的过程、甚至不可能批改。SQL Outline 让用户能够在 RDS 服务器侧为 SQL 语句增加 Hint。只须要调用一个存储过程。比方加一个 Index Hint，只需在 add\_index\_outline 中指定这个 SQL 语句，以及对应的索引策略即可。在做规定匹配时，Where 条件中的值会主动疏忽掉，同样的语句不同的值，都会匹配到这条规定。用户的利用不须要做任何变动，加上规定后会立刻失效，这是十分实用的性能。
2）实用性：可诊断、可度量
咱们加了大量的监控和诊断信息，可分为实例级别、对象级别、语句级别三大类。
实例级别的指标十分多，把 MySQL 和零碎里的指标以秒为单位存储到表里去，让用户十分不便地通过 MySQL 语句查问。包含实例的 CPU 应用状况、内存应用状况、磁盘 IO 状况、Server 层连贯数量、网络拜访状况，曾经 InnoDB 中的大量状态信息。RDS 把这些状态信息以秒为单位记录下来，呈现问题时很容易通过状态的变动精确地定位出问题。
对象级别增加加了对表应用和 Index 应用的统计，为咱们做数据结构的调整提供了根据。
语句级别 MySQL 有一个语句级别的统计信息表，RDS 在这个表里增加了一些十分实用的信息。比方：语句应用 CPU 的工夫，MDL、InnoDB 锁期待的工夫，Mutex 的 spin、wait 的统计信息，Read/Write IO 的统计信息。这些统计项帮忙用户准疾速精准的定位 SQL 的问题。
3）稳定性：Buffer Pool 优化
云原生下须要可能做到在线规格的调整，Buffer Pool 就是很重要的资源。当规格、内存变动的时候 Buffer Pool 也须要跟着变动，MySQL 提供在线调整 Buffer Pool 大小的能力。在测试中，咱们发现 MySQL Buffer Pool Resize 会对业务流量造成肯定的影响。业务流量抖动的频率和幅度都很大（绿色线条）。阿里云 RDS 在 Buffer Pool Resize 上做了优化，优化后、Buffer Pool Resize 对业务流量的影响就好了很多(蓝色线条).
4）稳定性：并发管制
线上常常碰到某些 SQL 语句会应用大量的 CPU 资源或者内存资源。如果不做限度，可能会耗光 CPU、内存资源，导致整个实例不稳固。并发管制这个性能能够用来限度特定 SQL 的并发数量。并发管制的策略能够分为三个维度：操作类型、操作对象、关键字。操作类型指的是 SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE 四种类型。操作对象指的是库、表。并发管制和 SQL Outline 差不多，都是在 RDS 服务侧配置的。
5）安全性：通明数据加密
通明加密反对 AES 加密算法和国秘算法 SM4。因为有些单位有合规要求，必须应用国密算法。
6）安全性：回收站
回收站是表级的数据疾速找回的工具。当用户删除表或者 Truncate 表的时候，表不是间接从磁盘上删除，而是放到回收站里。用户能够设置多长时间后主动在后盾把表真正删除，当产生了误操作，谬误的删除或者清空了表时，能疾速从回收站中找回表。
7）安全性：Flashback Query
Flashback Query 提供了疾速找回数据行的能力。行级数据找回的性能利用了 Undo 外面的历史数据。RDS 能够以秒为单位，为历史数据建设快照。RDS 提供了基于工夫的快照查问机制，通过 Undo 的记录回溯到指定工夫的历史数据。当产生了误操作、或者有回档需要时，用户能够通过 SELECT 查问到指定工夫点的历史数据。
8）高性能 – Binlog In Redo
MySQL 在事务提交时要长久化 Redo 和 Binlog 文件，为了保障 Crash Safe 两个文件必须程序进行长久化对性能影响很大。RDS 会把 Binlog 同时写到 Redo 外面去，因而事务提交时，只有长久化 Redo 文件。Binlog 文件只须要在后盾异步长久化就能够了。这个性能在保证数据一致性的同时，对写性能有显著的晋升。
上图是这个性能的性能测试后果，有 30%-40% 性能峰值的晋升，在小并发的状况下甚至能超过百分之百的性能晋升。
9）高性能 – DDL 优化
当做非 Instant DDL 操作的时候，往往会解决 DDL 表的大量的 Page。MySQL 通过扫描 Buffer Pool 的 LRU 链表来实现这个操作。LRU 蕴含了 Buffer Pool 中所有的数据页，特地是对大规格的实例，扫描一遍 LRU 的工夫很长，还会影响其余 SQL 语句的执行。RDS 做了优化后，DDL 能够间接命中它的 Page，不在须要扫描 LRU。既能进步性能又能放弃实例的稳定性。上图性能测试，是在有业务流量的状况下做一次 Export Table。Export Table 的执行工夫从原来的 80 秒升高到了 0.34 秒。
上图是对 Optimize Table 的测试，在有业务流量的同时做 Optimize Table，这个表有 600MB 数据，DDL 的优化将 OPTIMIZE TABLE 的性能晋升了十几倍，由原来的 220 秒升高到了 17 秒工夫。
10）高性能 – Faster Query Cache
咱们基于 MySQL 的 Query Cache 做了重构，对并发管制、内存治理、缓存机制都做了大量的批改，在命中率较高的状况下性能失去晋升，在命中率较低的状况下对性能没什么影响，缺省的就能关上这个性能。
11）RDS MySQL 自研内核: 企业级三节点
基于自研的多数派协定来传输 Binlog。Leader 负责把 Binlog 传输到日志节点或者 Follower 节点后，达到多数派后在 Leader 节点上做事务提交，三节点本人选主造成自治的零碎，在整个的过程中没有数据失落做到 RTO 为 0。
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