一、引言

本届中国数据库技术大会（DTCC2021），不论是私有云数据库厂商，还是传统数据库厂商，都在关注云原生的技术实际，分享了很多存算拆散、DBaaS、Kubernetes等与数据库深度联合的案例。在NoSQL专题会场，热度最高的一场演讲来自华为云数据库团队，由广入深，干货满满。本文整顿自华为云数据库NoSQL架构师余汶龙的专题分享——云原生多模数据库GaussDB NoSQL架构设计，总结了以后数据库的发展趋势、GaussDB NoSQL关键技术解密以及外围竞争力。

二、数据库发展趋势

1.行业市场

中国信通院最新钻研走漏出两个重要信息：

• 将来几年，中国数据库市场将放弃23.4%的年复合增长率，中国数据库市场在寰球的份额，将从2020年的5.2%晋升到12.3%；
• 中国的国产数据库产品尽管以关系型为主，非关系型为辅，但从2000年当前，以图、时序等为代表的非关系型产品发展势头越来越好，截止2020年底，国产NoSQL数据库厂商曾经占到了40%。

2.行业趋势

受大环境的影响，国内金融、电信、政企等行业为避免潜在的供应链危险，技术层面存在国产化需要，这使得咱们的国产数据库产业进入蓬勃发展的初期。

但我国数据库行业倒退还面临2个外围问题：

• 如何放大“高要求的存量数据利用”与“仍处于倒退初期阶段的供应能力”之间的差距；
• 如何匹配“创新型数据利用”与“数据库技术演进”的正当映射关系。

如何答复上述两个问题，能够从中国信通院最新的趋势总结里找到答案：“多模实现一库多用，简化开发运维老本”、“云原生升高硬件依赖，更不便的享受新兴技术红利”。

因而，为了更好的兼容历史数据利用（比方原先用Redis），并反对好将来的翻新利用（新增Influx），能够在多模与云原生畛域提前做好相干布局。

3.云原生数据库演进方向

数据库的倒退，按传统物理机部署到云化，大略经验了三代。

• 第一代是纯物理机、裸硬盘部署，从业人员必须关怀硬件的各种细节，包含机型、零碎、硬盘、组网等等；
• 第二代是云化的初级阶段，从业人员把数据库部署从物理机，迁徙到虚拟机VM，把物理硬盘，换成了云盘EVS。但这一代有个显著的毛病，EVS是个3正本牢靠的服务，再加上数据库本身的高可用，那么存储老本就放大了3倍；并且备机其实是资源节约的，没有提供服务；
• 第三代是云化的高级阶段，这个阶段将数据库的资源，彻底分成存储和计算两层，其中计算资源部署在更轻量级的容器之上，而存储资源部署在分布式存储池之上。很显然，这是与云原生联合更彻底的形式，充沛享受了架构的弹性、便捷，而且轻松实现了多点读写的全负荷分担能力。

4.存算拆散，分而治之

云原生数据库有两个重要的特点。首先是存算拆散。

存算拆散是一种分层的设计思维，从逻辑到性能进行明确的划分：

• 计算层更聚焦服务、产品、协定解决等事件；
• 存储层更聚焦数据自身的复制、平安、扩缩容等等。

5.多模归一，毕生万物

云原生数据库第二个重要的特点，是多模。

多模实际上是一种“归一”，也是一种“派生”。以大家相熟的NoSQL为例，MongoDB是有Mongod/Mongos/Config等组件，而对应的Cassandra其实也有Coordinate Node/Data Node等组件。尽管这些组件名字不同，但背地做的事件是一样的，即：集群治理、正本治理、扩缩容治理、以及管控等性能。

其实，齐全能够把这些性能形象成对立的架构，即“多模归一”。在这套对立架构之上，咱们再新增别的引擎就很容易了。能够疾速复用以后的成熟架构，提供不同的协定接口即可，即“毕生万物”。

6.GaussDB NoSQL详情

接下来介绍这次分享的配角——云原生多模数据库GaussDB NoSQL。

以后GaussDB NoSQL曾经反对MongoDB、Cassandra、Redis、InfluxDB等4款引擎；寰球客户1000+，脚印遍布金融、政府、电信、互联网等行业；总数据量超过10PB，每日新增超过10TB。

三、GaussDB NoSQL关键技术

1.Compaction卸载

GaussDB NoSQL采纳LSM做存储引擎，失常状况下，前台的读写会受到后盾的Compaction工作的影响，从而导致时延抖动。

因而，咱们设计了独自的Compaction工作节点，通过共享的形式，拜访用户的数据并进行Compact，再将Compact的后果利用到用户的可见版本中。这样做的话，就将用户前台的IO和后盾IO拆散，解决了时延抖动问题。

2.Flush卸载

依据LSM引擎的写入流程，能够晓得，一个数据要写入DB中，须要经验两次IO：

• 写WAL
• flush memtable

而这两次IO写的其实是雷同数据，齐全能够省掉一次。因而，咱们借助共享存储的能力，独立出一个后台任务节点。当用户前台节点须要flush memtable的时候，由后台任务节点读取WAL，并转化成L0层的SST，再利用版本，并告诉前台删除memtable。这样就极大节俭了用户前台的IO开销。

3.决裂

GaussDB NoSQL在分片策略上，采取的是Hash + Range的联合形式，因而扩容或解决热点的时候会很灵便。

比方，当chunk数量足够多时，只须要挪动chunk就能够扩容；而当某个chunk成为拜访热点时，对它做决裂就能够解决部分热点问题。

4.3AZ容灾

作为数据库产品，容灾个性是很重要的，它能够防止极其状况给用户业务带来的灾难性损失。

GaussDB NoSQL有对立的容灾设计，即存储和计算能够实现3AZ部署，同时存储层数据实现3正本强统一复制。因而在任意工夫，挂掉了任意机房的存储，都不会丢数据；而挂掉计算，也会被其余AZ的计算节点接管元数据，不会让拜访齐全中断。

四、以Redis为例看GaussDB竞争力

接下来，以应用最宽泛的NoSQL引擎Redis为例，具体介绍GaussDB NoSQL的劣势。

1.强统一

社区版Redis，主从复制是异步的，容易造成数据沉积，也有宕机丢数据危险。

GaussDB(for Redis)（下文简称高斯Redis）则是采纳强统一同步的，当用户的数据写入高斯Redis并收到返回OK，这意味着高斯Redis曾经实现了强统一的复制，数据的安全性很高。当然，这里的复制过程采纳了组提交、用户态文件系统、RDMA等技术来升高同步复制的时延。

2.高可用

高斯Redis的数据存储是共享的，即Shared Everything，因而能够容忍最多N-1个节点故障，而不影响数据的拜访。

3.弹性伸缩

高斯Redis实现了分层弹性，将资源精确的划分成计算资源、存储资源，真正做到了按需扩容：

• 当用户的计算有余时，只须要扩大计算节点；
• 当存储空间不够时，只须要扩大存储空间。

同时，扩容过程也足够晦涩：

• 计算扩容的过程，不须要拷贝数据，只须要批改路由映射即可，对业务侧的影响很小；
• 存储扩容更简略，只须要批改配额即可，对业务侧零影响。

所以计算、存储的扩容都足够轻量级，可极速实现且对业务烦扰极小。

4.全负荷分担

存算拆散的设计，让咱们把数据复制交给了存储，计算层则齐全解放。

每个节点都能够承当用户的读写申请，这跟开源Redis的主上读写来比拟，实现了2倍扩大。

五、总结

• 云原生是技术趋势

云原生是大势所趋，越来越多厂商和从业者都在提倡云原生。

华为云GaussDB NoSQL不仅仅基于云原生，还实现了多模架构，实现了多正本强统一、高可用、弹性伸缩、高性能等能力，以及具备资源复用、开发运维对立等益处。

• 华为云GaussDB NoSQL提供超交融数字化解决方案

华为云GaussDB NoSQL提供了成熟的多模个性：

• 提供高并发、低时延的Redis，助力秒杀、举荐、热搜等场景；
• 提供大容量、高频写的Cassandra，助力海量存储以及检索等场景；
• 提供非结构化、灵便扩大的MongoDB，助力大数据分析、交易等场景；
• 提供时序特色的InfluxDB，助力边缘计算、工业生产、实时监控等场景。

以上场景涵盖数字工业的方方面面，提供了残缺的一体化解决方案，不便用户一站式应用。

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本文由华为云公布