极光数据库-上游的散布式数据库处置方案 (极光数据库)

文章编号：11087 更新时间：2024-03-16 分类：互联网资讯 阅读次数：次

资讯内容

作者：辰宇

私有协定是什么？

PolarDB-X作为阿里巴巴自主研发的云原生散布式数据库，经过将数据拆分到多个基于MySQL开展而来的存储节点DN，每个存储节点DN承当适合的并发、数据存储和计算负载，计算节点处置散布式逻辑，最终获取一个具有稳固牢靠、高度裁减性的散布式相关型数据库系统。计算节点和存储节点之间的通讯协定，即集群外部通讯协定，是系统的关键组成局部。

PolarDB-X的前身为TDDL两边件，经过在运行端上驳回Sharding技术，应答高速增长的数据量，由于后端一致为MySQL，两边的通讯协定为传统MySQL的查问协定。1.0时代的DRDS+RDS的组合也间断了之前两边件的技术路途，雷同驳回MySQL的SQL查问协定作为计算节点和存储节点的数据传输协定。

只管SQL示意查问具有繁复易读，不用关心后端存储的物理成功等好处，但关于进入2.0时代（云原生散布式数据库）的PolarDB-X来说，计算节点和存储节点存在更多的数据交互，存储节点也不只仅承当存储和处置个别SQL查问的配置，这时传统的SQL查问协定便显得力所能及了。

传统的SQL协定基于一问一答的阻塞式模型，是针对C/S形式的运行而设计的，没有思考两个节点间承载少量会话的须要。而目前经常出现的散布式系统，特意是散布式数据库，为了保障事务性，节点间须要维持多条处于不共事物的会话。因此散布式数据库在集群外部往往都会成功一套自己的通讯协定，理论都会选用RPC形式成功。例如OceanBase基于Libeasy库，成功了ObRPC，成功了集群内异步化通讯。TiDB则间接经常使用了gRPC作为和TiKV的通讯协定。为了充散施展PolarDB-X底层存储的初级个性，同时处置传统SQL协定作为外部通讯协定的局限性，私有协定应运而生。基于私有协定的加持，可以绕过传统的MySQLServer层的解析和优化开支，间接和底下的InnoDB/X-Engine存储引擎启动高效交互，同时裁减并允许了全局时钟协定交互、Plan计算下推等才干，这也使得PolarDB-X逐渐脱离原有两边件的领域，演化为云原生的散布式数据库。

PolarDB-X的私有协定作为计算节点和存储节点之间的桥梁，关键成功查问下发和结果回传等基础配置，同时针对一些罕用的场景启动了不凡优化。私有协定不只具有传统SQL接口口头SQL查问的配置，还能间接口头自定义的口头方案，使得计算节点和存储节点之间的交互愈加灵敏可控。同时为了优化网络交互性能，改善高并发多衔接场景下稳固性，私有协定设计时也自创了RPC的处置思绪，驳回了异步化协定设计、会话衔接解耦、实例级衔接池、流量控制等机制，处置了大局部经常使用传统衔接池遇到的疑问，使得PolarDB-X的性能和稳固性都有所优化。

私有协定的设计和成功

兼容性&裁减性

聊到网络通讯协定，首先须要思考的就是协定兼容性。作为散布式系统，整个系统的变卦都无法能是一步成功的，在更新或变配环节中，都或者出现多个不同版本的客户端或服务端。特意是在PolarDB-X中，存在计算节点和存储节点，在启动更新时，每个节点都或者存在更新前后两个版本，若通讯协定出现了更新，则须要协定具有向前向后兼容的才干。

PolarDB-X私有协定在设计时充沛思考了这种状况，除了定长的协定头，一切通讯协定信息均经常使用protobuf启动序列化，即使新增了额外的字段，旧版本的节点也能反常上班。思考到系统的演进，私有协定允许基于SQL语句的查问，成功对SQL接口的齐全交流，这局部裁减了MySQL官网的MySQLXprotocol的成功，提供最大的兼容性。如下展现了PolarDB-X私有协定中SQL口头的message定义，在原有StmtExecute基础上，参与了一些额外字段，优化了会话高低文复原速度，可防止经过额外SQL启动设置。

messageStmtExecute{optionalstringnamespace=3[default="sql"];requiredbytesstmt=1;repeatedPolarx.Datatypes.Anyargs=2;optionalboolcompact_metadata=4[default=false];//Extendedfieldsforfastcontextrestore.optionalstringschema_name=5;repeatedPolarx.Datatypes.SessionVariablesession_variables=6;optionalstringencoding=7;optionalint32token=8;optionalboolreset_error=9;optionaluint64snapshot_seq=10;optionaluint64commit_seq=11;}

会话衔接解耦&异步化&流量控制

在传统SQL接口中，一个TCP衔接只能运转一个SQL会话，思考到传统单机MySQL是作为一个服务端对外提供服务的，这个设计是十分正当的。但在PolarDB-X外部，MySQL被作为外部存储，在散布式系统中，存在多个计算节点和存储节点，在多衔接复杂查问的场景下，后端会话数会由于数据分片的状况被成倍的加大，这时一个TCP衔接对应一个SQL会话这种成功反而会带来局限性。由于TCP衔接存在三层握手、内核TCP协定栈开支、衔接鉴权等要素，使得灵活扩容衔接数是十分重的操作，而保管少量衔接不只消耗了少量系统资源同时参与了保养衔接牢靠的老本。

针对传统SQL接口衔接池的局限性，PolarDB-X私有协定驳回了会话衔接解耦的战略，即驳回在协定包头中参与SessionId字段，标志会话ID，实如今同一个TCP衔接上并行运转多个SQL会话。

struct{uint64sid;//Sessionid.Default-1.uint32length;uint8message_type;opaquemessage_payload[Message.length-1];}Message;

在PolarDB-X的存储节点上，经常使用一个独立的调度线程处置TCP上收到的信息，该线程担任会话的创立及生命周期治理，同时将解码后的信息放到对应的会话FIFO队列中，由MySQL的义务口头线程启动口头，指令口头成功后，由session所在TCP的socket前往口头结果。

基于PolarDB-X存储节点恳求处置的FIFO个性，PolarDB-X计算节点经常使用异步伐用和恳求流水线的形式，最大化降低多指令的提前。

多会话复用TCP衔接，只管降低了会话开支，但带来的额外的局限，最典型的疑问则是多个session关于TCP通道的争抢。举个便捷例子，一个TCP衔接上，有一个点查和一个全表扫描的恳求，计算节点全表扫描的消费速度没有发送快，造成该TCP通道被全表扫描的数据占据，点查结果无法及时发送过滤。针对这种场景，PolarDB-X私有协定设计了令牌机制，经过令牌对存储节点的消费者启动背压，而不是经过TCP的滑动窗口，从而保障短查问的时效性。同时在衔接经常使用战略上，优先经常使用闲暇衔接，而不是优先复用，尽或者防止争抢的状况。

口头方案传输

SQL只管能精简地形容一个查问，但这是须要额外经常使用解析器和优化器为代价的，在PolarDB-X中，计算节点和存储节点之间的数据传输指令也是用SQL成功的。然而在点查等便捷的查问场景下，SQL的解析优化也成为制约存储节点吞吐量的一个瓶颈。PolarDB-X私有协定联算计算节点的个性，在优化阶段将下推广动的查问间接转换为不凡的口头方案。存储节点经过私有协定收到口头方案后，不用启动SQL解析和优化，间接启动数据的读取和处置。在实践测试中，雷同吞吐量下，经常使用口头方案相关于经常使用SQL查问，存储节点的CPU的降低了50%，查问平均提前也有近30%的降低。

初级查问个性允许

在OLAP义务中，常须要从存储节点拉取少量数据到计算节点启动处置，这对传输协定也是很大的应战。PolarDB-X计算节点在内存中经常使用紧凑的列式数据存储结构，并借助向量化优化数据处置速度。PolarDB-X私有协定针对这种运行场景，经过自定义的传输格局的形式，可以间接以列式形式传输结果集，绕过传统传输协定行式传输带来的计算节点行转列的损失。同时针对列式数据格局的个性，后续也将具有紧缩及紧缩后计算的才干，进一步优化网络和内存的开支。

在复杂查问中，不只传输的数据量大，同时复杂join也是十分经常出现的状况。经过参与runtimefilter是一种有效的优化方法，然而在基于传统MySQL作为存储单元的状况下，这种初级过滤难以经过SQL启动示意。PolarDB-X中经常使用私有协定成功了bloomfilter的传递，间接在存储节点上对数据启动过滤，极大缩小了网络传输的压力。更多有用的初级查问个性，例如存储节点数据按规定被动散发、形态推送等也将逐渐参与到PolarDB-X私有协定之中。

性能对比

经常使用私有协定后，最间接成果则是性能的优化，在点查场景下，私有协定相关于走SQL协定能极大降低后端存储的压力，同时优化吞吐量。

sysbench-select

通讯协定	节点CPU
私有协定
DRUID+JDBC

sysbench-oltp

通讯协定	节点CPU
私有协定
DRUID+JDBC

展望

PolarDB-X私有协定成功了对MySQL传统SQL查问协定的交流，并针对散布式数据库的不凡场景启动了裁减和变革。未来将在查问性能、网络开支和配置裁减上进一步优化和变革，优化PolarDB-X计算节点和存储节点的交互效率，为高性能PolarDB-X奠定松软的基础。

参考文档

TiKV源码解析系列文章（一）序

一文详解OceanBase通讯协定层

IntroductiontogRPC

Coreconcepts,architectureandlifecycle

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