PolarDB：產品概述

什麼是PolarDB

PolarDB是阿里巴巴自研的新一代雲原生資料庫，在計算儲存分離架構下，利用了軟硬體結合的優勢，為使用者提供具備極致彈性、高效能、海量儲存、安全可靠的資料庫服務。100%相容MySQL和PostgreSQL生態，高度相容Oracle文法。

PolarDB共有三個引擎，分別為PolarDB MySQL版、PolarDB PostgreSQL版、PolarDB分布式版。經過阿里巴巴多年雙十一活動的最佳實務驗證，讓使用者既享受到開源的生態靈活性，又獲得商業雲原生資料庫的高效能和安全等企業級能力。

PolarDB MySQL版和PolarDB PostgreSQL版產品架構

PolarDB MySQL版和PolarDB PostgreSQL版均為計算儲存分離、共用儲存的架構，通過雲原生架構、軟硬體一體化、共用分布式儲存的設計，主節點和唯讀節點使用物理複製、RDMA網路低時延，能夠快速同步資料，徹底解決了主從非同步複製所帶來的備庫資料非強一致的問題，使得整個資料庫叢集在應對任何單點故障時，都可以保證資料零丟失，同時實現秒級節點擴縮容。

核心組件

• Proxy

PolarDB通過內部的代理層Proxy對外提供服務，應用程式的請求都先經過代理層，然後訪問到資料庫節點。代理層不僅可以做安全認證、保護和會話保持，還可以解析SQL，把寫操作發送到主節點，把讀操作均衡地分發到多個唯讀節點，實現自動的讀寫分離。

• 計算節點

一寫多讀叢集內有一個讀寫節點以及多個唯讀節點，多主叢集（僅MySQL版支援）內可支援多個讀寫節點和多個唯讀節點，計算節點主要提供資料庫SQL引擎功能，分為通用規格和獨享規格。

• 共用儲存

叢集內的多個節點共用儲存資源，單叢集支援最高100 TB儲存空間。

架構優勢

• 大容量

儲存最高100 TB，不再需要因為單機容量的天花板而去購買多個執行個體做分區，從而簡化應用開發，降低營運負擔。

• 低成本

計算儲存分離架構下，每增加一個唯讀節點只收取計算資源的費用，而傳統的備節點或唯讀節點同時包含計算和儲存資源，每增加一個節點都需要支付相應的儲存費用。

• 分鐘級擴縮容

計算儲存分離的架構配合容器虛擬化和共用儲存技術，使得增減節點只需5分鐘。儲存容量自動線上擴容，無需中斷業務。

• 讀一致性

叢集地址利用LSN（Log Sequence Number）確保讀取資料時的全域一致性，避免因為主備延遲引起的不一致。

• 毫秒級延遲（物理複製）

利用基於Redo的物理複製代替基於Binlog的邏輯複製，提升主備複製的效率和穩定性。即使對大表進行加索引、加欄位等DDL操作，也不會造成資料庫的延遲。

• 秒級快速備份

利用底層分布式儲存的快照技術，只需分鐘層級即可完成對TB級資料量大小的資料庫的備份，且整個備份過程不需要加鎖，效率更高，影響更小，對應用程式幾乎無影響，全天24小時均可進行備份。

PolarDB分布式版產品架構

PolarDB分布式版採用了基於計算儲存分離的Share Nothing系統架構，該架構使使用者可以根據業務需要進行分層容量規劃，實現大規模擴充。

核心組件

• 中繼資料服務（Global Meta Service，GMS），主要提供分布式的中繼資料，提供全域授時服務（TSO），維護Table/Schema、Statistic等Meta資訊、維護帳號、許可權等安全資訊。

• 計算節點（Compute Node，CN），主要提供分布式SQL引擎，包含核心的最佳化器和執行器。基於無狀態的SQL引擎提供分布式路由和計算，解決分散式交易2PC協調、分布式DDL執行、全域索引維護等。

• 儲存節點 （Data Node，DN），主要提供資料存放區引擎，基於多數派Paxos共識協議提供高可靠儲存、分散式交易的MVCC多版本儲存，另外提供計算下推能力滿足分布式的計算下推要求（比如Project/Filter/Join/Agg等下推計算），可支援本地碟和共用儲存。

• 日誌節點（Change Data Capture，CDC），主要提供相容MySQL生態的主備複製協議，相容Binlog協議和資料格式、支援主備複製Replication的協議和互動。

架構優勢

• 高可用

經過阿里巴巴多年雙十一驗證的X-DB（X-Paxos共識協議能力），提供資料強一致，保證節點故障切換時RPO=0。另外支援多樣化的部署和容災能力，比如基於Paxos強同步的同城三機房、三地五中心，另外搭配Binlog非同步複製的兩地三中心、異地災備、異地多活等。尤其在異地長距離傳輸上，基於Batching&Pipelining進行網路最佳化來提升效能。

• 高相容

PolarDB分布式版主要相容MySQL，包括SQL、函數類型等，技術上引入全域時間授時服務，提供全域一致性的分散式交易能力，通過TSO+2PC提供資料庫完整的ACID能力，滿足分布式下的Read-Committed/Repeatable-Read的隔離等級。同時在分散式交易的基礎上，提供全域二級索引能力，通過事務多寫保證索引和主表資料強一致的同時，引入基於代價的CBO最佳化器實現索引選擇。除此以外，在中繼資料和生態對接層面，PolarDB分布式版基於Online DDL的技術提供了分布式下中繼資料的一致性。同時硬體層面，相容主流國產作業系統和晶片認證，比如麒麟、鯤鵬、海光等。另外在業界主流的分散式資料庫裡，分布式下的Redolog/Binlog等資料庫變更日誌其實一直被廠商所忽視，從關聯式資料庫的發展歷史來看，生態和標準對於市場規模化非常重要，PolarDB分布式版支援BinlogLog Service，相容和擁抱MySQL資料庫生態，可以將PolarDB分布式版當做一個MySQL庫，採用標準的Binlog dump協議擷取Binlog日誌。

• 高擴充

PolarDB分布式版基於Share Nothing的架構支援水平擴充，同時支援資料庫線上擴縮容能力，在OLTP情境下可支援千萬層級的並發、以及PB層級的資料存放區規模，同樣在OLAP情境下，引入MPP並行查詢技術，擴充機器後查詢能力可線性提升，滿足TPC-H等的複雜報表查詢訴求。

• HTAP

隨著移動互連網和IoT裝置的普及，資料會產生爆炸式的增長趨勢，傳統的OLTP和OLAP的解決方案是基於簡單的讀寫分離或者ETL模型，將線上庫的資料以T+1的方式抽取到資料倉儲中進行計算，這種方案存在儲存成本高、即時性差、鏈路和維護成本高等缺陷。PolarDB分布式版設計中支援OLTP和OLAP的混合負載的能力，可以在一個執行個體裡同時運行TPC-C和TPC-H的benchmark測試，保證AP的查詢不影響TP流量的穩定性。核心技術層面也有所創新，比如在計算層精確識別出TP和AP的流量，結合多副本的特性和多副本的一致性讀能力，將TP和AP智能路由到不同的副本上，同時在AP鏈路上預設開啟MPP並行查詢技術，從而在滿足隔離性的基礎上，線性提升AP的查詢能力。