阿里云POLARDB實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比混合全閃云原生數(shù)據(jù)庫(kù)

在云時(shí)代，一切變化皆有因。

許多年以前，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)一統(tǒng)天下，企業(yè)用戶的核心應(yīng)用也是基于這樣的底層而構(gòu)建，集中式架構(gòu)代表著一個(gè)時(shí)代。

現(xiàn)在，云計(jì)算深入各行各業(yè)，來(lái)自公共云供應(yīng)商層出不窮的創(chuàng)新，也在數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域開(kāi)拓出來(lái)了一片新天地，以分布式架構(gòu)為代表的一個(gè)新時(shí)代，正在以前所未有的速度革新著全球數(shù)以千計(jì)、萬(wàn)計(jì)的用戶。

而這一切的變化，皆來(lái)自企業(yè)用戶數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來(lái)的影響與結(jié)果。

All in Cloud，云原生數(shù)據(jù)庫(kù)生逢其時(shí)

在2019年3月，一則業(yè)內(nèi)消息引發(fā)了我的注意，阿里云POLARDB成為業(yè)內(nèi)首個(gè)兼容Oracle的云原生數(shù)據(jù)庫(kù)，并為企業(yè)用戶提供多樣化的數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案，以此方便企業(yè)用戶將其應(yīng)用程序遷移和部署到云上。

阿里云在數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域的激流勇進(jìn)，足顯公共云供應(yīng)商在滿足企業(yè)用戶需求上的努力與創(chuàng)新。

在企業(yè)All in Cloud時(shí)代，云原生數(shù)據(jù)庫(kù)兼具開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)的易用、開(kāi)放特點(diǎn)，以及傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的管理和處理性能等優(yōu)勢(shì)，成為企業(yè)的首選。為了更好地滿足企業(yè)用戶對(duì)于云的需求，Oracle這樣的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)廠商也在不斷走向云化，對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)廠商來(lái)說(shuō)，邁向云計(jì)算的轉(zhuǎn)型中，自然少不了為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品加入適應(yīng)云計(jì)算的特性、功能與服務(wù)。

不過(guò)，以阿里云、AWS等公共云供應(yīng)商的云原生數(shù)據(jù)庫(kù)激進(jìn)派，卻已經(jīng)在該領(lǐng)域打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

早在2014年，AWS發(fā)布了全球首個(gè)云原生關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)Aurora。

阿里云緊跟其后，2017年，面向全球發(fā)布了自研的首個(gè)云原生數(shù)據(jù)庫(kù)POLARDB，然而性能卻在當(dāng)時(shí)達(dá)到了Aurora的兩倍左右。

全球公共云供應(yīng)商在數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域的創(chuàng)新動(dòng)力也令傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)廠商驚訝不已，公共云供應(yīng)商基于分布式創(chuàng)新架構(gòu)帶來(lái)的新機(jī)遇，互相在云原生數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域你追我趕，也加速了云原生數(shù)據(jù)庫(kù)在更多行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

由此而來(lái)，作為企業(yè)IT系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)庫(kù)在過(guò)去多年中發(fā)展趨于緩慢，在云計(jì)算大潮的推動(dòng)下卻又呈現(xiàn)出一派勃勃生機(jī)。隨著企業(yè)數(shù)字化進(jìn)程的加快，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)固有的防線正在被一點(diǎn)點(diǎn)破裂，云原生數(shù)據(jù)庫(kù)生逢其時(shí)，也為企業(yè)用戶帶來(lái)了云時(shí)代特有的價(jià)值和應(yīng)用創(chuàng)新動(dòng)能。

讓存儲(chǔ)與計(jì)算分離，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)解放新IT

在云時(shí)代數(shù)據(jù)成為企業(yè)用戶的資產(chǎn)的時(shí)候，云計(jì)算也就成為了企業(yè)新時(shí)期的新IT。

可是，企業(yè)用戶面臨數(shù)字化轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)中，海量數(shù)據(jù)和海量并發(fā)帶來(lái)的難題再一次束縛了企業(yè)IT的生產(chǎn)力。

如何再一次解放IT生產(chǎn)力？那么這就必然需要一個(gè)有著天然分布式基因的底層數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)做強(qiáng)大的支撐，否則，這一切的發(fā)展都很難再繼續(xù)進(jìn)行。

然而，想要推出這樣一款強(qiáng)大的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，必然也需要一個(gè)大規(guī)模應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)進(jìn)行不斷的驗(yàn)證與創(chuàng)新。

毋庸置疑，阿里已經(jīng)擁有了一支全球頂級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)團(tuán)隊(duì)。研發(fā)能力強(qiáng)大的同時(shí)，加上應(yīng)用場(chǎng)景的強(qiáng)大，從而讓阿里分布式數(shù)據(jù)庫(kù)得到了前所未有的發(fā)展。

比如多年以來(lái)阿里在雙11全球最高峰值的打磨下，也讓阿里巴巴在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)經(jīng)受住了嚴(yán)苛的實(shí)際考驗(yàn)。

誰(shuí)都知道像雙11這樣的場(chǎng)景，全球范圍內(nèi)也是特例了，對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)承載的數(shù)據(jù)規(guī)模和并發(fā)量，也十分驚人。

相對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，阿里云分布式數(shù)據(jù)庫(kù)有著天然分布式的良好基因。

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)采用單節(jié)點(diǎn)架構(gòu)，存儲(chǔ)和計(jì)算綁定在一起，這對(duì)于當(dāng)前企業(yè)用戶有著大規(guī)模應(yīng)用與并發(fā)的場(chǎng)景下，很難適應(yīng)得了。

分布式數(shù)據(jù)庫(kù)采用解耦合的共享存儲(chǔ)，通過(guò)RDMA網(wǎng)絡(luò)形成分布式共享存儲(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)一寫(xiě)多讀共享存儲(chǔ)的模式。

共享存儲(chǔ)的是一份數(shù)據(jù)，不再針對(duì)分布式節(jié)點(diǎn)之間看數(shù)據(jù)狀態(tài)，目前分布式共享存儲(chǔ)還不能無(wú)限制擴(kuò)展，阿里云只能十多個(gè)到二十個(gè)左右存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的共享實(shí)現(xiàn)。

如果要更大擴(kuò)展，就需要分庫(kù)分表，阿里云不需要對(duì)用戶業(yè)務(wù)邏輯做深度改造，原生分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯做最小改動(dòng)，允許業(yè)務(wù)邏輯跨共享的查詢和事務(wù)處理，分布式事務(wù)、分布式查詢的優(yōu)化可以盡量減少對(duì)業(yè)務(wù)邏輯的改變。

阿里云POLARDB采用了存儲(chǔ)與計(jì)算分離的設(shè)計(jì)理念，數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)之間采用高速網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，并通過(guò)RDMA協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使得I/O性能不在成為瓶頸。

由此，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)帶來(lái)了計(jì)算與存儲(chǔ)的分離，底層支撐的強(qiáng)大，自然為數(shù)字化轉(zhuǎn)型加速的企業(yè)用戶再一次解放了新IT的生產(chǎn)力。

POLARDB性能強(qiáng)大，源自背后推手的秘訣

POLARDB以分布式共享存儲(chǔ)架構(gòu)為基礎(chǔ)，其中一個(gè)關(guān)鍵在于：使用了英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)(SSD)和英特爾?3DNAND固態(tài)盤(pán)。

為了滿足企業(yè)用戶在公共云中的數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)遷移等應(yīng)用需求，隨著阿里云POLARDB的創(chuàng)新，一種新的DBaaS模式也為企業(yè)帶來(lái)了云時(shí)代的便利。

當(dāng)然，阿里云POLARDB的DBaaS模式采用了軟件定義的創(chuàng)新性，并使用了兩種SSD。一類(lèi)SSD是來(lái)自英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)，具有快速、低延遲的特點(diǎn)；另一類(lèi)SSD也是來(lái)自英特爾?3DNAND固態(tài)盤(pán)，具有低成本、高容量的優(yōu)勢(shì)。

POLARDB有著如此優(yōu)秀的表現(xiàn)，必然少不了背后推手的秘訣。

進(jìn)一步分析來(lái)看，POLARDB在軟件層將高速、高容量的英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)和高吞吐量的英特爾?3DNAND固態(tài)盤(pán)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)混合型存儲(chǔ)層。這種采用兩類(lèi)SSD相結(jié)合的方式，與存儲(chǔ)層只使用英特爾?3DNAND固態(tài)盤(pán)相比，整體性價(jià)比高出很多。由此，在這樣的混合型存儲(chǔ)層應(yīng)用模式下，也讓企業(yè)從中受益匪淺。

為了實(shí)現(xiàn)卓越的存儲(chǔ)效率、高QoS、高IOPS、高吞吐量和始終如一的性能，POLARDB所有軟硬件設(shè)計(jì)均采用高可靠性、高可用性的云原生設(shè)計(jì)，從而也實(shí)現(xiàn)了高效協(xié)同，包含與底層英特爾?硬件的協(xié)同。

然而，POLARDB在采用了英特爾兩類(lèi)SSD混合型應(yīng)用模式后，其性能的強(qiáng)勁，卻在成本上也尤為突出。這樣的性能表現(xiàn)，只需要傳統(tǒng)內(nèi)部部署的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)大約一成的成本。

因此，英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)和英特爾?3DNAND固態(tài)盤(pán)相結(jié)合，明顯有助于POLARDB降低用戶成本，優(yōu)化存儲(chǔ)性能。并且，英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)幫助阿里云消除了數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)瓶頸，可容納更大、更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的的數(shù)據(jù)集，加快了應(yīng)用速度，降低了對(duì)延遲敏感的工作負(fù)載的事務(wù)成本，降低了POLARDB的數(shù)據(jù)中心總擁有成本(TCO)。

目前，企業(yè)用戶可以在每個(gè)POLARDB存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)都使用一個(gè)英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)P4800X系列硬盤(pán)來(lái)快速創(chuàng)建日志記錄和索引。同時(shí)，可以使用若干英特爾?DC固態(tài)盤(pán)P4500系列硬盤(pán)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。阿里云存儲(chǔ)性能開(kāi)發(fā)套件(SPDK)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入每個(gè)英特爾?3DNAND固態(tài)盤(pán)的NVMe接口，而不必訪問(wèn)同步的內(nèi)存。

在部署英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)之前，用戶的日志記錄和數(shù)據(jù)一并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心內(nèi)基于NVMe的英特爾?固態(tài)盤(pán)上，需要訪問(wèn)同步的內(nèi)存。

可見(jiàn)，繞過(guò)同步的內(nèi)存可以提高POLARDB的性能，降低延遲。

當(dāng)然，對(duì)于企業(yè)用戶來(lái)說(shuō)，采用POLARDB還有其他性能優(yōu)勢(shì)：

一是，使用基于融合以太網(wǎng)的RDMA(RoCE)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來(lái)降低延遲，減輕CPU負(fù)載，提高帶寬；

二是，借助軟件定義的堆棧繞過(guò)Linux*內(nèi)核，可以讓POLARDB以用戶模式運(yùn)行，有助于降低開(kāi)銷(xiāo)；

三是，無(wú)需使用二進(jìn)制日志，縮短了事務(wù)時(shí)間，降低了輸入/輸出(I/O)開(kāi)銷(xiāo)。

不過(guò)，如今的阿里云POLARDB數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)升級(jí)到了2.0版本，其性能也達(dá)到了一個(gè)新的高度。

POLARDB的2.0版本可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)一百萬(wàn)每秒輸入/輸出(IOPS)，而且只有毫秒級(jí)的延遲。POLARDB還可以在10分鐘內(nèi)按需縱向或橫向伸縮。目前，POLARDB可以實(shí)現(xiàn)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)做到100TB容量，讓跨區(qū)域、跨共享區(qū)的復(fù)雜度降低。相比之下，同類(lèi)解決方案只能達(dá)到64TB。

與此同時(shí)，POLARDB在存儲(chǔ)容量和克隆操作上有著自動(dòng)伸縮的優(yōu)越特性。而且，POLARDB與MySQL5.6和5.7完全向后兼容，這不僅彰顯了POLARDB性能的優(yōu)越性，同時(shí)也彰顯了對(duì)生態(tài)兼容的開(kāi)放性。

展望阿里云POLARDB數(shù)據(jù)庫(kù)的未來(lái)發(fā)展，必然也是需要SSD技術(shù)廠商的長(zhǎng)期持續(xù)不斷的合作，這樣更利于數(shù)據(jù)庫(kù)性能的極大發(fā)揮。

綜上所述，英特爾與阿里云等客戶密切合作，共同攜手，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)在云時(shí)代的創(chuàng)新，不斷幫助全球用戶改善企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的體驗(yàn)，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化進(jìn)程的加速。