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隨著信創(chuàng)進(jìn)入深水期，國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)廠商即將面臨一個(gè)巨大的考驗(yàn)：國(guó)產(chǎn)替代必須從外圍系統(tǒng)走向高端市場(chǎng)核心系統(tǒng)。國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)能挑起“核心”的大梁?jiǎn)?？這也成為決定國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)未來(lái)格局的關(guān)鍵性問(wèn)題。
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最堅(jiān)固的堡壘：核心系統(tǒng)“去O”
在業(yè)務(wù)規(guī)模發(fā)展和政策的雙重影響下，金融行業(yè)已開(kāi)始了國(guó)產(chǎn)化改造。從2019年開(kāi)始，金融領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)替代已經(jīng)歷了三期試點(diǎn)，主要覆蓋終端機(jī)具、辦公管理類系統(tǒng)、一般業(yè)務(wù)系統(tǒng)等非核心、邊緣性系統(tǒng)，但涉及核心系統(tǒng)最難的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的替換還沒(méi)有規(guī)模發(fā)生。
金融行業(yè)核心系統(tǒng)的主要功能是處理復(fù)雜業(yè)務(wù)的賬務(wù)信息，由于涉及重要數(shù)據(jù)，銀行核心系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)延、數(shù)據(jù)一致性、安全性、高可用性等方面都有著極高要求。大多數(shù)金融企業(yè)以國(guó)外廠商提供的主機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建。其中Oracle RAC（Oracle Real Application Clusters）共享集群技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)是高端市場(chǎng)的“王牌”，是國(guó)產(chǎn)替代最難攻下的“堡壘”。
金融核心系統(tǒng)業(yè)務(wù)關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，需要快速實(shí)現(xiàn)多套系統(tǒng)的平滑遷移。然而熱門(mén)技術(shù)路線分布式架構(gòu)對(duì)上層應(yīng)用軟件的架構(gòu)設(shè)計(jì)要求較高，改造存量軟件系統(tǒng)向分布式演進(jìn)往往面臨較大困難，例如表模型的設(shè)計(jì)、SQL語(yǔ)句的調(diào)優(yōu)等，這種未知的風(fēng)險(xiǎn)是核心系統(tǒng)難以承受的。
是否有性能、功能、擴(kuò)展性、可靠性維度完全對(duì)等Oracle RAC的國(guó)產(chǎn)替換方案？近些年，很多國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)廠商想挑戰(zhàn)該技術(shù)，但由于技術(shù)難度大，實(shí)現(xiàn)共享集群技術(shù)的國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)廠商屈指可數(shù)。
共享集群：核心系統(tǒng)的“獨(dú)門(mén)絕技”
共享集群為何成為Oracle全球數(shù)據(jù)庫(kù)高端市場(chǎng)橫行二十多年的“獨(dú)門(mén)絕技”？作為Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中的一項(xiàng)核心技術(shù)，Oracle RAC是多節(jié)點(diǎn)實(shí)例的數(shù)據(jù)庫(kù)集群，被廣泛應(yīng)用在企業(yè)級(jí)核心交易數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域。
核心系統(tǒng)對(duì)業(yè)務(wù)連續(xù)性要求非常高，要求故障恢復(fù)所需時(shí)間短（RTO, Recovery Time Objective）、數(shù)據(jù)丟失量接近為零（RPO, Recovery Point Objective）。Oracle RAC的優(yōu)勢(shì)在于能保證RPO為0，容忍單點(diǎn)故障并實(shí)現(xiàn)客戶端透明切換，具有極高的高可用能力；其次，共享集群可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用透明的橫向擴(kuò)展，具有優(yōu)異的性能表現(xiàn)，非常符合核心業(yè)務(wù)場(chǎng)景的訴求。
共享集群技術(shù)可被稱之為數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域的“塔尖”技術(shù)，其開(kāi)發(fā)難度可謂是難上加難。Oracle從90年代開(kāi)始嘗試開(kāi)發(fā)Oracle并行服務(wù)器（OPS，Oracle Parallel Server，為 RAC 前身），Oracle 9i正式推出RAC形態(tài)，過(guò)程中投入大量的成本與時(shí)間進(jìn)行底層代碼的持續(xù)更新，歷經(jīng)多次迭代系統(tǒng)才逐步穩(wěn)定。目前國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)大多基于MySQL、PostgreSQL等開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)二次改寫(xiě)，受限于存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，其架構(gòu)向多活共享集群方向演進(jìn)時(shí)非常困難?？梢?jiàn)，共享集群技術(shù)架構(gòu)需要耗費(fèi)巨大的研發(fā)投入，也必須要有自研的內(nèi)核能力。
國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)如何挑起“核心”系統(tǒng)替代的大梁？基于多年的技術(shù)積累與工程實(shí)踐，全自研國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)YashanDB給出了自己的答案。
近日，深圳計(jì)算科學(xué)研究院推出了完全自主研發(fā)設(shè)計(jì)、對(duì)標(biāo)Oracle RAC的YashanDB共享集群，YashanDB不滿足于架構(gòu)的微創(chuàng)新，而是將深算院的原創(chuàng)理論融入產(chǎn)品實(shí)踐，基于自研內(nèi)核，采用單數(shù)據(jù)庫(kù)多實(shí)例架構(gòu)，所有計(jì)算節(jié)點(diǎn)提供對(duì)等的多活計(jì)算能力，節(jié)點(diǎn)之間以強(qiáng)一致性方式實(shí)現(xiàn)并發(fā)讀寫(xiě)，可為用戶提供應(yīng)用透明的高可用、高擴(kuò)展、高性能數(shù)據(jù)庫(kù)能力，是助力金融、運(yùn)營(yíng)商、政企等高端市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)國(guó)產(chǎn)替代的“殺手锏”。
YashanDB共享集群為何能挑起“核心”替代大梁？
作為國(guó)內(nèi)極少數(shù)可以做出共享集群產(chǎn)品并將其推向市場(chǎng)的廠商，深圳計(jì)算科學(xué)研究院的崖山數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)基于在內(nèi)核方面的持續(xù)創(chuàng)新與突破，攻克了共享集群的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
在可用性方面，YashanDB 共享集群提供金融級(jí)高可用能力，RPO為0、RTO<10S；在擴(kuò)展方面，支持動(dòng)態(tài)擴(kuò)縮容，提供 0.8以上線性擴(kuò)展比；在性能方面，YashanDB 共享集群可以支撐更多的用戶請(qǐng)求高效處理，具有更高的吞吐量，經(jīng)實(shí)測(cè)，在同等硬件條件下，YashanDB 共享集群 TPC-C 基準(zhǔn)測(cè)試（用于評(píng)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的聯(lián)機(jī)交易處理能力）表現(xiàn)比 Oracle RAC 高 30%。
·快速恢復(fù)與連續(xù)性技術(shù)保證金融級(jí)高可用
核心系統(tǒng)對(duì)高可用的要求非常嚴(yán)苛，采用共享集群的客戶一般都是看重其高可用能力，故障自動(dòng)切換無(wú)需運(yùn)維干預(yù)且RPO 為0。
傳統(tǒng)的主備通常選擇異步復(fù)制，故障切換時(shí)RPO 不為0，如果選擇同步復(fù)制往往可用性大大降低，略微的網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)導(dǎo)致延遲會(huì)大大增加，此外無(wú)論選擇哪種復(fù)制方式，單點(diǎn)故障后都會(huì)產(chǎn)生額外的運(yùn)維工作。而分布式系統(tǒng)帶來(lái)的應(yīng)用架構(gòu)以及運(yùn)維的復(fù)雜化，需要有較強(qiáng)開(kāi)發(fā)能力的團(tuán)隊(duì)才能駕馭。
共享集群具備天然的高可用優(yōu)勢(shì)，任何一個(gè)實(shí)例故障后都不影響應(yīng)用的連續(xù)性，YashanDB使用了快速恢復(fù)和連接連續(xù)性技術(shù)保證服務(wù)端的透明接管和客戶端的透明切換，這意味著當(dāng)單節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，YashanDB 既可以快速自動(dòng)地將故障實(shí)例的數(shù)據(jù)恢復(fù)到存活實(shí)例，繼續(xù)提供服務(wù)，又能實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)查詢不中斷、不報(bào)錯(cuò)。
通過(guò)快速恢復(fù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)在服務(wù)端接管時(shí)，集群中每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例都會(huì)指定一個(gè)輔助恢復(fù)實(shí)例接受其日志和臟頁(yè)，在其故障時(shí)可極速接管該實(shí)例，針對(duì)故障實(shí)例臟頁(yè)的操作請(qǐng)求的 RTO極大降低。
除了快速恢復(fù)以外，針對(duì)客戶端的透明切換，YashanDB 使用連接連續(xù)性技術(shù)讓業(yè)務(wù)無(wú)感知，客戶端（application failover）集群中單數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例故障時(shí)，原有客戶端連接可以自動(dòng)切換到其他正常運(yùn)行的實(shí)例，原有查詢操作可繼續(xù)進(jìn)行，保證應(yīng)用的高可用。
·解鎖共享集群關(guān)鍵技術(shù) 高性能多實(shí)例讀寫(xiě)
共享集群技術(shù)為何是數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的“塔尖”技術(shù)？最核心的難點(diǎn)在于實(shí)例間的交互，如何保證多個(gè)實(shí)例間數(shù)據(jù)的強(qiáng)一致性？如何協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)之間發(fā)生的沖突？如何處理網(wǎng)絡(luò)通信的各種異常情況？這對(duì)架構(gòu)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)非常大，需要一整套協(xié)調(diào)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。
YashanDB共享集群中所有數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例共享緩存，本地訪問(wèn)頁(yè)面時(shí)若未命中，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從其他實(shí)例拿到最新版本頁(yè)面，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，應(yīng)用可以連接任意節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)和使用數(shù)據(jù)庫(kù)完整能力。為解決讀寫(xiě)沖突，提高讀寫(xiě)性能，YashanDB自研“七種武器”逐一破解難題：
?頁(yè)內(nèi)鎖技術(shù)，YashanDB在數(shù)據(jù)頁(yè)面中同時(shí)包含數(shù)據(jù)和鎖的信息，避免多次發(fā)送；
?免鎖讀技術(shù)，通過(guò)Page級(jí)別的Consistent Read能力實(shí)現(xiàn)一致性讀，可緩解實(shí)例間讀寫(xiě)沖突；
?去中心化的事務(wù)管理機(jī)制，避免事務(wù)管理中心化帶來(lái)的性能瓶頸和擴(kuò)展瓶頸；
?基于時(shí)間戳的MVCC（Multi-version Concurrency Control，多版本并發(fā)控制）機(jī)制，以及實(shí)例間lamport消息方式實(shí)現(xiàn)時(shí)間戳同步，確?？鐚?shí)例的數(shù)據(jù)交換不影響事務(wù)可見(jiàn)性；
?實(shí)例親和性的空間分配機(jī)制，實(shí)例間對(duì)同一張表并行導(dǎo)入數(shù)據(jù)時(shí)避免了空間爭(zhēng)用；
?基于負(fù)載緩存自動(dòng)調(diào)度策略，提高集群整體緩存命中率；
?臟頁(yè)快傳技術(shù)，臟頁(yè)在實(shí)例間傳遞時(shí)，在遵從WAL（Write Ahead Logging，預(yù)寫(xiě)日志）協(xié)議前提下，減少磁盤(pán)IO等待，極大降低處理時(shí)延。
除此之外，為了提高數(shù)據(jù)庫(kù)的性能，YashanDB自研集群文件系統(tǒng)，采用 In memory FAT（Allocation Table, 文件分區(qū)表） + Direct access 專利技術(shù)，該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)常駐內(nèi)存，提供更高效的存儲(chǔ)管理能力和效率。文件系統(tǒng)客戶端程序通過(guò)直連共享內(nèi)存訪問(wèn) FAT 數(shù)據(jù)，確保 YashanDB 針對(duì)所有持久化文件（包括但不限于控制文件、數(shù)據(jù)文件以及redo文件）的 read/write 操作，不涉及等待磁盤(pán) IO 或網(wǎng)絡(luò) IO，實(shí)現(xiàn)性能最優(yōu)。
·融入原創(chuàng)理論 突破性能極限
深圳計(jì)算科學(xué)研究院是深圳市政府批準(zhǔn)建設(shè)的“十大基礎(chǔ)研究機(jī)構(gòu)”之一，區(qū)別于市場(chǎng)上的大多數(shù)企業(yè)，其全自研的基礎(chǔ)軟件系統(tǒng)產(chǎn)品擁有世界領(lǐng)先的基礎(chǔ)理論作為支撐。針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)事務(wù)吞吐量隨著計(jì)算核數(shù)的增加反而降低等難題，YashanDB 提出了自適應(yīng)的異步并行任務(wù)調(diào)度機(jī)制，將傳統(tǒng)的分區(qū)方法變革為新型的調(diào)度方法，測(cè)算多核線程之間的調(diào)度代價(jià)，評(píng)估算子代價(jià)或統(tǒng)計(jì)擬合代價(jià)，遞進(jìn)計(jì)算多任務(wù)、多事務(wù)的全過(guò)程執(zhí)行時(shí)間，在確保 YashanDB 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)事務(wù)處理通用性的情況下，大幅度降低了多核之間的事務(wù)沖突協(xié)調(diào)開(kāi)銷。相對(duì)于同步調(diào)度和異步調(diào)度，自適應(yīng)異步并行調(diào)度分別提高了 14.7 倍和 4.8 倍。
結(jié)語(yǔ)
在數(shù)據(jù)庫(kù)國(guó)產(chǎn)化替代的浪潮下，國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)市場(chǎng)呈現(xiàn)“百花齊放”的狀態(tài)，多種數(shù)據(jù)庫(kù)類型以及產(chǎn)品橫空出世。數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)多樣化的市場(chǎng)，企業(yè)也會(huì)根據(jù)自己的業(yè)務(wù)場(chǎng)景和需求，來(lái)選擇更加適合的數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)以及產(chǎn)品。
針對(duì)金融、運(yùn)營(yíng)商等行業(yè)對(duì)核心系統(tǒng)的關(guān)鍵訴求，YashanDB勇攀高峰，敢于挑戰(zhàn)行業(yè)尖端技術(shù)，推出共享集群產(chǎn)品。相信，通過(guò)“原創(chuàng)理論+領(lǐng)先架構(gòu)+工程能力”三位一體的工程研發(fā)體系，YashanDB 打造的技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、持續(xù)創(chuàng)新的產(chǎn)品內(nèi)核，能實(shí)現(xiàn)以“根技術(shù)”筑牢行業(yè)自主創(chuàng)新發(fā)展的根基，推動(dòng)金融、電信等行業(yè)核心系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化替換的規(guī)?；瘧?yīng)用。
網(wǎng)站名稱：YashanDB推出共享集群技術(shù)劍指核心系統(tǒng)替換
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