PolarDB:グローバル整合性 (高性能モード) とは

線形 Lamport タイムスタンプ

読み取りリクエストのレイテンシーと帯域幅の消費を削減するため、RO ノードは線形 Lamport タイムスタンプメカニズムを使用できます。リクエストが RO ノードに到達し、別のリクエストがすでに RW ノードからタイムスタンプを取得している場合、RO ノードはそのタイムスタンプを直接再利用できます。これにより、繰り返しのリクエストを回避し、強い整合性を確保しながらパフォーマンスを向上させます。

上の図では、2 つの同時読み取りリクエスト r1 と r2 が RO ノードに到達します。r2 は t2 で RW ノードにタイムスタンプを要求し、t3 で RW ノードのタイムスタンプ TS3rw を取得します。これらのイベントの関係は e2TS3rwe3 です。r1 は t1 に到着します。RO ノード上の各イベントにタイムスタンプを割り当てることで、同じ RO ノード上の異なるイベントの順序が決定されます。t1 が t2 より前の場合、イベントの関係は e1e2TS3rwe3 となります。つまり、r2 が取得したタイムスタンプは、r1 が到着する前に行われたすべての更新をすでに反映しています。したがって、r1 は新しいタイムスタンプを取得することなく、r2 のタイムスタンプを直接使用できます。この原則に基づき、RO ノードは RW ノードからタイムスタンプを取得するたびに、そのタイムスタンプをローカルに保存し、タイムスタンプを取得した時刻を記録します。リクエストの到着時刻がローカルにキャッシュされたタイムスタンプの取得時刻より前であれば、そのリクエストはそのタイムスタンプを直接使用できます。

階層的なきめ細かい変更追跡

強い整合性のある読み取りを実行するために、RO ノードはまず RW ノード上の現在のトランザクションの最新のコミットタイムスタンプを取得し、ログがそのタイムスタンプまで再生されるのを待ってから読み取りリクエストを処理する必要があります。しかし、RO ノードがログ再生を待っている間、現在のリクエストが必要とするデータはすでに最新であり、待機は不要な場合があります。この不要な待機を避けるため、PolarDB のグローバル整合性 (高性能モード) は、よりきめ細かい変更追跡を使用します。RW ノードは、グローバルな最新変更タイムスタンプ、テーブルレベルのタイムスタンプ、ページレベルのタイムスタンプという 3 段階の変更情報を維持します。

読み取りリクエストを処理する際、RO ノードはまずグローバルタイムスタンプを取得してデータの一貫性を判断します。グローバルタイムスタンプが条件を満たさない場合、RO ノードはさらにターゲットテーブルのローカルタイムスタンプを取得して、よりきめ細かい検証を行います。それでも条件が満たされない場合、RO ノードはターゲットページのタイムスタンプを引き続きチェックして、より正確な判断を下します。RO ノードがログ再生を待つ必要があるのは、ページのタイムスタンプがまだログ再生済みタイムスタンプより新しい場合のみです。これにより、RO ノードが最新のデータを読み取ることが保証されます。

RW ノードでは、メモリ消費量を削減するために、3 段階すべてのタイムスタンプがメモリ内のハッシュテーブルに格納されます。メモリ使用量をさらに最適化するため、複数のテーブルやページのタイムスタンプを同じハッシュテーブルエントリにマッピングすることができます。一貫性を確保するため、より小さいタイムスタンプをより大きいタイムスタンプで置き換えることしかできません。この設計により、RO ノードがより大きいタイムスタンプを取得した場合でも、一貫性が損なわれないことが保証されます。次の図は実装を示しており、TID と PID はそれぞれテーブル ID とページ ID を示します。RO ノードによって取得されたタイムスタンプは、線形 Lamport タイムスタンプの設計に基づいてローカルにキャッシュされ、他の適格なリクエストがそれを使用できるようになります。

RDMA ベースのログ転送

PolarDB のグローバル整合性 (高性能モード) では、RW ノードは片側 RDMA を介して RO ノードのキャッシュにログをリモートで書き込みます。このプロセスは RO ノードの CPU を必要とせず、低レイテンシーです。次の図は実装を示しています。RO ノードと RW ノードは両方とも同じサイズのログバッファを維持します。RW ノードのバックグラウンドスレッドが、RDMA を介して RW ログバッファを RO ログバッファに書き込みます。RO ノードはファイルを読み取る代わりにローカルのログバッファを読み取るため、レプリケーションの同期が高速化されます。