このドキュメントでは、PolarDB-X の集中・分散統合に関連する概念について説明します。
背景情報
ビジネス要件に応じて、集中型データベースまたは分散データベースを選択できます。ほとんどの中小企業 (SMEs) にとって、集中型データベースは日常的なビジネス要件を満たすことができます。集中型データベースは、適度な規模のリソースを提供し、コスト効率が高く、保守と運用が比較的容易です。一方、分散データベースは高性能で、複雑なビジネスシナリオを効率的に管理できます。分散データベースは、高いスループット、広範なストレージ容量、最小限のレイテンシ、容易なスケーラビリティ、そして堅牢な可用性といった要件を満たすことができます。しかし、分散データベースはより高価で、技術的な障壁や運用保守コストも高いため、中小企業にはあまり適していない場合があります。
しかし、中小企業でも突然のビジネス成長を経験し、ビジネスを処理するために高い同時実行性と高いスループットを持つデータベースが必要になることがあります。データベースのスケーラビリティに対する特定の要件が生じる可能性があります。ビジネスの成長に伴い、集中型データベースを使用している企業は、増大する要件を満たすために分散スケーリングが必要になる場合があります。
そのため、PolarDB Distributed Edition (略称：PolarDB-X) は、集中・分散統合アーキテクチャ機能を導入しました。これにより、分散データベースの可用性と拡張性を、単一のデータベースシステム内で集中型データベースの機能とパフォーマンスと組み合わせることができます。
特徴
集中・分散統合データベースでは、データノードは集中型として分離されており、スタンドアロンデータベースの形態と完全に互換性があります。ビジネスの成長により分散スケーリングが必要になった場合、アーキテクチャをインプレースで分散型にスペックアップできます。分散コンポーネントは、データ移行やアプリケーションの変更を必要とせずに、既存のデータノードにシームレスに接続し、分散アーキテクチャの可用性とスケーラビリティの恩恵を受けることができます。
インスタンスのエディション
PolarDB-X の主なプロダクトは、Standard Edition (集中型アーキテクチャ) と Enterprise Edition (分散アーキテクチャ) に分かれています。技術アーキテクチャは以下の通りです：
Standard Edition (集中型アーキテクチャ)
PolarDB-X Standard Edition は集中型であり、分散アーキテクチャのデータノード (DN) の複数のレプリカによって提供されます。Standard Edition は、最小で 2 コア 4 GB のスペックをサポートします。
PolarDB-X Standard Edition は、Paxos マジョリティレプリケーションプロトコルを使用します。MySQL のプライマリ/セカンダリレプリケーションプロトコルと比較して、レプリカ間の強力な整合性を保証し、金融グレードの高可用性 (RPO=0、RTO＜10 秒) を満たします。同時に、自社開発の分散トランザクションエンジン「Lizard」は、ネイティブの MySQL 分散エンジンと比較して、より信頼性の高い高可用性と約 35% のパフォーマンス向上を提供します。
Enterprise Edition (分散アーキテクチャ)
PolarDB-X Enterprise Edition は分散型であり、完全な分散コンポーネント (計算ノード (CN)、データノード (DN)、変更データキャプチャ (CDC)、カラムナノード (COLUMNAR)、およびグローバルメタサービス (GMS)) を含みます。PolarDB-X Enterprise Edition は MySQL エコシステムと高い互換性を持ち、強力な整合性を持つ分散トランザクションと分散並列クエリをサポートし、分散水平スケーリングをサポートします。技術アーキテクチャは以下の通りです：
Standard Edition から Enterprise Edition へのインスタンスのスペックアップ
ビジネスの急速な発展に伴い、PolarDB-X Standard Edition は、単一テーブルが大きくなることによるクエリ効率の低下、高同時実行クエリによるデータベースの長期間にわたる高負荷状態の維持、または分析要件を満たせないといった、集中型のボトルネックに直面する可能性があります。このような場合、データベースの垂直スケーリングではもはや新しい要件を満たすことができず、垂直スケーリングのコスト効率も低下します。
PolarDB-X は、Standard Edition から Enterprise Edition にインスタンスをスペックアップする機能を提供します。これにより、スタンドアロンの MySQL データベースの使用体験とパフォーマンスを維持しながら、分散機能と HTAP 機能を活用して集中型データベースで発生する問題を解決します。
Standard Edition と Enterprise Edition は同じ DN セットを使用します。スペックアッププロセスでは、Standard Edition に CN、CDC、GMS などの分散コンポーネントを直接追加するだけで、データ移行は必要ありません。切り替えでもロールバックでも、データは 1 つのコピーしかないため、データの不整合を心配する必要はありません。
集中型テーブルは、インプレースで分散シングルテーブルに変換され、Online DDL 機能と組み合わせることで、分散スケーラビリティを提供します。
Standard Edition から Enterprise Edition にインスタンスをスペックアップした後も、接続文字列は変更されず、ビジネス側の変更は必要ありません。スペックアッププロセスには、分単位の一時的な切断のみが発生します。
透明な分散化、集中型 MySQL エコシステムとの高い互換性により、アプリケーションの変更は不要です。
分散機能によって生じる追加のパフォーマンスオーバーヘッドに対処するため、PolarDB-X は テーブルグループとパーティショングループ技術を組み合わせて、関連データが集中型で分散されるように保証します。これにより、分散トランザクションと複雑なクエリを最適化し、単一パーティションのシナリオではパフォーマンスを集中型アーキテクチャと同等にします。
ストレージリソースプールと弾力性のあるスペック
分散型の線形スケーリングの設計において、PolarDB-X は、集中型機能のためにストレージプールと `Locality` の概念を導入し、オンデマンドの分散スケーリングを可能にします。
ストレージリソースプール：DN は重複しないリソースプールに分割され、個々のストレージプールレベルでの DN の追加または削減をサポートします。
Locality：データベース内のオブジェクト (データベース、テーブル、パーティション) は、`Locality` プロパティを介して異なるリソースプールに関連付けられます。
以下の 2 つの典型的なシナリオは、ストレージリソースプールと `Locality` がどのようにオンデマンドの分散スケーリングを可能にするかを示しています：
シナリオ 1：元の集中型ビジネスがマルチテナント SaaS システムである場合、Standard Edition から Enterprise Edition にスペックアップした後、垂直分割を使用してテナントを異なるストレージリソースプールに分散させることができます。各リソースプールはシングルテーブル形式を維持し、上の図のストレージリソースプール 1 に示すように、分散スケーリングを実現します。
シナリオ 2：元の集中型 E コマースビジネスでユーザー数と同時実行数が増加した場合、水平分割が必要となり、集中型データをリソースプール内の複数の DN ノードに水平分割して、上の図のストレージリソースプール 3 に示すように、スケーリング目標を達成します。
分散形式の集中型データは、以下の図に示すように、Online DDL 機能を使用して分散させる必要があります：
元のビジネスの複数のシングルテーブル：これらは引き続きシングルテーブル形式を維持し、分散垂直分割に進化させることができます。単一のストレージプール内で分散ノードを拡張した後、複数のシングルテーブルをストレージプール内の複数の DN に均等に分散させることができます。
元のビジネスの large テーブル：これらはオンラインで分散テーブルに変更でき、分散水平スケーリングに進化させることができます。単一のストレージプール内で分散ノードを拡張した後、分散テーブルのパーティションは自動的にデータバランシングスケジューリングを受けます。
元のビジネスの複数のテーブル：large テーブルはオンラインで分散テーブルに変更され、シングルテーブルは維持され続け、複数のストレージプールに分割されます。全体としては、分散垂直分割と水平分割のシナリオを組み合わせたものに進化し、リソース拡張を通じて線形的な能力を実現します。
各 DN については、データ分布が異なるため、実際のリソース要件も異なります。データノード管理を通じて各 DN ノードを個別にスペックアップまたはスペックダウンすることで、柔軟な弾力性のあるスペックを実現し、全体的なリソース使用率を向上させることができます。