云原生数据库 PolarDB：产品概述

什么是PolarDB

PolarDB是阿里巴巴自研的新一代云原生数据库，在计算存储分离架构下，利用了软硬件结合的优势，为用户提供具备极致弹性、高性能、海量存储、安全可靠的数据库服务。100%兼容MySQL和PostgreSQL生态，高度兼容Oracle语法。

PolarDB共有三个引擎，分别为PolarDB MySQL版、PolarDB PostgreSQL版、PolarDB分布式版。经过阿里巴巴多年双十一活动的最佳实践验证，让用户既享受到开源的生态灵活性，又获得商业云原生数据库的高性能和安全等企业级能力。

PolarDB MySQL版和PolarDB PostgreSQL版产品架构

PolarDB MySQL版和PolarDB PostgreSQL版均为计算存储分离、共享存储的架构，通过云原生架构、软硬件一体化、共享分布式存储的设计，主节点和只读节点使用物理复制、RDMA网络低时延，能够快速同步数据，彻底解决了主从异步复制所带来的备库数据非强一致的问题，使得整个数据库集群在应对任何单点故障时，都可以保证数据零丢失，同时实现秒级节点扩缩容。

核心组件

• Proxy

PolarDB通过内部的代理层Proxy对外提供服务，应用程序的请求都先经过代理层，然后访问到数据库节点。代理层不仅可以做安全认证、保护和会话保持，还可以解析SQL，把写操作发送到主节点，把读操作均衡地分发到多个只读节点，实现自动的读写分离。

• 计算节点

一写多读集群内有一个读写节点以及多个只读节点，多主集群（仅MySQL版支持）内可支持多个读写节点和多个只读节点，计算节点主要提供数据库SQL引擎功能，分为通用规格和独享规格。

• 共享存储

集群内的多个节点共享存储资源，单集群支持最高100 TB存储空间。

架构优势

• 大容量

存储最高100 TB，不再需要因为单机容量的天花板而去购买多个实例做分片，从而简化应用开发，降低运维负担。

• 低成本

计算存储分离架构下，每增加一个只读节点只收取计算资源的费用，而传统的备节点或只读节点同时包含计算和存储资源，每增加一个节点都需要支付相应的存储费用。

• 分钟级扩缩容

计算存储分离的架构配合容器虚拟化和共享存储技术，使得增减节点只需5分钟。存储容量自动在线扩容，无需中断业务。

• 读一致性

集群地址利用LSN（Log Sequence Number）确保读取数据时的全局一致性，避免因为主备延迟引起的不一致。

• 毫秒级延迟（物理复制）

利用基于Redo的物理复制代替基于Binlog的逻辑复制，提升主备复制的效率和稳定性。即使对大表进行加索引、加字段等DDL操作，也不会造成数据库的延迟。

• 秒级快速备份

利用底层分布式存储的快照技术，只需分钟级别即可完成对TB级数据量大小的数据库的备份，且整个备份过程不需要加锁，效率更高，影响更小，对应用程序几乎无影响，全天24小时均可进行备份。

PolarDB分布式版产品架构

PolarDB分布式版采用了基于计算存储分离的Share Nothing系统架构，该架构使用户可以根据业务需要进行分层容量规划，实现大规模扩展。

核心组件

• 元数据服务（Global Meta Service，GMS），主要提供分布式的元数据，提供全局授时服务（TSO），维护Table/Schema、Statistic等Meta信息、维护账号、权限等安全信息。

• 计算节点（Compute Node，CN），主要提供分布式SQL引擎，包含核心的优化器和执行器。基于无状态的SQL引擎提供分布式路由和计算，解决分布式事务2PC协调、分布式DDL执行、全局索引维护等。

• 存储节点 （Data Node，DN），主要提供数据存储引擎，基于多数派Paxos共识协议提供高可靠存储、分布式事务的MVCC多版本存储，另外提供计算下推能力满足分布式的计算下推要求（比如Project/Filter/Join/Agg等下推计算），可支持本地盘和共享存储。

• 日志节点（Change Data Capture，CDC），主要提供兼容MySQL生态的主备复制协议，兼容Binlog协议和数据格式、支持主备复制Replication的协议和交互。

架构优势

• 高可用

经过阿里巴巴多年双十一验证的X-DB（X-Paxos共识协议能力），提供数据强一致，保证节点故障切换时RPO=0。另外支持多样化的部署和容灾能力，比如基于Paxos强同步的同城三机房、三地五中心，另外搭配Binlog异步复制的两地三中心、异地灾备、异地多活等。尤其在异地长距离传输上，基于Batching&Pipelining进行网络优化来提升性能。

• 高兼容

PolarDB分布式版主要兼容MySQL，包括SQL、函数类型等，技术上引入全局时间授时服务，提供全局一致性的分布式事务能力，通过TSO+2PC提供数据库完整的ACID能力，满足分布式下的Read-Committed/Repeatable-Read的隔离级别。同时在分布式事务的基础上，提供全局二级索引能力，通过事务多写保证索引和主表数据强一致的同时，引入基于代价的CBO优化器实现索引选择。除此以外，在元数据和生态对接层面，PolarDB分布式版基于Online DDL的技术提供了分布式下元数据的一致性。同时硬件层面，兼容主流国产操作系统和芯片认证，比如麒麟、鲲鹏、海光等。另外在业界主流的分布式数据库里，分布式下的Redolog/Binlog等数据库变更日志其实一直被厂商所忽视，从关系数据库的发展历史来看，生态和标准对于市场规模化非常重要，PolarDB分布式版支持Binlog日志服务，兼容和拥抱MySQL数据库生态，可以将PolarDB分布式版当做一个MySQL库，采用标准的Binlog dump协议获取Binlog日志。

• 高扩展

PolarDB分布式版基于Share Nothing的架构支持水平扩展，同时支持数据库在线扩缩容能力，在OLTP场景下可支持千万级别的并发、以及PB级别的数据存储规模，同样在OLAP场景下，引入MPP并行查询技术，扩展机器后查询能力可线性提升，满足TPC-H等的复杂报表查询诉求。

• HTAP

随着移动互联网和IoT设备的普及，数据会产生爆炸式的增长趋势，传统的OLTP和OLAP的解决方案是基于简单的读写分离或者ETL模型，将在线库的数据以T+1的方式抽取到数据仓库中进行计算，这种方案存在存储成本高、实时性差、链路和维护成本高等缺陷。PolarDB分布式版设计中支持OLTP和OLAP的混合负载的能力，可以在一个实例里同时运行TPC-C和TPC-H的benchmark测试，保证AP的查询不影响TP流量的稳定性。核心技术层面也有所创新，比如在计算层精确识别出TP和AP的流量，结合多副本的特性和多副本的一致性读能力，将TP和AP智能路由到不同的副本上，同时在AP链路上默认开启MPP并行查询技术，从而在满足隔离性的基础上，线性提升AP的查询能力。