Technical demonstration of RDS On Yitian ECS

01 ApsaraDB RDS データベースアーキテクチャの進化

上記の図は、Alibaba Cloud RDS の発展の軌跡を示しています。2009 年、AliSQL が商用データベースに移行し、スクリプトによる自動運用保守を実現しました。2011 年に Alibaba Cloud RDS がリリースされ、完全自動デプロイ、運用保守フリー、高可用性ディザスタリカバリ機能を実現しました。2014 年には、RDS が OpenAPI Explorer、PostgreSQL、SQL Server などの複数のエンジンをサポートし、サービス化段階に入りました。

2019 年、Alibaba Cloud は DAS の自己診断サービスを実装しました。機械学習に基づく自動スケーリング、インテリジェントな意思決定、パラメータチューニングをサポートするサービスです。同時に、グループの E コマース事業の完全クラウド化が開始されました。これにより、ApsaraDB RDS は正式にインテリジェント時代に入りました。

2022 年、RDS は Alibaba Cloud のインフラと深く統合され、サーバーレスプロダクトとの緊密な連携、ECS や CIPU との高度な統合を実現し、国産ハードウェアでの深い最適化と自律制御カーネルを達成しました。Alibaba Cloud RDS はクラウドコンピューティングを最大限に活用する段階に入りました。

Alibaba Cloud の ECS と ESSD を基盤とする RDS データベースは、コンピュートとストレージの分離アーキテクチャを構築し、プロダクト機能とお客様のビジネス価値を大幅に向上させました。

このアーキテクチャでは、クラウドディスクスナップショット機能を利用してデータベースのバックアップと復元機能を迅速に構築できます。また、ECS の弾性リソース機能を活用して、リソースの迅速なスケーリングも容易に実現できます。

RDS は Alibaba Cloud の IaaS サービス上に K8s クラスター管理システムを構築し、データベースコンテナをコア管理コントロールプレーンにデプロイしています。

このプラットフォームは MySQL、PostgreSQL、MariaDB、SQL Server の 4 つの RDS エンジンをサポートしています。このアーキテクチャにより、Alibaba Cloud はサーバーレスやクラウドネイティブ Kubernetes マルチテナントデプロイなど、数多くの中核的なビジネス革新を実現しました。

アーキテクチャ移行のプロセスにおいて、Alibaba Cloud の技術チームはローカルディスクからクラウドディスクへの移行に伴う IO などの課題に対し、数多くの技術革新を行いました。チームは Binlog システムの抜本的な改造と RTO および RPO の効果的な改善を通じて、アーキテクチャ進化に伴う IO レイテンシの問題を解決しました。

MySQL データベースの最も基本的なメカニズムの一つである Binlog は、Alibaba Cloud 上のすべての MySQL データベースで深く依存されている機能です。しかし、Binlog メカニズムには大規模トランザクション処理や高スループットシナリオでの制約など、多くの限界がありました。Alibaba Cloud の研究開発チームは、Binlog の深い改造により、スループットやレイテンシなどの性能指標を大幅に改善しました。

さらに、Alibaba Cloud はバッファプール初期化とクラッシュリカバリにも深い最適化を行いました。最適化の詳細とコード修正は多岐にわたりますが、そのカーネルはオープンソースコミュニティのカーネル機能と互換性を保っています。

OnECS アーキテクチャの進化を通じて、RDS はプロダクト機能とお客様のビジネス価値に多くの最適化の可能性をもたらしました。たとえば、ESSD ベースの OnECS は従来の PL1、PL2、PL3 クラウドディスクだけでなく、PL0 や AutoPL もサポートし、お客様のコスト削減と効率化の目標達成を支援します。同時に、OnECS は PL レベルの動的ダウングレードをサポートし、ダウングレードプロセス全体でビジネスに影響を与えません。

さらに、OnECS はクラウドディスクの拡張と縮小機能をサポートし、データストレージをお客様のデータ量とビジネス発展段階に合わせて動的に調整でき、最終的にコスト削減と効率化の効果を実現します。安定性の向上に伴い、OnECS アーキテクチャは高可用性読み取り専用インスタンスに加えて基本レベルの読み取り専用インスタンスもサポートできるようになり、読み取り専用インスタンスのコストを 50% 削減し、コスト削減と効率化の目的をさらに達成しています。

02 RDS On Yitian ECS の技術進化

次に、RDS On Yitian ECS の技術進化について紹介します。前述のアーキテクチャ進化により、Alibaba Cloud は Intel OnECS アーキテクチャから Yitian ECS への RDS データベース移行の研究開発効率を大幅に向上させました。

上記の図に示すように、MySQL の読み書き混合負荷シナリオにおいて、Yitian ECS 上の RDS の性能は第 7 世代 x86 サーバーをやや上回っています。異なるインスタンス仕様において、Yitian ECS 上の RDS の性能は 10% から 25% 向上しています。さらに、第 7 世代 Intel モデルと比較して、Yitian ECS の価格は 13% 低減され、全体的なコストパフォーマンスは 25% 向上しています。

お客様が x86 アーキテクチャのデータベースから Yitian ECS アーキテクチャのデータベースへビジネスとアプリケーションを移行する際、ビジネスコードの改修量はゼロで、シームレスな移行を実現しました。お客様はデータベースの接続先を x86 アーキテクチャから Yitian ECS 上の RDS のアドレスに変更するだけで済みます。

次に、Yitian ECS 上の RDS における深い技術最適化について紹介します。RDS データベースは基礎的な PaaS サービスとして、ARM アーキテクチャサーバー上で深いチューニングを行う必要があります。これはチップのプリフェッチ戦略最適化から ECS TSO 最適化、オペレーティングシステム最適化、コンパイラ最適化、データベースカーネルコード最適化、パラメータチューニングに至るフルスタックの最適化プロセスです。その中で最も重要な部分は、データベースのコード最適化、パラメータ最適化、コンパイル環境最適化です。

現在、Yitian ECS は RDS の伝統的なオープンソースエンジンである MySQL と PostgreSQL の 2 つのプロダクトをサポートしています。上記の図は、最適化前後におけるこれら 2 つのエンジンの性能変化を示しています。前述の深いチューニングにより、書き込み専用シナリオでは RDS の性能は第 7 世代 ECS サーバーの 110% に達し、読み取り専用性能は最大 125% に達します。

上記の図は、Alibaba Cloud 公式サイトの RDS 購入コンソールのスクリーンショットです。ユーザーは購入プロセス中に x86 アーキテクチャまたは ARM アーキテクチャを選択できます。現在、このプロダクトはまだ招待テスト段階にあります。

Yitian 710 はシングルコア性能の向上だけでなく、データ暗号化、データ復号、データ圧縮、データ展開といったビジネスシナリオでも性能向上を実現しています。