什么是PolarDB

PolarDB是阿里巴巴自研的新一代云原生數據庫，在計算存儲分離架構下，利用了軟硬件結合的優勢，為您提供具備極致彈性、高性能、海量存儲、安全可靠的數據庫服務。100%兼容MySQL和PostgreSQL生態，高度兼容Oracle語法。

PolarDB共有三個引擎，分別為PolarDB MySQL版（PolarDB for MySQL，簡稱PolarDB-M）、PolarDB PostgreSQL版（PolarDB for PostgreSQL，簡稱PolarDB-PG）、PolarDB分布式版（PolarDB for Xscale，簡稱PolarDB-X）。經過阿里巴巴多年雙十一活動的最佳實踐驗證，讓用戶既享受到開源的生態靈活性，又獲得商業云原生數據庫的高性能和安全等企業級能力。

PolarDB MySQL版和PolarDB PostgreSQL版產品架構

PolarDB MySQL版和PolarDB PostgreSQL版均為計算存儲分離、共享存儲的架構，通過云原生架構、軟硬件一體化、共享分布式存儲的設計，主節點和只讀節點使用物理復制、RDMA網絡低時延，能夠快速同步數據，徹底解決了主從異步復制所帶來的備庫數據非強一致的問題，使得整個數據庫集群在應對任何單點故障時，都可以保證數據零丟失，同時實現秒級節點擴縮容。

核心組件

• Proxy

PolarDB通過內部的代理層Proxy對外提供服務，應用程序的請求都先經過代理層，然后訪問到數據庫節點。代理層不僅可以做安全認證、保護和會話保持，還可以解析SQL，把寫操作發送到主節點，把讀操作均衡地分發到多個只讀節點，實現自動的讀寫分離。

• 計算節點

一寫多讀集群內有一個讀寫節點以及多個只讀節點，多主集群（僅PolarDB MySQL版支持）內可支持多個讀寫節點和多個只讀節點，計算節點主要提供數據庫SQL引擎功能，分為通用規格和獨享規格。

• 共享存儲

集群內的多個節點共享存儲資源，單集群支持最高500 TB存儲空間。

架構優勢

• 大容量

存儲最高500 TB，不再需要因為單機容量的天花板而去購買多個實例做分片，從而簡化應用開發，降低運維負擔。

• 低成本

計算存儲分離架構下，每增加一個只讀節點只收取計算資源的費用，而傳統的備節點或只讀節點同時包含計算和存儲資源，每增加一個節點都需要支付相應的存儲費用。

• 分鐘級擴縮容

計算存儲分離的架構配合容器虛擬化和共享存儲技術，使得增減節點只需5分鐘。存儲容量自動在線擴容，無需中斷業務。

• 讀一致性

集群地址利用LSN（Log Sequence Number）確保讀取數據時的全局一致性，避免因為主備延遲引起的不一致。

• 毫秒級延遲（物理復制）

利用基于Redo的物理復制代替基于Binlog的邏輯復制，提升主備復制的效率和穩定性。即使對大表進行加索引、加字段等DDL操作，也不會造成數據庫的延遲。

• 秒級快速備份

利用底層分布式存儲的快照技術，只需分鐘級別即可完成對TB級數據量大小的數據庫的備份，且整個備份過程不需要加鎖，效率更高，影響更小，對應用程序幾乎無影響，全天24小時均可進行備份。

PolarDB分布式版產品架構

PolarDB分布式版采用了基于計算存儲分離的Share Nothing系統架構，該架構使用戶可以根據業務需要進行分層容量規劃，實現大規模擴展。

核心組件

• 元數據服務（Global Meta Service，GMS），主要提供分布式的元數據，提供全局授時服務（TSO），維護Table/Schema、Statistic等Meta信息、維護賬號、權限等安全信息。

• 計算節點（Compute Node，CN），主要提供分布式SQL引擎，包含核心的優化器和執行器。基于無狀態的SQL引擎提供分布式路由和計算，解決分布式事務2PC協調、分布式DDL執行、全局索引維護等。

• 存儲節點 （Data Node，DN），主要提供數據存儲引擎，基于多數派Paxos共識協議提供高可靠存儲、分布式事務的MVCC多版本存儲，另外提供計算下推能力滿足分布式的計算下推要求（比如Project/Filter/Join/Agg等下推計算），可支持本地盤和共享存儲。

• 日志節點（Change Data Capture，CDC），主要提供兼容MySQL生態的主備復制協議，兼容Binlog協議和數據格式、支持主備復制Replication的協議和交互。

架構優勢

• 高可用

經過阿里巴巴多年雙十一驗證的X-DB（X-Paxos共識協議能力），提供數據強一致，保證節點故障切換時RPO=0。另外支持多樣化的部署和容災能力，比如基于Paxos強同步的同城三機房、三地五中心，另外搭配Binlog異步復制的兩地三中心、異地災備、異地多活等。尤其在異地長距離傳輸上，基于Batching&Pipelining進行網絡優化來提升性能。

• 高兼容

PolarDB分布式版主要兼容MySQL，包括SQL、函數類型等，技術上引入全局時間授時服務，提供全局一致性的分布式事務能力，通過TSO+2PC提供數據庫完整的ACID能力，滿足分布式下的Read-Committed/Repeatable-Read的隔離級別。同時在分布式事務的基礎上，提供全局二級索引能力，通過事務多寫保證索引和主表數據強一致的同時，引入基于代價的CBO優化器實現索引選擇。除此以外，在元數據和生態對接層面，PolarDB分布式版基于Online DDL的技術提供了分布式下元數據的一致性。同時硬件層面，兼容主流國產操作系統和芯片認證，比如麒麟、鯤鵬、海光等。另外在業界主流的分布式數據庫里，分布式下的Redolog/Binlog等數據庫變更日志其實一直被廠商所忽視，從關系數據庫的發展歷史來看，生態和標準對于市場規模化非常重要，PolarDB分布式版支持Binlog日志服務，兼容和擁抱MySQL數據庫生態，可以將PolarDB分布式版當做一個MySQL庫，采用標準的Binlog dump協議獲取Binlog日志。

• 高擴展

PolarDB分布式版基于Share Nothing的架構支持水平擴展，同時支持數據庫在線擴縮容能力，在OLTP場景下可支持千萬級別的并發、以及PB級別的數據存儲規模，同樣在OLAP場景下，引入MPP并行查詢技術，擴展機器后查詢能力可線性提升，滿足TPC-H等的復雜報表查詢訴求。

• HTAP

隨著移動互聯網和IoT設備的普及，數據會產生爆炸式的增長趨勢，傳統的OLTP和OLAP的解決方案是基于簡單的讀寫分離或者ETL模型，將在線庫的數據以T+1的方式抽取到數據倉庫中進行計算，這種方案存在存儲成本高、實時性差、鏈路和維護成本高等缺陷。PolarDB分布式版設計中支持OLTP和OLAP的混合負載的能力，可以在一個實例里同時運行TPC-C和TPC-H的benchmark測試，保證AP的查詢不影響TP流量的穩定性。核心技術層面也有所創新，比如在計算層精確識別出TP和AP的流量，結合多副本的特性和多副本的一致性讀能力，將TP和AP智能路由到不同的副本上，同時在AP鏈路上默認開啟MPP并行查詢技術，從而在滿足隔離性的基礎上，線性提升AP的查詢能力。