阿裡巴巴進階資料庫架構師黃歡歡在2017雲栖大會蘇州峰會上與大家分享了雲上企業資料庫架構之路。主要分享了建構企業級資料庫架構包括異地多活、資料庫容器化、混合雲架構、計算存儲分離和資料庫與離線混布，其中包含X-DB、HDM等重要雲産品。
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做資料庫架構需要滿足三個基本需求。第一個問題是擴充，業務高速發展，單地資源容量受限；第二個問題是彈性，雙十一對彈性擴充和收縮的需求；第三個問題是成本，在盡可能小的預算成本内完成業務目标。
為了滿足這三個需求，阿裡巴巴在資料庫架構上做了很多探索和改進，包括異地多活更新、資料庫容器化、混合雲架構、計算存儲分離和資料庫與離線混布。
從資料庫的角度看異地多活，從設計原則上要遵循兩個規則。第一，資料要從一個角度進行拆分，保證資料不會被雙寫；第二，單元内實作業務封閉，比如下單過程中要登入、扣庫存、扣優惠，登入在一個單元裡，扣庫存跳到另外一個單元，這就會導緻混亂。是以，資料庫的設計比較簡單：每個Region獨立的DRDS叢集，Region之間DTS資料實時傳輸。
多活的基礎：DTS
DTS可以打通各種異構資料源間的資料流動，讓資料發揮更大的業務價值，它源自阿裡去IOE及異地多活架構的實踐。典型的業務場景比如異地多活，單元間的資料同步可以通過DTS實時同步/分發，延遲都在秒級别内；另外，異構資料源之間的遷移同樣可以通過DTS進行實作。
X-DB多region部署
不是所有資料都能在各個Region中寫入，比如庫存資料一般隻在單點寫、多點讀，在這種業務場景下，如果使用原來的業務架構，當一個中心挂掉實作異地容災時，由于單元之間的資料是異步同步的，切過來後可能出現資料不是強一緻。對此，我們提供了第二代分布式關系型資料庫X-DB。
庫存業務通過X-DB多Region部署如圖，主備5節點保證主節點每一個寫日志一定需要同步超過3個以上的備節點才能夠傳回業務成功。是以，X-DB的優點包括以下四個方面：
Region級的強一緻性，做到單個Region不可用0資料丢失；
高性能。跨Region強同步下依然保持高性能；
靈活的切換政策。優先切換同Region，定制跨Region切換順序；
高伸縮性。可無限制的擴充Region/AZ的節點，可自由的調節Region/AZ内節點。
異地多活更新後，下一步開始嘗試做資料庫容器化。
一方面，我們做了AliSQL in Docker，通過統一的一層排程支援資料庫二層排程，比如主備容器規格一樣。AliSQL in Docker支援資料庫業務邏輯的排程政策，建構了完善的資源隔離方案，已經做到了100%容器化；
另一方面，我們做了AliSQL in 高性能ECS，使用了SPDK+NVMe存儲和DPDK網絡，整體上測試得出，與同等規格實體機相比，虛拟化帶來的損耗降到了最低，性能降低5%以下。
資料庫容器化是資料庫建構起可擴充架構的基礎部分，隻有做完容器化，才可能實作架構的進一步演進。
在日常的流量下，使用者可以跑在自建IDC下，大促期間使用彈性混合雲架構，大促前将資料庫彈性擴充上去，大促結束後将申請的ECS資源返還回去，擴上去和彈下來可以在一個月内完成。為什麼我們有這麼快的彈性伸縮能力？這依賴于新的雲産品混合雲資料庫管理平台。
我們可以做到一鍵建構新的資料庫雲單元，混合雲資料庫管理主要提供三大塊内容：
統一管理：HDM可以進行雲上雲下資料庫統一管理；
快速彈性：比如原來資料庫在雲下，大促時在雲上加隻讀節點， 大促結束後再銷毀隻讀節點。也可以在雲上快速建立起大規格資源，支撐完業務後再彈下來，最大限度享受雲資源的彈性能力；
容災切換：自建IDC出現問題時，HDM提供了資料庫容災切換能力，包括雲上切換雲下，或雲下切換雲上。
完成異地多活架構、資料庫容器化和混合雲架構後，我們仍然與應用不一樣，應用容器化後可以快速排程，但資料庫還不行，為什麼？因為應用是無狀态的，而資料庫是有狀态的，資料庫下面拖有資料，如果有持久化資料，就沒辦法與應用一樣做到彈性能力，是以，我們隻有進行計算存儲分離。
那麼，為什麼要做計算存儲分離？原因有以下四點：
第一， 要做更好的彈性能力就要把DB去狀态化，将計算節點和存儲分開，使排程變得更簡單；
第二， 解除計算和存儲Bond，如果計算節點需要擴2倍、存儲節點需要擴4倍，分别對計算和存儲進行擴容。另外，将資料放在統一的存儲裡，磁盤碎片會大大減少；
第三， 計算節點不再需要備援，節省了成本；
第四， 為資料庫線上和離線任務的混部提供了基礎。
資料庫計算存儲分離架構如圖，AliSQL為計算層，計算層與存儲層之間使用25G TCP/RDMA網絡，存儲層按照一定的規則和資料可靠性要求将資料打散在不同的Rack和叢集中。
做計算和存儲分離面臨的技術挑戰很大，對吞吐和時延的要求非常高。我們需要在各個次元做很多優化，包括：
分布式存儲優化：長尾時延優化，寫三反二；Partial recovery，降低對線上業務的影響。
資料庫優化：AliSQL 吞吐優化，提升100%；原子寫優化，關閉double write buffer，提高吞吐；時延接近本地盤。
軟硬體優化：引入RDMA網絡協定，SPDK使用者态檔案系統等。
為了進一步減少成本，我們将資料庫與離線任務混部在一起。
實作計算存儲分離後，離線上混部即成為可能，大促時可以借助離線機器計算資源，存儲資源仍舊放在分布式存儲中。可以看到，在大促時，将資料庫計算節點彈到離線機器上去，與離線任務一起跑；在日常運作時，離線和線上任務排程到DB節點，提高資源使用率。那麼，如何保障資源隔離呢？我們做了CPU獨立socket，避免L3 cache幹擾，同時進行了NetQos打标，保證優先級。此外，我們也在離線上混部時建構了彈性能力，使計算節點快上快下，MySQL BP和容器規格動态擴縮容。
通過異地多活、X-DB、容器化、混合雲、計算存儲分離以及DB離線混部共同建構了企業級資料庫架構。
以上由雲栖社群志願者小組整理，毛鶴校審，編輯：郭雪梅