阿里云POLARDB：創(chuàng )新的云托管數據庫

關(guān)系型數據庫管理系統(RDBMS)是全球性企業(yè)的基石，也是公司運營(yíng)和數字轉型的必備條件。

然而，內部部署RDBMS就需要在基礎設施、時(shí)間、成本和人員方面大量投入，才能保持技術(shù)先進(jìn)，可以根據業(yè)務(wù)增長(cháng)需要進(jìn)行擴展，還能實(shí)現數字轉型支持。要跨越這些障礙，可以采用云計算解決方案，它儼然已經(jīng)成為了大大小小的組織使用的主流技術(shù)。

關(guān)系型數據庫作為云托管服務(wù)應用廣泛，稱(chēng)為數據庫即服務(wù)(DBaaS)解決方案。但是基于云的RDBMS可能本身存在難題。因此，云托管關(guān)系型數據庫解決方案必須實(shí)現數字轉型。常見(jiàn)的數據庫有MySQL*和Oracle數據庫*，但不管是內部托管，還是云托管，它們可能均難以保護、管理和擴展，而且可能達不到所需性能和服務(wù)質(zhì)量(QoS)。

阿里云開(kāi)發(fā)并推出了創(chuàng )新性的商業(yè)級云托管關(guān)系型數據庫POLARDB，解決了這些問(wèn)題，為企業(yè)提供了一種新的DBaaS模式。POLARDB以分布式共享存儲架構為基礎，使用了英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)(SSD)和英特爾?3DNAND固態(tài)盤(pán)。

云托管數據庫的傳統難題

在公共云計算環(huán)境中，用戶(hù)數量、用戶(hù)服務(wù)和數據量的增長(cháng)可能會(huì )帶來(lái)二進(jìn)制日志文件備份、性能、遷移、升級、磁盤(pán)容量和延遲問(wèn)題。擴展、備份和遷移數據所需的時(shí)間隨著(zhù)數據量增長(cháng)而延長(cháng)。備份TB級數據需要幾個(gè)小時(shí)，甚至幾天的時(shí)間。升級、擴展、備份和數據遷移可能需要數據庫下線(xiàn)并重新啟動(dòng)，這可能會(huì )影響企業(yè)、企業(yè)用戶(hù)及企業(yè)IT人員。數據遷移可能會(huì )拖慢任務(wù)關(guān)鍵型應用的性能。維持每日業(yè)務(wù)運營(yíng)可能需要大量CPU資源，再加上數百萬(wàn)個(gè)事務(wù)，可能產(chǎn)生延遲，導致性?xún)r(jià)比下降。

POLARDB重新打造了數據庫云托管服務(wù)

POLARDB對現有的DBaaS模式進(jìn)行了創(chuàng )新。它采用了的軟件定義擴展系統具有創(chuàng )新性，使用了快速、低延遲的英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)和低成本、高容量的英特爾?3DNAND固態(tài)盤(pán)。企業(yè)如果數據量大，而且不斷增長(cháng)，又始終要求低延遲、高吞吐量、高QoS以及良好的性?xún)r(jià)比，則可從POLARDB獲益。

POLARDB的存儲范例與其他創(chuàng )新相結合，可在DBaaS模式中實(shí)現商業(yè)級數據庫的性能和可用性。阿里云在設計POLARDB時(shí)側重于企業(yè)客戶(hù)的云計算成本、在線(xiàn)事務(wù)處理(OLTP)性能、業(yè)務(wù)連續性、業(yè)務(wù)增長(cháng)和安全性。所有軟硬件設計均采用高可靠性、高可用性的云原生設計，為了實(shí)現高效協(xié)同，包含與底層英特爾?硬件的協(xié)同。該架構性能強勁，只需要傳統上內部部署的關(guān)系型數據庫的大約一成成本。

POLARDB的架構保證吞吐量高，最高可達到標準MySQL5.6和5.7在基于NAND的PCIe*和NVMe*固態(tài)盤(pán)上運行時(shí)的吞吐量的六倍之多。POLARDB可以實(shí)現高達一百萬(wàn)每秒輸入/輸出(IOPS)，而且只有毫秒級的延遲。1POLARDB還可以在10分鐘內按需縱向或橫向伸縮。每個(gè)數據庫實(shí)例可以達到100TB容量。相比之下，同類(lèi)解決方案只能達到64TB。存儲容量和克隆操作可自動(dòng)伸縮。而且，POLARDB與MySQL5.6和5.7完全向后兼容。

英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)優(yōu)化了存儲性能

POLARDB分布式存儲設計與英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)和英特爾?3DNAND固態(tài)盤(pán)相結合，實(shí)現了卓越的存儲效率、高QoS、高IOPS、高吞吐量和始終如一的性能。英特爾?固態(tài)盤(pán)還有助于降低成本，調優(yōu)性能。英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)幫助阿里云消除了數據中心存儲瓶頸，可容納更大、更經(jīng)濟實(shí)惠的的數據集，加快了應用速度，降低了對延遲敏感的工作負載的事務(wù)成本，降低了POLARDB的數據中心總擁有成本(TCO)。

POLARDB在軟件層將高速、高容量的英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)和高吞吐量的英特爾?3DNAND固態(tài)盤(pán)結合起來(lái)，實(shí)現了一個(gè)混合型存儲層，可以始終實(shí)現低延遲、高吞吐量、高QoS。而且與存儲層只使用英特爾?3DNAND固態(tài)盤(pán)相比，整體性?xún)r(jià)比高出很多。

借助英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)和英特爾?3DNAND固態(tài)盤(pán)，阿里云實(shí)現了：

?POLARDB每秒查詢(xún)數(QPS)提升30%，改善了客戶(hù)體驗2

?POLARDB第95百分位延遲降低76%2

POLARDB架構

軟件定義的POLARDB架構使用分布式存儲、存儲性能開(kāi)發(fā)套件(SPDK)、遠程直接內存訪(fǎng)問(wèn)(RDMA)和其他創(chuàng )新來(lái)打造高性能、高伸縮的云數據庫。POLARDB架構將計算資源池和存儲資源池分離開(kāi)來(lái)。CPU資源和內存不足時(shí)，計算資源池獨立于存儲資源池進(jìn)行擴展;容量或IOPS較低時(shí)，存儲資源池獨立于計算資源池進(jìn)行擴展。

POLARDB分布式存儲架構使用三個(gè)副本或節點(diǎn)，而不是本地存儲空間。一個(gè)副本用于讀寫(xiě)實(shí)例，另外兩個(gè)用于只讀實(shí)例。需要新增只讀實(shí)例時(shí)，不需要復制任何數據。不管新數據量有多大，都可以在5分鐘內完成。相比于傳統數據庫，如果數據量超過(guò)3TB，添加新實(shí)例需要長(cháng)達70小時(shí)的時(shí)間。2主實(shí)例和只讀實(shí)例共用相同的存儲資源，既提高了只讀復制性能，又不需要額外增加新增存儲的成本。用戶(hù)只需要支付只讀實(shí)例使用的CPU和內存成本。POLARDB使用此分布式存儲配置來(lái)查找數據，并以比傳統數據庫更快的速度伸縮。

每個(gè)POLARDB存儲節點(diǎn)都使用一個(gè)英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)P4800X系列硬盤(pán)來(lái)快速創(chuàng )建日志記錄和索引，同時(shí)可以使用若干英特爾?DC固態(tài)盤(pán)P4500系列硬盤(pán)來(lái)存儲數據。SPDK將數據寫(xiě)入每個(gè)英特爾?3DNAND固態(tài)盤(pán)的NVMe接口，而不必訪(fǎng)問(wèn)同步的內存。在部署英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)之前，日志記錄和數據一并存儲在數據中心內基于NVMe的英特爾?固態(tài)盤(pán)上，需要訪(fǎng)問(wèn)同步的內存。繞過(guò)同步的內存可以提高POLARDB的性能，降低延遲。

使用POLARDB還有其他性能優(yōu)勢，因為：

?使用基于融合以太網(wǎng)的RDMA(RoCE)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議來(lái)降低延遲，減輕CPU負載，提高帶寬

?借助軟件定義的堆棧繞過(guò)Linux*內核，可以讓POLARDB以用戶(hù)模式運行，有助于降低開(kāi)銷(xiāo)

?無(wú)需使用二進(jìn)制日志，縮短了事務(wù)時(shí)間，降低了輸入/輸出(I/O)開(kāi)銷(xiāo)

英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán) 提升30%每秒查詢(xún)數(QPS)，改善了POLARDB客戶(hù)體驗*2 降低76%的POLARDB第95百分位延遲2 分配100TB容量給每個(gè)POLARDB數據庫實(shí)例

POLARDB使用的英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)和英特爾?3DNAND固態(tài)盤(pán)

POLARDB開(kāi)發(fā)最初是為了滿(mǎn)足阿里云在線(xiàn)購物中心的需求。阿里云最開(kāi)始在POLARDB中使用英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)和英特爾?3DNAND固態(tài)盤(pán)，是為了解決購物中心高峰期問(wèn)題。阿里云后來(lái)發(fā)現，與只在基于NAND的PCIe*NVMe*固態(tài)盤(pán)上運行MySQL相比，MySQL*性能提升高達六倍。

如今，阿里云在POLARDB產(chǎn)品中使用英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)P4800X系列，使用的固態(tài)盤(pán)：

?是采用英特爾?傲騰?技術(shù)、響應速度最快的數據中心固態(tài)盤(pán)3

?提供高達750GB的容量

?能夠提高POLARDB的性能

使用英特爾?3DNAND固態(tài)盤(pán)和英特爾?傲騰?DC固態(tài)盤(pán)，數據存儲既經(jīng)濟實(shí)惠，質(zhì)量也高，十分可靠，非常易于管理和維護，可以最大限度地保證POLARDB的服務(wù)連續性。

英特爾與阿里云等客戶(hù)密切合作，努力實(shí)現數據庫創(chuàng )新，不斷地幫助全球客戶(hù)改善企業(yè)數據庫體驗。

使用英特爾?固態(tài)盤(pán)的阿里云POLARDB*架構

訪(fǎng)問(wèn)商業(yè)級數據庫即服務(wù)

部署DBaaS可以解放企業(yè)IT團隊。他們不需要管理內部數據庫，也不需要購買(mǎi)和維護內部部署的數據庫所需的硬件。

因此，IT團隊可以集中精力進(jìn)行核心業(yè)務(wù)需求創(chuàng )新，有助于企業(yè)數字轉型，增加企業(yè)競爭力。其他DBaaS解決方案可能困難重重，但是阿里云推出的POLARDB可借助商業(yè)級DBaaS解決方案克服這些困難。POLARDB為企業(yè)配備按需解決方案，有助于保持良好的性?xún)r(jià)比。作為商業(yè)級數據庫，它可幫助企業(yè)管理大量數據，同時(shí)實(shí)現低延遲、高吞吐量、高QoS和快速伸縮。