(一)分布式數據庫tidb-簡介

　　因為數據磁盤問題，最近進行了更換庫，所以決定寫關于這方面的專題的博客，博客信息參考的官方文檔。

一、分布式數據庫使用背景

　　隨著互聯網的飛速發(fā)展，業(yè)務量可能在短短的時間內爆發(fā)式地增長，對應的數據量可能快速地從幾百 GB 漲到幾百個
TB，傳統(tǒng)的單機數據庫提供的服務，在系統(tǒng)的可擴展性、性價比方面已經不再適用。比如MySQL數據庫，缺點是沒法做到水平擴展。MySQL
要想能做到水平擴展，唯一的方法就業(yè)務層的分庫分表或者使用中間件等方案。但是，這些中間層方案也有很大局限性，執(zhí)行計劃不是最優(yōu)，分布式事務，跨節(jié)點
join，擴容復雜等。

二、分布式數據庫TiDB簡介

　　TiDB 是 PingCAP 公司設計的開源分布式 HTAP (Hybrid Transactional and Analytical
Processing) 數據庫，結合了傳統(tǒng)的 RDBMS 和 NoSQL 的最佳特性。TiDB 兼容
MySQL，支持無限的水平擴展，具備強一致性和高可用性。TiDB 的目標是為 OLTP (Online Transactional Processing) 和
OLAP (Online Analytical Processing) 場景提供一站式的解決方案。。

TiDB 具備如下特性：

* 高度兼容 MySQL
　　大多數情況下，無需修改代碼即可從 MySQL 輕松遷移至 TiDB，分庫分表后的 MySQL 集群亦可通過 TiDB 工具進行實時遷移。

* 水平彈性擴展
　　通過簡單地增加新節(jié)點即可實現 TiDB 的水平擴展，按需擴展吞吐或存儲，輕松應對高并發(fā)、海量數據場景。

* 分布式事務
　　TiDB 100% 支持標準的 ACID 事務。

* 真正金融級高可用
　　相比于傳統(tǒng)主從 (M-S) 復制方案，基于 Raft 的多數派選舉協議可以提供金融級的 100%
數據強一致性保證，且在不丟失大多數副本的前提下，可以實現故障的自動恢復 (auto-failover)，無需人工介入。

* 一站式 HTAP 解決方案
　　TiDB 作為典型的 OLTP 行存數據庫，同時兼具強大的 OLAP 性能，配合 TiSpark，可提供一站式 HTAP 解決方案，一份存儲同時處理
OLTP & OLAP，無需傳統(tǒng)繁瑣的 ETL 過程。

* 云原生 SQL 數據庫
　　TiDB 是為云而設計的數據庫，支持公有云、私有云和混合云，使部署、配置和維護變得十分簡單。

　　TiDB 的設計目標是 100% 的 OLTP 場景和 80% 的 OLAP 場景，更復雜的 OLAP 分析可以通過 TiSpark 項目來完成。

　　TiDB 對業(yè)務沒有任何侵入性，能優(yōu)雅的替換傳統(tǒng)的數據庫中間件、數據庫分庫分表等 Sharding 方案。同時它也讓開發(fā)運維人員不用關注數據庫
Scale 的細節(jié)問題，專注于業(yè)務開發(fā)，極大的提升研發(fā)的生產力。

三、TiDB整體架構

要深入了解 TiDB 的水平擴展和高可用特點，首先需要了解 TiDB 的整體架構。



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?TiDB 集群主要分為三個組件：

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TiDB Server

TiDB Server 負責接收 SQL 請求，處理 SQL 相關的邏輯，并通過 PD 找到存儲計算所需數據的 TiKV 地址，與 TiKV
交互獲取數據，最終返回結果。 TiDB Server
是無狀態(tài)的，其本身并不存儲數據，只負責計算，可以無限水平擴展，可以通過負載均衡組件（如LVS、HAProxy 或 F5）對外提供統(tǒng)一的接入地址。

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PD Server

Placement Driver (簡稱 PD) 是整個集群的管理模塊，其主要工作有三個： 一是存儲集群的元信息（某個 Key 存儲在哪個 TiKV
節(jié)點）；二是對 TiKV 集群進行調度和負載均衡（如數據的遷移、Raft group leader 的遷移等）；三是分配全局唯一且遞增的事務 ID。

PD 是一個集群，需要部署奇數個節(jié)點，一般線上推薦至少部署 3 個節(jié)點。

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TiKV Server

TiKV Server 負責存儲數據，從外部看 TiKV 是一個分布式的提供事務的 Key-Value 存儲引擎。存儲數據的基本單位是
Region（區(qū)域），每個 Region 負責存儲一個 Key Range （從 StartKey 到 EndKey 的左閉右開區(qū)間）的數據，每個 TiKV
節(jié)點會負責多個 Region 。TiKV 使用 Raft 協議做復制，保持數據的一致性和容災。副本以 Region 為單位進行管理，不同節(jié)點上的多個
Region 構成一個 Raft Group，互為副本。數據在多個 TiKV 之間的負載均衡由 PD 調度，這里也是以 Region 為單位進行調度。

四、核心特性

* 水平擴展
　　無限水平擴展是 TiDB 的一大特點，這里說的水平擴展包括兩方面：計算能力和存儲能力。TiDB Server 負責處理 SQL
請求，隨著業(yè)務的增長，可以簡單的添加 TiDB Server 節(jié)點，提高整體的處理能力，提供更高的吞吐。TiKV
負責存儲數據，隨著數據量的增長，可以部署更多的 TiKV Server 節(jié)點解決數據 Scale 的問題。PD 會在 TiKV 節(jié)點之間以 Region
為單位做調度，將部分數據遷移到新加的節(jié)點上。所以在業(yè)務的早期，可以只部署少量的服務實例，隨著業(yè)務量的增長，按照需求添加 TiKV 或者 TiDB 實例。

* 高可用
　　高可用是 TiDB 的另一大特點，TiDB/TiKV/PD 這三個組件都能容忍部分實例失效，不影響整個集群的可用性。

五、TiDB原理與實現

　　TiDB 架構是 SQL 層和 KV 存儲層分離，相當于 InnoDB 插件存儲引擎與 MySQL
的關系。從下圖可以看出整個系統(tǒng)是高度分層的，最底層選用了當前比較流行的存儲引擎 RocksDB，RockDB
性能很好但是是單機的，為了保證高可用所以寫多份，上層使用 Raft 協議來保證單機失效后數據不丟失不出錯。保證有了比較安全的 KV
存儲的基礎上再去構建多版本，再去構建分布式事務，這樣就構成了存儲層 TiKV。有了TiKV，TiDB 層只需要實現 SQL 層，再加上 MySQL
協議的支持，應用程序就能像訪問 MySQL 那樣去訪問 TiDB 了。



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