如何开发一个分布式内存数据库(一)

如何开发一个分布式内存数据库(一)

目前有很多商用的内存数据库(timesten, atibase),很多开源的分布式物理数据库,而成熟的分布式内存数据库却很少。当然mysql cluster算是一个,但其受控于oracle,真正要拿来商用,费用应该不低。我们从使用内存数据库已有近15年历史,随着系统分布式的推进,内存数据库的分布式随之也提上日程。基于目前的技术储备,我们相信我们有能力构建一个符合业务要求的(实时计费系统)、可靠的、商用级别分布式内存数据库——暂且叫她 mdbcluster。

一、目标构想: mdbcluster应该具备如下功能:
1. 具备一个内存数据库的基本能力。
2. 数据节点容器化
3. 支持数据分片
4. 节点支持水平扩缩容(业务中断)
5. 故障节点快速恢复
6. 数据库操作界面
7. 数据3份拷贝,并且支持分布式数据一致性
8. 节点支持在线扩容
9. 数据库集群管理

10. 数据库集群监控及报表

二、如何实现
1. 找一个开源的单机版内存数据库
我们并不是要从零开始进行开发,重复造车轮并没有什么意义。因此找一个可以驾驭的、简单的、性能不错的单机版内存数据库成为不二之选。我承认这里有很大的风险,如果这一步走错,可能会导致整个项目的失败。FastDB进入我们的视线。
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先说优点:

a) FastDB是C++写的,相信性能应该很快,初步实验支持20W/S update操作。
b) 支持完整事务及数据库的基本操作,对我们后面进行能力扩展有很大益处。
c) 故障快速恢复的能力,由于打算运行在容器环境上,这点至关重要。

缺点:
a) 更新的时候需要锁库,你没听错,不是行锁,也不是表锁,而是库锁。索性他支持读、写分离,并且性能够好。考虑到将来节点可水平扩容,单节点处理能力有上限也没有太大关系。
b) 支持操作api特殊。并不是通用的SQL,NoSQL,NDBAPI等等。所幸我们在这方面有较丰富的经验,设计一套adapter并不是太难。
c) 暂时还没有想到……

2. 设计总体架构
a) MDBProxy负责与客户端通讯,转发请求消息,处理分片路由。
b) MDBAgent负责数据写入,由于涉及数据多分片的数据一致性,需要在这个节点处理数据的二阶段提交。
c) MDBRNode负责数据的读取操作,可以多进程提高速度。
d) MDBWNode负责数据的写入操作,可以一表一进程,提升性能。
e) 暂未画出分布式的其它节点,待后续更新。
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3. 接口设计
在想出总体架构后,面临的第一个问题就是数据库接口的设计。数据库通常都有个一连接管理,负责管理所有接入数据库的客户端,并且要支持连接池。考虑到这块的复杂性,我们决定数据库的接口采用http2协议。这样做有几个好处:

a) 我们有现成的http2的客户端、服务端实现方案,减少二次开发。
b) 未来趋势,通用性强,后面数据库除了有C++接口,可能还会有JAVA等语言接口。
c) 经过几年使用,我们发现http2的功能强大,比如tls,server push等功能未来可能用得到。

初步想法:在客户端发送请求时,在URL中应该带上分片的hash值,带上操作的类型(I、U、D、S)。这样MDBProxy就可以借此转发数据,而不用解包。并且包采用JSON格式,因为客户端的数据通常都比较小。JSON格式有利于快速查询。
在服务端回查询包的时候,如果测试性能不差,也考虑用JSON,便于扩展。否则,考虑采用Protocol Buffer,压缩数据,尽可能提高性能。





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