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十分钟明白GaiaDB架构

2023-08-23 12:04:48

GaiaDB在运行形态上是一个多节点集群，集群中有一个主节点和多个从节点，日志服务（LogService）用于持久化主节点生成的日志，所有节点共享底层的分布式存储（PageServer），各模块分布到不同的K8S容器内。

如下图，底层一套存储，节省成本，是『合』；中间多个节点，提高扩展性，是『分』；上层一套代理层，统一入口，使用简单，也是『合』。如此『合-分-合』的架构，在扩展性和使用便捷性之间保持了平衡，使得对于上层应用程序来说，就像使用一个单点的MySQL数据库一样简单。

GaiaDB通过内部的代理层（Proxy）对外提供服务，也就是说所有的应用程序都先经过这层代理，然后才访问到具体的数据库节点。

这样的设计有以下优势：

Proxy提供安全认证和保护。

Proxy解析SQL，把写操作（比如事务、Update、Insert、Delete、DDL等）发送到主节点，把读操作（比如Select）均衡地分发到多个读节点，这个也叫读写分离。

通过Proxy把不同的业务用不同的连接地址，使用不同的数据节点。这样就可以避免相互影响，不会影响在线业务。

计算层由一个主节点(Primary)和最多15个从节点(Secondary)构成。计算层100%支持MySQL语法，相对于MySQL的主从节点来说，GaiaDB的计算节点是无状态的。

主节点：处理读写请求，处理事务。相比于MySQL的主节点，GaiaDB的主节点仅需要将日志（RedoLog）发送至日志服务（LogService）持久化，不需要写数据。数据是由数据存储节点（PageServer）从LogService拉取日志并回放。
从节点：处理只读负载。从PageServer拉取最新的数据。

这样的设计具有以下优势：
计算节点无状态，弹性快速扩容。计算层节点无持久化数据：本地文件不复存在，包括日志文件，所以支持快速扩容，大概在30秒内就能快速创建从节点并提供服务。
只有单机事务，没有分布式事务问题。集群所有的事务都请求到主节点，主节点自身保障事务的ACID特性。
RPO=0，单机故障不影响集群一致性。事务产生的Redo日志均实时写入LogService，从节点利用PageServer上的数据文件和LogService中的Redo日志，在内存中恢复最新的数据对外提供服务。每一次主备故障切换，从节点均可以获取最新的事务Redo日志，因此不会出现数据丢失(RPO=0)。

存储层是由多组数据存储节点（PageServer）和一组日志服务节点（LogService）组成。

LogService用于持久化数据库日志(RedoLog)，采用Raft一致性协议保障日志的高可用。缓存近期产生的日志，供从节点和PageServer快速拉取。

PageServer用于缓存和持久化数据页，每组包含三个PageServer节点，一组PageServer管理32G的数据（这32G的数据称为一个Segment）。

这样的设计有以下优势：

GaiaDB卸载了所有本地文件，集群的元数据也包含在其中，包括集群拓扑、集群水位信息与存活状态，集群表信息（表空间的逻辑与物理映射等）。这些数据保存在集群管理（Manager）中，负责管理本数据库集群的元数据，监控数据库集群视图，响应元数据读取请求。

正因为以上这些架构特点，除了可以像MySQL一样使用GaiaDB，这里还有一些传统MySQL数据库不具备的优势。