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OceanBase是阿里集團(tuán)開發(fā)的可擴(kuò)展關(guān)系數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了數(shù)千億條記錄、數(shù)百TB數(shù)據(jù)的跨行、跨表交易。截至2012年8月，已支持收藏夾、直通車報表、天貓評價等OLTP和OLAP在線服務(wù)，在線數(shù)據(jù)量突破1000億。 
從模塊劃分來看，阿里數(shù)據(jù)庫oceanbase可以分為四個模塊：主服務(wù)器RootServer、UpdateServer更新服務(wù)器、基線數(shù)據(jù)服務(wù)器ChunkServer和MergeServer Mergeserver。OceanBase系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)按照時間線分為基線數(shù)據(jù)和增量數(shù)據(jù)。基線數(shù)據(jù)是只讀的，所有修改都會更新到增量數(shù)據(jù)中。增量數(shù)據(jù)通過合并操作有規(guī)律地合并到基線數(shù)據(jù)中。 
阿里數(shù)據(jù)庫oceanbase系統(tǒng)架構(gòu)

OceanBase由以下部分組成： 
●客戶端：用戶使用OceanBase的方式和MySQL數(shù)據(jù)庫完全一樣，支持JDBC、C客戶端訪問等等。基于MySQL數(shù)據(jù)庫開發(fā)的應(yīng)用和工具可以直接遷移到OceanBase。

●RootServer：管理集群中的所有服務(wù)器、子表的數(shù)據(jù)分發(fā)和副本管理。根服務(wù)器一般是一主一備，主備之間的數(shù)據(jù)是強(qiáng)同步的。 
●UpdateServer：存儲OceanBase系統(tǒng)的增量更新數(shù)據(jù)。UpdateServer一般是一主一備，主備之間可以配置不同的同步模式。部署時，UpdateServer進(jìn)程和RootServer進(jìn)程通常共享物理服務(wù)器。

●ChunkServer：存儲OceanBase系統(tǒng)的基線數(shù)據(jù)。基線數(shù)據(jù)通常存儲在兩個或三個副本中，這是可以配置的。 
●MergeServer：接收并解析用戶的SQL請求，經(jīng)過詞法分析、語法分析、查詢優(yōu)化等一系列操作后，轉(zhuǎn)發(fā)給對應(yīng)的ChunkServer或UpdateServer。如果請求的數(shù)據(jù)分布在多個ChunkServer上，MergeServer還需要合并多個ChunkServer返回的結(jié)果。客戶端與MergeServer之間采用原生MySQL通信協(xié)議，MySQL客戶端可以直接訪問MergeServer。

阿里數(shù)據(jù)庫oceanbase支持部署多個機(jī)房。每個機(jī)房都配備了一個完整的OceanBase集群，包括RootServer、MergeServer、ChunkServer和UpdateServer。每個集群負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)劃分、負(fù)載均衡、集群服務(wù)器管理等操作。通過主集群的主更新服務(wù)器對備用集群的同步增量更新操作日志，實(shí)現(xiàn)集群間的數(shù)據(jù)同步。客戶端配置了多個集群的RootServer地址列表，用戶可以設(shè)置每個集群的流量分配比例。根據(jù)這一比率，客戶端將讀寫操作發(fā)送到不同的群集： 
阿里數(shù)據(jù)庫oceanbase客服端

1)請求RootServer獲取集群中MergeServer的地址列表。 
2)選擇一個MergeServer按照一定的策略發(fā)送讀寫請求。與客戶端的通信協(xié)議MergeServer兼容原生MySQL協(xié)議，只需要調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)庫如MySQL JDBC驅(qū)動或MySQL C客戶端即可。客戶端支持兩種主要策略：隨機(jī)散列和一致散列。哈希的主要目的是將同一個SQL請求發(fā)送到同一個MergeServer，方便MergeServer緩存查詢結(jié)果。

3)如果對MergeServer的請求失敗，請從MergeServer列表中重新選擇一個MergeServer，然后重試。如果對MergeServer的請求失敗超過一定次數(shù)，則將MergeServer列入黑名單并從MergeServer列表中刪除。此外，客戶端將定期請求根服務(wù)器更新MergeServer地址列表。 
如果OceanBase部署了多個集群，客戶端還需要處理多個集群的流量分配。用戶可以設(shè)置多個集群之間的流量分配比例，客戶端得到流量分配比例后，按照這個比例向不同的集群發(fā)送請求。

根服務(wù)器 
RootServer的功能主要包括集群管理、數(shù)據(jù)分發(fā)和副本管理。

RootServer管理群集中的所有MergeServer、ChunkServer和UpdateServer。每個集群中同時只允許有一個UpdateServer提供寫服務(wù)，這個UpdateServer成為主UpdateServer。這種方法通過犧牲一些可用性來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的一致性。RootServer通過租用機(jī)制選擇唯一的主更新服務(wù)器。當(dāng)原始主更新服務(wù)器失敗時，RootServer可以在原始租約到期后選擇新的更新服務(wù)器作為主更新服務(wù)器。此外，RootServer與Mergeserver & Chunkserver保持心跳，因此它可以感知聯(lián)機(jī)和脫機(jī)Mergeserver & Chunkserver機(jī)器的列表。 

阿里數(shù)據(jù)庫oceanbase表中的數(shù)據(jù)使用主鍵進(jìn)行內(nèi)部排序和存儲，主鍵由若干列組成，并且是唯一的。在OceanBase中，基線數(shù)據(jù)按主鍵排序，并分成數(shù)據(jù)量大致相同的數(shù)據(jù)范圍，這些數(shù)據(jù)范圍稱為子表。每個子表的默認(rèn)大小是256MB(可配置)。OceanBase的數(shù)據(jù)分發(fā)模式與Bigtable相同，不同的是OceanBase沒有采用RootTable)+元數(shù)據(jù)表的二級索引結(jié)構(gòu)，而是采用了根表的一級索引結(jié)構(gòu)。 
主鍵值在[1，100]之間的表分為1 ~ 25、26 ~ 50、51 ~ 80、81 ~ 100四個子表。RootServer中的根表記錄了每個子表所在的ChunkServer的位置信息，每個子表包含分布在多個chunk server中的多個副本(一般為三個副本，可配置)。當(dāng)其中一個ChunkServer出現(xiàn)故障時，RootServer可以檢測到它，并觸發(fā)向這個ChunkServer上的子表添加副本的操作；另外，RootServer會定期進(jìn)行負(fù)載均衡，選擇一些子表從負(fù)載較高的機(jī)器遷移到負(fù)載較低的機(jī)器。 

RootServer采用一主一備的結(jié)構(gòu)，主備之間數(shù)據(jù)同步性強(qiáng)，通過Linux HA(http：//www.linux-ha***)軟件實(shí)現(xiàn)高可用性。備用根服務(wù)器共享VIP。當(dāng)主根服務(wù)器出現(xiàn)故障時，VIP可以自動漂移到備用根服務(wù)器所在的機(jī)器上。在備用根服務(wù)器檢測到它之后，它切換到向主根服務(wù)器提供服務(wù)。 
合并服務(wù)器 

MergeServer的功能主要有：協(xié)議分析、SQL分析、請求轉(zhuǎn)發(fā)、結(jié)果合并、多表操作等。 
OceanBase客戶端和MergeServer之間的協(xié)議是MySQL協(xié)議。MergeServer首先分析MySQL協(xié)議，提取用戶發(fā)送的SQL語句，然后進(jìn)行詞法分析和語法分析，生成SQL語句的邏輯查詢計劃和物理查詢計劃，最后根據(jù)物理查詢計劃調(diào)用OceanBase內(nèi)部的各種運(yùn)算符。 

MergeServer緩存子表分布信息，并根據(jù)請求中涉及的子表將請求轉(zhuǎn)發(fā)給子表所在的ChunkServer。如果是寫操作，它也將被轉(zhuǎn)發(fā)到更新服務(wù)器。有些請求需要跨越多個子表。此時，MergeServer會將請求拆分并發(fā)送給多個chunk server，并將這些chunk server返回的結(jié)果進(jìn)行合并。如果請求涉及多個表，MergeServer需要先從ChunkServer獲取每個表的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行多表關(guān)聯(lián)或嵌套查詢等操作。 
MergeServer支持多個chunk server的并發(fā)請求，即多個請求被發(fā)送到多個chunk server，然后所有請求被一次性應(yīng)答。此外，在SQL執(zhí)行期間，如果子表所在的ChunkServer出現(xiàn)故障，MergeServer會將請求轉(zhuǎn)發(fā)給子表的其他副本所在的ChunkServer。這樣，ChunkServer故障不會影響用戶的查詢。 

MergeServer本身沒有狀態(tài)，所以MergeServer的宕機(jī)不會影響用戶，客戶端會自動屏蔽故障的MergeServer。 
ChunkServer 

ChunkServer的功能包括：存儲多個子表，提供閱讀服務(wù)，執(zhí)行定期合并和數(shù)據(jù)分發(fā)。 
阿里數(shù)據(jù)庫oceanbase將一個大表分成大小約為256MB的子表。每個子表由一個或多個SSTable(一般為一個)組成，每個SSTable由多個塊組成(可配置的塊，大小從4 KB到64 KB不等)。數(shù)據(jù)按照主鍵的順序存儲在表中。要查找一行數(shù)據(jù)，首先需要定位該行所屬的子表，然后在相應(yīng)的表中執(zhí)行二分搜索法。SSTable支持兩種緩存模式，塊緩存和行緩存。塊緩存最近以塊為單位讀取數(shù)據(jù)，行緩存最近以行為單位讀取數(shù)據(jù)。 

MergeServer將每個子表的讀取請求發(fā)送給子表所在的ChunkServer，ChunkServer。Chunkserver首先讀取SSTable中包含的基線數(shù)據(jù)，然后請求UpdateServer獲取相應(yīng)的增量更新數(shù)據(jù)，再將基線數(shù)據(jù)與增量更新融合得到最終結(jié)果。 
因?yàn)槊看巫x取都需要從UpdateServer獲取最新的增量更新，所以為了保證讀取性能，需要限制UpdateServer中的增量更新數(shù)據(jù)量，最好將數(shù)據(jù)全部存儲在內(nèi)存中。OceanBase會周期性的觸發(fā)合并或者數(shù)據(jù)分發(fā)操作，其中ChunkServer會在前段時間從UpdateServer獲取更新操作。一般情況下，OceanBase集群會在服務(wù)高峰期(凌晨1：00開始，可配置)每天執(zhí)行一次合并操作。這種合并操作通常被稱為每日合并。 

更新服務(wù)器 
UpdateServer是群集中唯一可以接受寫入的模塊，并且每個群集中只有一個主更新服務(wù)器。UpdateServer中的更新操作首先被寫入內(nèi)存表。當(dāng)內(nèi)存表中的數(shù)據(jù)量超過某個值時，可以生成快照文件并轉(zhuǎn)儲到SSD。快照文件的組織方式類似于ChunkServer中的SSTable，因此這些快照文件也稱為SSTable。另外，由于數(shù)據(jù)行有些列更新了，有些列沒有更新，所以存儲在SSTable中的數(shù)據(jù)行是稀疏的，稱為稀疏SSTable。 

為了保證可靠性，主更新服務(wù)器需要在更新內(nèi)存表之前寫操作日志，并同步到備用更新服務(wù)器。當(dāng)主更新服務(wù)器失敗時，根服務(wù)器上維護(hù)的租約將失效。此時，RootServer將從備用更新服務(wù)器列表中選擇最新的備用更新服務(wù)器，并切換到主更新服務(wù)器繼續(xù)提供寫入服務(wù)。UpdateServer停機(jī)重啟后，需要先加載轉(zhuǎn)儲的快照文件(SSTable文件)，然后回放快照點(diǎn)之后的操作日志。 
由于集群中只有一個提供寫服務(wù)的主UpdateServer，OceanBase可以輕松實(shí)現(xiàn)跨銀行、跨表事務(wù)，而不需要采用傳統(tǒng)的兩階段提交協(xié)議。當(dāng)然，這也帶來了一系列問題。由于整個集群的所有讀寫操作都必須經(jīng)過updateserver，因此UpdateServer的性能非常重要。OceanBase cluster通過兩種機(jī)制將UpdateServer的增量更新持續(xù)分發(fā)到ChunkServer：定期合并和數(shù)據(jù)分發(fā)。然而，UpdateServer只需要在短時間內(nèi)提供新添加的數(shù)據(jù)，所有這些數(shù)據(jù)通常都可以存儲在內(nèi)存中。此外，UpdateServer的內(nèi)存操作、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、磁盤操作在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時也需要進(jìn)行大量優(yōu)化。

阿里數(shù)據(jù)庫oceanbase定期整合和數(shù)據(jù)分發(fā) 
定期整合和數(shù)據(jù)分發(fā)都是將增量更新從UpdateServer分發(fā)到ChunkServer的方法，它們的總體過程是相似的：

1)UpdateServer凍結(jié)當(dāng)前活動內(nèi)存表，生成凍結(jié)內(nèi)存表，打開新的活動內(nèi)存表，后續(xù)更新操作寫入新的活動內(nèi)存表。 
2)UpdateServer通知RootServer數(shù)據(jù)版本發(fā)生變化，然后RootServer通過心跳消息通知ChunkServer。

3)每個ChunkServer開始定期的合并或數(shù)據(jù)分發(fā)操作，從UpdateServer獲取每個子表對應(yīng)的增量更新數(shù)據(jù)。 
定期合并和數(shù)據(jù)分發(fā)的區(qū)別在于，ChunkServer在數(shù)據(jù)分發(fā)的過程中只在本地緩存UpdateServer中凍結(jié)內(nèi)存表中的增量更新數(shù)據(jù)，而ChunkServer在定期合并的過程中需要將本地s表中的基線數(shù)據(jù)和凍結(jié)內(nèi)存表中的增量更新數(shù)據(jù)合并一次，融合后生成新的基線數(shù)據(jù)并存儲在新的s表中。定期合并對系統(tǒng)的服務(wù)能力影響很大，往往安排在日常服務(wù)的高峰時段進(jìn)行(比如凌晨1:00開始)，而數(shù)據(jù)分發(fā)可以不受限制。