Oceanbase – 千亿级海量数据库

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我在数据库大会有一个报告：<<Oceanbase – 千亿级海量数据库>>，ppt已上传到Slideshare上。有一些同学问我，Oceanbase的创新点在哪里？

从大学的数据结构课程可以知道，数据量比较大时，有两种数据结构很常用：哈希表和B+树，分布式系统也是类似的。如下图：

Amazon的系统实现了一个分布式哈希表，而Google Bigtable, Yahoo PNUTS，Microsoft SQL Azure实现了一颗分布式B+树。分布式哈希表实现相对简单，但只支持随机读取；而分布式B+树支持范围查询，但实现比较复杂，主要有两个难点：

1, 状态数据的持久化和迁移。更新操作改变系统的状态，数据库系统中更新操作首先以事务提交日志（MySQL称为binlog, NOSQL称为commit log）写入到磁盘，为了保证可靠性，commit log需要复制多份并保证它们之间的一致性。另外，机器宕机时需要通过commit log记录的状态修改信息将服务迁移到集群中的其它节点。

2, 子表的分裂和合并。B+树实现的难点在于树节点的分裂与合并，在分布式系统中，数据被顺序划分为大小在几十到几百MB大小的数据范围，一般称为子表，相当于B+树结构中的叶子节点。由于每个子表在系统中存储多份，需要保证多个副本之间的分裂点是一致的。由于子表在分裂的同时也有更新操作，保证多个副本之间一致是比较困难的。

对于这两个问题，不同的系统有不同的解决方法：

1, 状态维持。Google Bigtable将状态数据写入到GFS中，由GFS提供可靠性保证，但GFS本身是一个巨大的工程；Yahoo PNUTS将状态数据写入到分布式消息中间件，Yahoo内部称为Yahoo Message Broker；Microsoft SQL Azure直接通过网络将数据复制到多机，由于一台机器服务多个子表，这些子表的副本可能分布在整个集群中，因此，任何两台机器都可能建立数据复制的网络通道，需要处理与这些通道有关的异常情况。

2, 子表分裂。由于底层有GFS保证可靠性，Google Bigtable设计时保证每一个子表同时只被一台机器(Tablet Server)服务；Yahoo PNUTS通过引入复杂的两节点提交(Two-phase commit)协议协调多个副本之间的一致性，使得他们的分裂点相同；Microsoft SQL Azure干脆不支持子表分裂，牺牲一部分扩展性从而简化系统设计。

淘宝Oceanbase设计之初对淘宝的在线存储需求进行分析发现：淘宝的数据总量比较大，未来一段时间，比如五年之内的数据规模为百TB级别，千亿条记录，另外，数据膨胀很快，传统的分库分表对业务造成很大的压力，必须设计自动化的分布式系统；然而，在线存储每天的修改量很小，大多数情况下单机的内存就能存放下。因此，我们采用将动态数据和静态数据分离的办法。动态数据的数据量小，采用集中式的方法解决，这样，状态数据维持从一个分布式的问题转化为单机的问题；静态数据的数据量大，采用分布式的方法解决，因为静态数据基本不变，实现时不需要复杂的线程同步机制，另外，保证静态数据的多个副本之间一致性是比较容易的，简化了子表的分裂和合并操作。通过这样的权衡，淘宝Oceanbase以一种很简单的方式满足了未来一段时间的在线存储需求，并且还获得了一些其它特性，如高效支持跨行跨表事务，这对于淘宝的业务是非常重要的。另外，我们之所以敢于做这样的权衡，还有一个重要的原因：我们内部已经思考了很多关于动态数据由集中式变为分布式的方案，即使我们对需求估计有些偏差，也可以很快修改原有系统进一步提高可扩展性。