TiDB簡介與整體架構

TiDB 簡介

TiDB 是 PingCAP 公司受 Google Spanner / F1 論文啟發(fā)而設計的開源分布式 NewSQL 數(shù)據(jù)庫。

TiDB 具備如下 NewSQL 核心特性：

• SQL支持（TiDB 是 MySQL 兼容的）
• 水平彈性擴展（吞吐可線性擴展）
• 分布式事務
• 跨數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)強一致性保證
• 故障自恢復的高可用
• 海量數(shù)據(jù)高并發(fā)實時寫入與實時查詢（HTAP 混合負載）

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(shù)據(jù)庫中間件、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(chǎn)力。

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。

TiDB 集群主要分為三個組件：

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(shù)據(jù)的 TiKV 地址，與 TiKV 交互獲取數(shù)據(jù)，最終返回結果。 TiDB Server 是無狀態(tài)的，其本身并不存儲數(shù)據(jù)，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。

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(diào)度和負載均衡（如數(shù)據(jù)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(shù)個節(jié)點，一般線上推薦至少部署 3 個節(jié)點。

TiKV Server

TiKV Server 負責存儲數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)的基本單位是 Region，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(shù)據(jù)，每個 TiKV 節(jié)點會負責多個 Region 。TiKV 使用 Raft 協(xié)議做復制，保持數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)在多個 TiKV 之間的負載均衡由 PD 調(diào)度，這里也是以 Region 為單位進行調(diào)度。

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(shù)據(jù)，隨著數(shù)據(jù)量的增長，可以部署更多的 TiKV Server 節(jié)點解決數(shù)據(jù) Scale 的問題。PD 會在 TiKV 節(jié)點之間以 Region 為單位做調(diào)度，將部分數(shù)據(jù)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（推薦至少部署 3 個 TiKV， 3 個 PD，2 個 TiDB），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。下面分別說明這三個組件的可用性、單個實例失效后的后果以及如何恢復。

• TiDB

  TiDB 是無狀態(tài)的，推薦至少部署兩個實例，前端通過負載均衡組件對外提供服務。當單個實例失效時，會影響正在這個實例上進行的 Session，從應用的角度看，會出現(xiàn)單次請求失敗的情況，重新連接后即可繼續(xù)獲得服務。單個實例失效后，可以重啟這個實例或者部署一個新的實例。

• PD

  PD 是一個集群，通過 Raft 協(xié)議保持數(shù)據(jù)的一致性，單個實例失效時，如果這個實例不是 Raft 的 leader，那么服務完全不受影響；如果這個實例是 Raft 的 leader，會重新選出新的 Raft leader，自動恢復服務。PD 在選舉的過程中無法對外提供服務，這個時間大約是3秒鐘。推薦至少部署三個 PD 實例，單個實例失效后，重啟這個實例或者添加新的實例。

• TiKV

  TiKV 是一個集群，通過 Raft 協(xié)議保持數(shù)據(jù)的一致性（副本數(shù)量可配置，默認保存三副本），并通過 PD 做負載均衡調(diào)度。單個節(jié)點失效時，會影響這個節(jié)點上存儲的所有 Region。對于 Region 中的 Leader 結點，會中斷服務，等待重新選舉；對于 Region 中的 Follower 節(jié)點，不會影響服務。當某個 TiKV 節(jié)點失效，并且在一段時間內(nèi)（默認 10 分鐘）無法恢復，PD 會將其上的數(shù)據(jù)遷移到其他的 TiKV 節(jié)點上。