云數(shù)據(jù)庫，是一種“穩(wěn)定可靠、可彈性伸縮”的在線數(shù)據(jù)庫服務(wù)。云數(shù)據(jù)庫，基于云計算平臺，提供數(shù)據(jù)庫的變更、查詢和計算等服務(wù)。這種服務(wù)不僅能夠幫助用戶從繁瑣的硬件、軟件配置上解脫出來，還可以簡化軟件、硬件的升級，具有普通數(shù)據(jù)庫所不具有的特點和功能。

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本篇帶你了解云數(shù)據(jù)庫涉及的幾個關(guān)鍵技術(shù)，如：數(shù)據(jù)庫的擴展、大規(guī)模數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)、共享型和分布式數(shù)據(jù)庫，以及智能運維和數(shù)據(jù)化管理等。

一、 數(shù)據(jù)庫的擴展

當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲容量不足或者性能有待提升時，需要進行數(shù)據(jù)庫擴展。數(shù)據(jù)庫擴展，有“向上擴展”和“橫向擴展”兩種方式。

向上擴展，指的是通過數(shù)據(jù)庫的調(diào)優(yōu)或者硬件調(diào)優(yōu)等方式，提高單機性能。向上擴展，主要針對單個節(jié)點進行優(yōu)化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的擴展。橫向擴展，則不再局限于提升單機性能，而是實現(xiàn)分布式的數(shù)據(jù)庫，利用多機器解決數(shù)據(jù)庫擴展的問題。

向上擴展和橫向擴展，是從不同角度對數(shù)據(jù)庫進行的擴展。打個比方，一個30層的樓房可以容納200人，現(xiàn)在又有200人需要入住。向上擴展的方式，是在原有30層樓房的基礎(chǔ)上，再添加30層，供新老住戶居??；而橫向擴展的方式則是，額外再建一棟30層的樓房，給新來的200人入住。

在大數(shù)據(jù)時代，傳統(tǒng)向上擴展的方式，只提升和優(yōu)化單個節(jié)點的性能，已經(jīng)很難滿足用戶的需求。而且向上擴展的方式，數(shù)據(jù)在遷移時不得不停機，會造成服務(wù)中斷。橫向擴展的方式，只需增加節(jié)點，使得數(shù)據(jù)庫的擴展工作大大簡化。當(dāng)有節(jié)點發(fā)生故障時，系統(tǒng)自動檢測故障，并轉(zhuǎn)移故障節(jié)點的應(yīng)用，提高數(shù)據(jù)庫的可靠性和高可用性。

二、 大規(guī)模數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)

在大數(shù)據(jù)時代，海量數(shù)據(jù)的存儲和訪問，成為數(shù)據(jù)庫設(shè)計的瓶頸，傳統(tǒng)的方式已無法滿足大數(shù)據(jù)的需求。要實現(xiàn)超大規(guī)模的數(shù)據(jù)庫，可采用“負(fù)載均衡技術(shù)、讀寫分離技術(shù)、數(shù)據(jù)庫/數(shù)據(jù)表拆分技術(shù)”等。

1、 負(fù)載均衡技術(shù)

顧名思義，負(fù)載均衡就是平衡各節(jié)點/單元的工作負(fù)載，以達(dá)到提高整個系統(tǒng)資源利用率的目的。利用負(fù)載均衡技術(shù)，可以將大量并發(fā)訪問或數(shù)據(jù)流量等任務(wù)，分配到多個節(jié)點單元上分別處理，以縮短反應(yīng)時間，或者將單個負(fù)載嚴(yán)重的節(jié)點的工作任務(wù)，分配到其他節(jié)點進行處理。

負(fù)載均衡技術(shù)，通常用于集群系統(tǒng)中，該系統(tǒng)由多臺計算機構(gòu)成，系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)進行連接。對內(nèi)，各個節(jié)點相互協(xié)作，均衡負(fù)載；對外，則表現(xiàn)為超強性能的服務(wù)器。

在云數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)負(fù)載均衡，首先需要一個連接數(shù)據(jù)庫的控制端，作為中間層。外部的所有請求，訪問中間層，再由中間層來訪問數(shù)據(jù)庫。中間層可以設(shè)置有效的均衡策略，控制每次訪問哪個數(shù)據(jù)庫。此外，在云數(shù)據(jù)庫中，負(fù)載均衡技術(shù)要解決的另一個問題是，數(shù)據(jù)的實時和同步。

負(fù)載均衡技術(shù)，使得數(shù)據(jù)庫具有很強的擴展性，只需要增加數(shù)據(jù)庫服務(wù)器即可。通過多臺服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，也保護了數(shù)據(jù)庫的安全性。

2、 讀寫分離技術(shù)

數(shù)據(jù)庫讀寫分離的原理，是將“讀操作”和“寫操作”對應(yīng)到不同的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上去，從而減輕了數(shù)據(jù)庫的壓力。一般由“主數(shù)據(jù)庫”對應(yīng)“寫操作”，“從數(shù)據(jù)庫”對應(yīng)“讀操作”。當(dāng)數(shù)據(jù)庫進行“寫操作”時，需要同步到所有的數(shù)據(jù)庫中，從而保證數(shù)據(jù)的完整性。

數(shù)據(jù)庫的讀寫分離，需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)復(fù)制，將一組數(shù)據(jù)拷貝到多個數(shù)據(jù)源，分布在多個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，從而保證不同地點的數(shù)據(jù)自動更新，維持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。

但讀寫分離技術(shù)也存在一定的問題。例如：實時性差，“寫操作”進行后，往往要隔一段時間才能訪問到最新的數(shù)據(jù)。尤其是在操作的數(shù)據(jù)量大時，同步效率明顯變差。所以，需要根據(jù)查詢的敏感程度區(qū)分業(yè)務(wù)，將可接受短期延遲的查詢分流到庫。

3、 數(shù)據(jù)庫/數(shù)據(jù)表拆分技術(shù)

數(shù)據(jù)庫/數(shù)據(jù)表拆分技術(shù)，是按照一定的規(guī)則，將同一個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，分散到不同的數(shù)據(jù)庫中，通過“路由轉(zhuǎn)換”訪問特定的數(shù)據(jù)庫，從而將訪問分散到多臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

拆分技術(shù)，分為縱向拆分和橫向拆分。縱向拆分，是按照具體應(yīng)用的功能模塊進行拆分，不同功能的模塊，分布在不同的數(shù)據(jù)庫中。橫向拆分，是將單個表的數(shù)據(jù)，分散到不同的數(shù)據(jù)庫。

縱向拆分，適合模塊劃分清晰的系統(tǒng)，但是僅僅按“功能模塊”進行拆分，并不能有效緩解所有的訪問壓力，單表數(shù)據(jù)的操作，帶來的系統(tǒng)開銷仍然很大。此時，橫向拆分的方法，繼續(xù)將單表劃分成子表，可有效提升數(shù)據(jù)庫的操作效率。

三、 共享型和分布式數(shù)據(jù)庫

共享存儲是云計算時代對數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)新，以“節(jié)約資源、降低開發(fā)成本”為目的。云數(shù)據(jù)庫的提供商和使用云數(shù)據(jù)庫的人，類似于“房東和租戶”的關(guān)系。用戶可以創(chuàng)建表、修改表，但是無法創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、修改數(shù)據(jù)庫，因為數(shù)據(jù)庫供所有用戶使用，而單個用戶不具備修改的權(quán)限。

由于是共享存儲，用戶可以按需付費，不必購買整個數(shù)據(jù)庫。有多大的業(yè)務(wù)，就租賃多大的空間，按實際需求支付相應(yīng)的費用。

共享型數(shù)據(jù)庫需要支持租戶隔離，并保障安全性。在遇到故障時，要提供“高可用性”保障，不影響對用戶的服務(wù)。當(dāng)用戶數(shù)據(jù)增長超過租用容量時，還要能夠為用戶的數(shù)據(jù)庫提供“無縫升級”的擴容服務(wù)。

創(chuàng)新互聯(lián)新上線的云數(shù)據(jù)庫MySQL，和自家的云服務(wù)器、裸金屬服務(wù)器一樣，都支持和具備“彈性擴展”的優(yōu)勢特點。用戶可根據(jù)自己具體的業(yè)務(wù)需求，以及業(yè)務(wù)的發(fā)展變化，按實際需要進行配置上的彈性擴展，支持配置無縫升級或降級。在進行升、降級時并不會導(dǎo)致云數(shù)據(jù)庫服務(wù)的中斷，從而影響到用戶業(yè)務(wù)的正常運轉(zhuǎn)。

分布式數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，目前逐漸向“客戶機/服務(wù)器模式”發(fā)展。分布式數(shù)據(jù)庫是一個數(shù)據(jù)的集合，這些數(shù)據(jù)在物理上分布在計算機網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點，但在邏輯上卻屬于同一個系統(tǒng)。每個節(jié)點擁有獨立處理數(shù)據(jù)的能力，同時也至少參與到一個全局應(yīng)用當(dāng)中。所以分布式數(shù)據(jù)庫的特點是：物理分布性、邏輯整體性、場地自洽性以及場地之間的協(xié)作性。

分布式數(shù)據(jù)庫按照所使用的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可分為“同構(gòu)同質(zhì)型、同構(gòu)異質(zhì)型、異構(gòu)型”。數(shù)據(jù)庫要把數(shù)據(jù)分散到不同的節(jié)點，就涉及到“數(shù)據(jù)分片”的技術(shù)，包括“水平分片、垂直分片、導(dǎo)出分片、混合分片”等。無論采用哪種分片方式，都必須滿足“完備性、可重構(gòu)、不相交”的條件。

分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)接收到用戶請求后，要決定將其分配到哪些計算機。如果目標(biāo)數(shù)據(jù)存儲在多個計算機節(jié)點上，就必須進行分布式處理。由于采用“分布式”架構(gòu)，數(shù)據(jù)庫具有靈活的體系結(jié)構(gòu)、較好的可擴展性，能夠適應(yīng)分布式的管理和控制結(jié)構(gòu)。

四、 智能運維和數(shù)據(jù)化管理

由于集群規(guī)模和數(shù)據(jù)量增長過快，業(yè)務(wù)環(huán)境愈發(fā)復(fù)雜，這給運維工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的運維平臺雖然能在故障發(fā)生時及時報告，但卻不具備預(yù)測的能力，無法發(fā)現(xiàn)潛在的風(fēng)險。智能運維和數(shù)據(jù)化管理，則可以彌補傳統(tǒng)運維的不足，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫資源的統(tǒng)一監(jiān)控、運維工作自動化、智能化，挖掘和預(yù)測潛在的風(fēng)險，快速定位和處理故障。

云數(shù)據(jù)庫涉及的關(guān)鍵技術(shù)！

智能運維和數(shù)據(jù)化管理，通過主動管理的方式，實時監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的資源消耗、執(zhí)行成本等性能參數(shù)，及時發(fā)出警告并給出原因分析。通過對歷史數(shù)據(jù)自動收集和匯總分析，當(dāng)數(shù)據(jù)庫運行狀態(tài)偏離時，也能夠及時發(fā)出預(yù)警。通過預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)，自動檢測故障；通過預(yù)先設(shè)定的故障分析程序，自動分析原因并提供相應(yīng)的解決方案，大大提升運維和管理的效率。

常見的功能模塊如下：

⑴ 數(shù)據(jù)庫運行成本監(jiān)控

數(shù)據(jù)庫運行效率取決于數(shù)據(jù)庫SQL/NoSQL語句的運行效率。當(dāng)某類應(yīng)用的SQL/NoSQL語句運行效率下降、運行成本增加、運行時間突增時，發(fā)出預(yù)警并提供相應(yīng)的原因分析報告。

⑵ 數(shù)據(jù)庫性能監(jiān)控與分析

通過對數(shù)據(jù)庫過去幾周或幾個月的歷史性能數(shù)據(jù)的自動收集、匯總分析，并生成數(shù)據(jù)庫性能基線，當(dāng)數(shù)據(jù)庫運行狀態(tài)偏離性能基線時，發(fā)出預(yù)警。同時將資源消耗多的SQL/NoSQL語句定位、原因分析、整改建議方案產(chǎn)生、整改前后效果預(yù)測與優(yōu)化建議報表生成等功能實現(xiàn)自動化。

⑶ 故障自動分析、處理與回溯

通過給數(shù)據(jù)庫預(yù)先定義健康的標(biāo)準(zhǔn)，實時對數(shù)據(jù)庫運行狀態(tài)進行自檢，當(dāng)數(shù)據(jù)庫偏離健康標(biāo)準(zhǔn)時發(fā)出故障預(yù)警。同時，可調(diào)用預(yù)先設(shè)置的相關(guān)故障分析程序，自動分析故障原因，并給出可能的解決方案，這極大縮短了故障處理時間；啟動捕獲業(yè)務(wù)系統(tǒng)故障時間、交易信息及運行數(shù)據(jù)，并在測試環(huán)境再次回放，實現(xiàn)故障現(xiàn)象回溯。

⑷ 數(shù)據(jù)庫容量監(jiān)控與分析

通過實時收集與存儲數(shù)據(jù)庫容量（如：空間消耗、并發(fā)連接數(shù)變化、內(nèi)存消耗）等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進行自動分析。通過分析數(shù)據(jù)庫的歷史容量變化趨勢，能夠?qū)?shù)據(jù)庫即將出現(xiàn)的容量瓶頸，進行提前預(yù)警。

創(chuàng)新互聯(lián)在今年春節(jié)期間，新上線了三款“云數(shù)據(jù)庫”的產(chǎn)品和服務(wù) ：云數(shù)據(jù)庫MySQL、云數(shù)據(jù)庫Redis以及云數(shù)據(jù)庫Memcached。其中，云數(shù)據(jù)庫MySQL是一種即開即用、穩(wěn)定可靠、可彈性伸縮的“在線數(shù)據(jù)庫服務(wù)”，具有多重安全防護措施和完善的性能監(jiān)控體系，并提供專業(yè)的數(shù)據(jù)庫備份、恢復(fù)及優(yōu)化方案，使企業(yè)與用戶能夠更加專注于應(yīng)用開發(fā)和業(yè)務(wù)發(fā)展。而云數(shù)據(jù)庫Redis，則是一種即開即用、穩(wěn)定可靠的高性能數(shù)據(jù)緩存服務(wù)，支持“主從熱備”，提供“自動容災(zāi)切換、實例監(jiān)控、在線擴容”等功能。另外一款云數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品——云數(shù)據(jù)庫Memcached，是一種內(nèi)存級、持久化緩存服務(wù)，同樣支持“主從熱備”，提供“自動容災(zāi)切換、實例監(jiān)控、在線擴容”等功能。

文章題目：云數(shù)據(jù)庫涉及的關(guān)鍵技術(shù)！
網(wǎng)頁鏈接：http://jinyejixie.com/article34/scjpe.html

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