從阿里雲資料庫入選Gartner談資料庫的演化
摘要： 根據全球權威的IT諮詢公司Gartner的最新研究報告，在2018年度資料庫系統的魔力象限中，阿里雲資料庫被列入“遠見者”象限，這是國產資料庫首次進入Gartner魔力象限。Gartner的魔力四象限，描述了資料庫廠商的產品能力和市場規模。
根據全球權威的IT諮詢公司Gartner的最新研究報告，在2018年度資料庫系統的魔力象限中，阿里雲資料庫被列入“遠見者”象限，這是國產資料庫首次進入Gartner魔力象限。Gartner的魔力四象限，描述了資料庫廠商的產品能力和市場規模。四個象限依次分別為領導者、挑戰者、遠見者和特定領域者。目前資料庫魔力象限領導者，以老牌的IT廠商Oracle，Microsoft，IBM為主。阿里雲通過持續的技術研發創新，進入遠見者象限，代表著公司具備良好的產品技術創新性和前瞻性，在市場上進一步突破之後將有希望成為該領域的絕對領導者。
“阿里雲擁有所有云廠商中最為豐富的資料庫種類覆蓋度，幾乎為所有客戶的業務場景提供了多種解決方案” 分析師在報告中寫道，“除了公共雲外，阿里雲資料庫還提供了完整的私有化部署形態Apsara Stack和混合雲資料共享解決方案，這是AWS、Google所欠缺的重要優勢”。根據Gartner的市場分析報告，阿里雲資料庫在中國所有云計算廠商中排名第一。Gartner指出阿里巴巴開源的AliSQL擁有堅實的使用者基礎，特別是管理和安全方面的改進得到了廣泛認可；另外雲原生資料庫POLARDB在高效能、高容量使用場景的應用值得期待。
在阿里雲作為唯一國產資料庫廠商首次入選“全球資料庫魔力象限“之際，我們通過深入分析雲資料庫的演化方式，來進一步解讀這一次的里程碑事件。
趨勢：雲資料庫的演化
作為IT科技的核心技術之一，資料庫起源於上世紀70年代，在技術發展浪潮中歷久彌新，支撐著現代社會的經濟活動和商業文明。縱觀IT、網際網路、雲端計算、大資料等的技術發展趨勢，從《連線》（Wired）雜誌創始主編Kevin Kelly的《失控》、《科技想要什麼》、《必然》這幾篇恢弘大作，到最近風靡全球的尤瓦爾·赫拉利的簡史三部曲《人類簡史》，《未來簡史》和《今日簡史》，都被大眾廣泛關注。這些科技大作充分體現出當今社會對於未來科技趨勢和人類社會的充分展望和遐想。無論是社會個體，還是經濟企業，都嘗試通過對未來趨勢的感知和想象來獲得洞見，而核心關鍵詞是“演化”。同樣，雲資料庫對比傳統資料庫的差別，從傳統資料庫向雲技術融合的演化過程中，可以充分體現出來。
雲端計算的高速發展是和網際網路密不可分的。雲端計算服務最早孵化的契機是網際網路電商巨頭為了能夠充分利用大量被閒置的IT伺服器這樣的一個背景產生的。一開始為網際網路開發者和創業型公司服務，提供易用、迅捷的、高性價比的IT資源服務。把資料庫放在雲上，首先需要解決多租戶共享使用資源的問題，如圖1-1所示。通過把物理伺服器的CPU、記憶體、本地儲存、網路資源通過虛擬機器或容器進行資源和效能的切分和隔離，就能執行多個數據庫例項，為多個雲使用者提供服務。當然，為了減少多個數據庫之間I/O效能的串擾，高速的SSD儲存也成為了標配。這是最早期雲資料庫形態，特點是成本最優，至今還在為一些首要關注成本的開發者和小客戶所使用。
圖1-1 第一個階段：基於虛擬化和本地SSD的雲資料庫
隨著這些小客戶的業務發展，一些小的創業公司逐漸成為獨角獸，一些Mission-Critical的關鍵業務應用，需要提供滿足7X24小時不間斷的服務，於是新的形態在演化，在第一個階段的基礎上，如圖1-2，通過增加一個備庫的方式，在主庫和備庫之間同步另一份資料，然後只有主庫提供服務，備庫隨時在當主庫發生故障的時候替換主庫進行服務。通過這種Active-Standby的架構，能實現99.95%級別的高可用服務。這是被很多生產環境所證實的簡單實用的高可用機制。但是代價是增加了成本，因為增加了一個隱藏的備機，同時資料也增加了1倍。
圖1-2 第二個階段：高可用的雲資料庫
在高可用的問題解決之後，隨著使用者業務和資料的增長，系統負載不斷增加，一種非常實用的“讀寫分離”架構被引入，如圖1-3所示。讀寫分離架構針對大部分資料庫應用場景下，讀和寫請求的比例為3比1以上，很多場景讀寫比例甚至達到10比1或更高。這種情形下，通過引入多個只讀節點（只讀庫），在只讀節點上各同步一份主節點的資料，來分擔讀的負載，系統的整體吞吐能力得到數倍的提升，能夠非常有效的解決絕大多數的大資料量併發處理的場景。當然，由於引入只讀節點，多個只讀節點的高可用也需要一個隱藏的備庫來支撐，也需要有一個自適應負載均衡的讀寫分離的代理介面做資料的連線和自動分發。於是，系統整體處理能力提升了，可是成本卻會快速增長。比如有N個只讀節點，那麼整體系統的資料就有N+1+2份複製（1個主節點，2個備庫）。另外，物理機本地儲存的限制，最大支援的資料量最多也只能在2TB到3TB左右。所以說，上訴架構在併發效能、資料容量、成本、彈性等各個維度需要進一步演化。
圖1-3引入讀寫分離架構的高可用雲資料庫
而圖1-4 是雲資料庫演化的質的飛躍，基於共享儲存的高可用讀寫分離架構，這種架構利用分散式共享儲存，採用資料三副本儲存，提高了資料的可靠性。使用資料共享架構，只讀節點各自無需進行資料的複製，極大的提升了系統性能，而且支援多達15個只讀節點，還能保證更低的只讀節點的資料延遲。當只有一個只讀節點時，只讀節點在獲得讀寫分離能力的同時，還能額外提供一倍的讀效能，這種Active-Active的高可用機制，相對於之前的Active-Standby的高可用機制，是一個技術演化的進步。總之，基於共享分散式儲存會帶來本質上的技術架構優勢，阿里雲的雲原生資料庫POLARDB，就是基於這樣一種最新的技術架構演化發展而來，按照28法則並結合實際運維經驗來看，能夠滿足80%以上使用者的關係型資料的處理場景。
圖1-4基於分散式共享儲存的高可用讀寫分離的雲原生資料庫
從上訴雲資料庫的演化過程來看，雲資料庫拓展了企業級整體方案的服務能力（高可靠、高可用、負載均衡、讀寫分離等等），並且在雲平臺的能力基礎上，通過技術架構的演化形成雲原生資料庫，提供了傳統資料庫能力的超集，形成了如圖1-5 的從資源、平臺到生態的整體雲服務體系，對比傳統資料庫具有以下特點：
1. 雲資料庫通過計算、網路、儲存的虛擬化和分散式技術，進一步拓展了傳統資料庫計算能力的邊界。並提供了根據使用者業務應需而變、快速彈性的服務能力。
2. 雲資料庫提供了省時、省心、省力的基於綠色計算、安全和高速網路的IDC硬體部署、監控管理和軟硬體的升級和維護服務。
3. 雲資料庫通過基於的Web服務自助管理方式，極大的簡化了使用者的購買、操作、管理過程，極大的降低了時間成本和應用成本。
4. 雲資料庫，直接提供了傳統on-premise企業級關鍵應用需要依賴高可用、負載均衡、防火牆、網路拓撲、跨機房容災等外部的其他軟硬體工具、模組，來搭建安全可靠的滿足企業級方案的資料庫服務能力。
圖1-5 阿里雲Apsara雲資料庫服務體系
雲原生關係型資料庫：企業級資訊的價值來源
對於現代化企業來講，需要在企業雲端計算資料中快速發掘新的價值和機會，雲服務提供的IT資源能力，已經是整體數字化方案的最佳實踐。未來企業生產力的競爭，不再僅僅比拼橫向生產的規模，運營的效率，和獲取資源的能力。更需要在縱向上，在應對使用者需求的市場快速變化上，提供更加精益的生產力和精準的營銷能力。數字化時代企業需要具有快速應變的創新能力，通過資料進行關聯和分析，快速、直接、精準的感知需求和洞悉市場的變化，能夠打造個性化、精細化、新穎化的產品和服務，給企業帶來新的生命力。企業雲端計算數字化IT架構逐漸成為標配，雲服務已經不是最早期的滿足中小網際網路使用者的形態和能力，雲原生關係型資料庫能夠圍繞企業級雲應用關注的業務連續性、高效能處理能力、安全可靠性、可擴充套件性、彈效能力等提供整體方案和服務能力。如下圖1-6所示，企業級雲應用圍繞資料管理的多個維度以及業務、資訊和資料管理的流程，對於資料處理，交易過程，分析萃取，工作流等最後沉澱下來的是最為寶貴的，能夠直接表述使用者資訊、需求資訊、業務效能和商業價值的多個模組，都和關係型雲資料庫緊密關聯。
圖1-6 企業級雲資料和資訊架構
POLARDB：100%相容MySQL的關係型原生資料庫
而相比較於早期的雲資料庫服務，雲原生資料庫POLARDB能夠為企業提供更好的安全可靠的特性，更好的業務連續性，更快的業務需求應變能力，更好的擴充套件性，當然還有更高的價效比。POLARDB採用最新的軟硬體一體化的創新融合設計，在多個技術指標上做到世界領先。
1. 極速效能
POLARDB對計算和儲存引擎進行優化，通過標準Sysbench OLTP效能基準測試，讀效能最高達到100萬QPS，寫效能最高超過25萬QPS，輕鬆應對企業級大規模資料的處理。最大支援16個處理節點，系統併發聚合讀效能最高達到1000萬QPS。另外，POLARDB針對資料的複雜查詢能力，提供加速模組，能夠獲得高達4-20倍左右的查詢加速能力。
2. 超大容量與彈性伸縮
POLARDB採用分散式共享儲存架構，計算與儲存分離，採用最先進的3D Xpoints儲存介質，儲存空間根據使用者實際使用資料自動擴充套件，儲存按照使用者的實際使用量收費，。無論多大資料量，5分鐘之內即可完成節點規格的升級和進行只讀節點的擴充套件，應需而變，隨需所用，極速適配。
3. 100%相容MySQL
100%相容MySQL OLTP（線上事務處理）的能力，向下相容MySQL5.6，極大的降低使用者業務的適配成本，使企業上雲的適配成本和改造風險降到最低。
4. 高可靠、高可用
POLARDB使用分散式海量儲存系統，通過多個副本帶來資料的高可靠性。底層的儲存資料支援Snapshot進行秒級別的極速備份。並且支援資料強一致的同城災備能力，為企業級最核心的價值資料提供最可靠的技術支撐。
5. 資料安全
POLARDB採用白名單、VPC網路、SSL加密、SQL審計、資料多副本儲存、備份恢復等全方位手段，對資料庫資料訪問、儲存、管理等各個環節提供安全保障。讓企業級資料在雲上獲得全方位的安全保障。
我們相信，企業在未來行業的融合，跨界的嘗試，微創新的應用中，會不斷洞見和發掘資料的價值。而阿里雲資料庫，通過持續創新的技術優勢，將為企業精益生產力的快速進化提供最直接的助力。
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