RDMA网络下重思数据库高可用
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网络下重思数据库高可用
摘要
高可用数据库系统常常使用用数据复制来达到容错的目的。
和
复制算法都是严重依赖于时延，网络常常成为性能的主要瓶颈。从某种意义上说，
这些技术旨在最小化副本之间的网络通信。然而，下一代网络的出现，以期高吞吐低延迟
的特性，使得需要重视这些假设。
首先提出，现代
网络使得瓶颈转向
，因此现代网络优化的复制技术不再是
最优选择。提出了一个新高可用机制
复制，充分利用
达到消除在复制
中处理多余工作的目的。使用
，所有
都将
能力专用于执行新事物，
而不是复制的冗余计算。当出现故障时，
通过基于
的
机制，维
护高可用和数据正确性。实验表明，
比第二种协议在
网络上快
倍。
引言
任何传统数据库系统都有一个关键功能：高可用。单机情况下，故障会导致数据库服
务不可用并且会造成数据丢失。高可用通常通过分布式数据复制来完成。主机上
会
复制到备机从而当主机故障时可以被备机替代。
传统分布式系统设计时针对的是：网络是服务性能的瓶颈。在同一个数据中心内通过
传统的
千兆以太网发送消息，例如，与访问本地内存相比，网络传输在高延迟和低带宽
上会差上
个数量级。高可用方法主要有
和
，这两种方法都是
为了优化网络负载。
随着下一代网络的出现，传统的高可用协议不再适用，尤其是在局域网环境中。基于
的网络，具有和主存相近的带宽，只有其
倍的高延迟。我们对
和
机制实验表明，现代
网络下，性能瓶颈转向
的计算负载。因此传统
网络优化高可用机制不再是最优的方案。需要设计新的协议全力释放
硬件的红利。
为此，我们提出
复制协议适配
硬件。在执行数据复制时，
优化目标在于最小化
负载而不是最小化网络负载。该机制核心思想：使用
单边特性，直接在远方备机上直接
记录，而不需要远程
的参与。这种设
计的挑战在于，备机
不参与复制协议下如何达到故障容错。为解决这个问题，我们设
计了意向新型的
，所有逻辑都由主机单方面执行。每
个事务经历两个阶段：（
）
和本地
（
）日志空间回收，其中每个
都由单独的
写来执行。我们证明了在不同故障场景下该机制的正确性。和
、
相比，
快两倍。
本文贡献如下：
重视下一代网络上传统高可用协议，证明优化网络负载不再是最合适的设计目标。
提出
协议，部署在
高速网络上。
关系型关系数据库中的高可用
因各种不同原因，数据库系统会发生故障：硬件故障、网络通信故障、软件
、人
为故障等。高可用系统可以保证数据库系统发生这样故障时仍提供服务达到零宕机时间。
高可用通常通过复制来完成：数据库每个记录都会复制到一个或多个机器。为了达到
容忍
!
个机器故障的目的，需要将事务的数据复制到至少
!"
节点。例如，当
!
等于
时，
每个记录存储在两个不同的及其上，这样不论哪个机器故障都不会阻塞系统服务的持续性。
#
对复制进行了分类：
或
$
复制。强一致性要求不高的场景下常常应用
$
复制，能够接受丢失数据的可能，例如
$
和
% !
。
本文我们关注
复制，即以
&&
架构下的强一致性复制。数据库必须保
证事务的
需要倒到
后才能提交。强一致性处理机器故障变得简单，因为所有
副本在同一个时间内都是相同的。
强一致性复制可分为两类：
和
。讲解了这两类复制的有点和
缺点并讨论他们耗费和限制。
active-passive
复制
一个主，接受写操作；主将其数据复制到一个或多个从。一旦主故障，则选择一个从
提升为主。学术型或者商业数据库的
复制实现有多种方式，通常通过日志复
制，备机进行回放从而获得主机上的写数据。
图
显示了
机制下日志如何传输。假设数据库有
个分区（
和
），
每个分区都有一个备份（
'
和
'
）。实际上
'
和
可能在同一台机器上，而另外两个在
同一台机器上。蓝色，
(
是一个单分区事务，数据只在
上。因此
执行事务，提交前
将日志发向所有备份。当接收到备份的
!
后，
才能提交。同样事务也可以扩展到多分
区，正如
(
，复制协议一样，只是两阶段提交。
该模式的复制因其简单性和通用性而被广泛使用。然而有
个缺点。事务日志包含所
有改动，造成日志很大。由于通用网络的带宽限制，造成严重瓶颈。主备间的通信延迟可
能成为瓶颈。
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