一个分布式关系型数据库的设计与实现

摘要

数据库系统的研究和开发开始于从20世纪60年代中期，1970年E.F.Codd提出关系模型，奠定了关系模型的理论基础。随着技术的发展和步入大数据时代，传统关系新数据库在单机数据库容量和性能上很快就遇到瓶颈。在信息量快速发展的今天，单机硬件性能的提升速度无法满足信息量剧增的状况，就存放数据的数据库而言，更加迫切需要分布式的新型架构，将海量数据存储在多台物理设备中，以避免单一设备所造成的瓶颈。 具有灵活扩展能力，为业务增长提供弹性的存储空间与性能支持，同时又具备关系模型的分布式数据库有着迫切的需求。而将传统关系型单机数据库转换为分布式架构是面临的主要技术难题。目前普遍采用中间件分片的方案，但底层仍局限于单机数据库的磁盘存储的架构，应用程序设计工作需考虑事务及一致问题，同时增加了运维的成本。为了解决难题，进行了相关技术研究。然后对本系统的功能性需求，非功能性需求进行了分析，阐述了整个架构的设计及实现。系统使用分布式架构对数据进行多副本存储，通过分布式一致性算法确保数据的强一致性及高可用，副本可以跨地域部署在不同的数据中心，故障能通过调度自动迁移数据和恢复，保证业务的稳定性，让系统具有可伸缩，水平拓展性，同时让负载均衡的分布在系统中，提高吞吐。另外兼容MySQL的语法，具备关系模型。 非关系型的分布式数据库虽大多在数据存储方面具备的水平扩展性，但缺乏类似关系数据库所具有的强有力的理论，SQL的支持，事务特性。支持分布式事务和强一致性的水平弹性扩展的分布式数据库，无需分库分表，开发人员无需考虑分布式事务和一致性问题，极大简化代码设计和维护的复杂度，是传统分布式数据库中间件理想的替代方案。

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1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

2.1.1 SQL支持需求分析

2.1.2 数据一致性需求分析

2.1.3 系统高可用需求分析

2.1.4 事务支持需求分析

2.1.5 数据库可拓展需求分析

2.2.1 QPS需求分析

2.2.2 低延时需求分析

2.2.3 系统规模需求分析

3.1.1 系统整体架构概览

3.1.2 相关术语解释

3.2.1 一致性算法的选择

3.2.2 Raft Storage设计

3.2.3 分布式事务模型

3.2.4 SQL 层设计

3.2.5 集群管理及调度

4 分布式关系型数据库的实现