現(xiàn)在做任何事情都要看投入產(chǎn)出比，對(duì)應(yīng)到數(shù)據(jù)庫(kù)上其實(shí)就是性價(jià)比。POLARDB作為一款阿里自研數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)常被問(wèn)的問(wèn)題是：性能怎么樣？能不能支撐我的業(yè)務(wù)？?jī)r(jià)格貴不貴？很顯然，在早期調(diào)研階段，對(duì)穩(wěn)定性、可靠性很難有量化的指標(biāo)時(shí)，性能的好快就成了一個(gè)非常關(guān)鍵的決策因子。

POLARDB在一開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)就把性能作為一項(xiàng)關(guān)鍵的需求指標(biāo)列入產(chǎn)品需求說(shuō)明書，從架構(gòu)設(shè)計(jì)到新硬件選型，再到代碼實(shí)現(xiàn)，從驅(qū)動(dòng)到分布式塊存儲(chǔ)，再到分布式文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，打通整個(gè)技術(shù)棧做協(xié)同優(yōu)化，最終才能保證性能上有數(shù)量級(jí)的提升。

高性能背后的技術(shù)

在2018杭州云棲大會(huì)上分享的這張架構(gòu)圖展示了POLARDB的內(nèi)部細(xì)節(jié)。自下而上來(lái)看，POLARDB由__共享分布式存儲(chǔ)PolarStore__，__分布式文件系統(tǒng)PolarFS__，__多節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)集群PolarDB__和__提供統(tǒng)一入口的代理PolarProxy__這四部分組成。

PolarFS

PolarFS設(shè)計(jì)中采用了如下技術(shù)以充分發(fā)揮I/O性能：

• PolarFS采用了綁定CPU的單線程有限狀態(tài)機(jī)的方式處理I/O，避免了多線程I/O pipeline方式的上下文切換開(kāi)銷。

• PolarFS優(yōu)化了內(nèi)存的分配，采用MemoryPool減少內(nèi)存對(duì)象構(gòu)造和析構(gòu)的開(kāi)銷，采用巨頁(yè)來(lái)降低分頁(yè)和TLB更新的開(kāi)銷。

• PolarFS通過(guò)中心加局部自治的結(jié)構(gòu)，所有元數(shù)據(jù)均緩存在系統(tǒng)各部件的內(nèi)存中，基本完全避免了額外的元數(shù)據(jù)I/O。

• PolarFS采用了全用戶空間I/O棧，包括RDMA和SPDK，避免了內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)棧和存儲(chǔ)棧的開(kāi)銷。

在相同硬件環(huán)境下的對(duì)比測(cè)試，PolarFS中數(shù)據(jù)塊3副本寫入性能接近于單副本本地SSD的延遲性能。從而在保障數(shù)據(jù)可靠性的同時(shí)，極大地提升POLARDB的單實(shí)例TPS性能。

PolarDB

在數(shù)據(jù)庫(kù)PolarDB中開(kāi)創(chuàng)性地引入了物理日志（Redo Log）代替了傳統(tǒng)的邏輯日志，不僅極大地提升了復(fù)制的效率和準(zhǔn)確性，還節(jié)省了50%的 I/O 操作，對(duì)于有頻繁寫入或更新的數(shù)據(jù)庫(kù)，性能可提升50%以上。

PolarProxy

PolarProxy存在的意義是可以把底層的多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的資源整合到一起，提供一個(gè)統(tǒng)一的入口，讓應(yīng)用程序訪問(wèn)，極大地降低了應(yīng)用程序使用數(shù)據(jù)庫(kù)的成本，也方便了從老系統(tǒng)到POLARDB的遷移和切換。本質(zhì)上，PolarProxy是一個(gè)容量自適應(yīng)的分布式無(wú)狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)代理集群，動(dòng)態(tài)的橫向擴(kuò)展能力，可以將POLARDB快速增減讀節(jié)點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致，提升整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)集群的吞吐，訪問(wèn)它的ECS越多，并發(fā)越高，優(yōu)勢(shì)越明顯。

關(guān)于成本

拋開(kāi)成本談性能，都是耍流氓。

首先，POLARDB存儲(chǔ)與計(jì)算分離的架構(gòu)，可以讓CPU、內(nèi)存和磁盤擺脫互相制約的困擾，讓計(jì)算和存儲(chǔ)作為單獨(dú)的資源池進(jìn)行管理和分配，大幅降低資源碎片，提升整體的資源利用率。計(jì)算和存儲(chǔ)的機(jī)型不同，我們還可以更有針對(duì)性地做定制和優(yōu)化，降低單位資源的成本。

通用意義上，規(guī)模效應(yīng)帶來(lái)的邊際成本遞減這件事，會(huì)一直發(fā)生。在阿里巴巴超大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上，我們可以持續(xù)不斷地從全球供應(yīng)鏈、低能耗數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器研發(fā)等多個(gè)維度來(lái)降低我們的成本。

性價(jià)比

不管技術(shù)上有多先進(jìn)，成本上有多低，最終還是需要用戶認(rèn)可。

所以，我們從用戶角度來(lái)看，最關(guān)心的其實(shí)還是性價(jià)比，即同樣的費(fèi)用，是否可以獲取更好的性能。

我們簡(jiǎn)單算筆賬，來(lái)看一下POLARDB和RDS MySQL的性價(jià)比。

公平起見(jiàn)，我們使用同樣的數(shù)據(jù)庫(kù)配置，測(cè)試數(shù)據(jù)集和測(cè)試方法，然后分別計(jì)算出二者的價(jià)格和性能。

其中，

• 數(shù)據(jù)庫(kù)配置采用生產(chǎn)環(huán)境常見(jiàn)的『8核 32G ，500G存儲(chǔ)』的配置

• 數(shù)據(jù)集和測(cè)試方法采用通用的sysbench OLTP測(cè)試用例(--oltp-tables-count=10 --oltp-table-size=500000)

• 性能指標(biāo)我們?nèi)PS（Query per Second 每秒鐘處理請(qǐng)求數(shù)）和TPS（ Transaction per Second 每秒鐘處理事務(wù)數(shù)）

此外，不管是RDS MySQL還是POLARDB，都具備了通過(guò)增加只讀節(jié)點(diǎn)來(lái)達(dá)到橫向擴(kuò)展讀（Scale out）的能力，不同的是，POLARDB隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，并不需要額外的存儲(chǔ)費(fèi)用，因此，我們需要多對(duì)比幾種架構(gòu)，從1個(gè)讀節(jié)點(diǎn)到3個(gè)讀節(jié)點(diǎn)，具體如下：

表中的一些基礎(chǔ)價(jià)格（以2018.11.8 當(dāng)天價(jià)格為例）：

• POLARDB存儲(chǔ)月價(jià)：1575元/月 = 500GB * 3.5元/GB/月

• POLARDB 1個(gè)節(jié)點(diǎn)的月價(jià)是2000元

• MySQL高可用版實(shí)例（雙節(jié)點(diǎn)）的月價(jià)是4100元

• MySQL高可用版實(shí)例存儲(chǔ)月價(jià)：400元/月 = 500GB * 0.8元/GB/月

• MySQL只讀實(shí)例小時(shí)價(jià)：5.13元/小時(shí)

• MySQL只讀實(shí)例存儲(chǔ)小時(shí)價(jià)：0.001元/GB/小時(shí)

用下圖展示會(huì)更清晰一些，其中灰色的『備庫(kù)』不對(duì)外提供服務(wù)。由此可見(jiàn)，POLARDB的性價(jià)比非常高，所有節(jié)點(diǎn)都提供服務(wù)，因此資源利用率也較RDS高。

彩蛋——免費(fèi)使用的復(fù)雜SQL查詢加速

在實(shí)際應(yīng)用中，客戶的業(yè)務(wù)是復(fù)雜的，很多時(shí)候業(yè)務(wù)訪問(wèn)會(huì)摻雜著大量的統(tǒng)計(jì)分析類的復(fù)雜SQL（Ad-hoc query），這時(shí)候MySQL的單線程模型處理起來(lái)就會(huì)捉襟見(jiàn)肘。

POLARDB為了應(yīng)對(duì)這種場(chǎng)景，內(nèi)置了并行查詢引擎，針對(duì)大表復(fù)雜查詢（比如TCP-H基準(zhǔn)測(cè)試）性能可提升8倍，特別適用于執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)超過(guò)1分鐘的慢SQL（比如報(bào)表查詢）。同時(shí)還支持了集合運(yùn)算、WITH、窗口函數(shù)OVER等高級(jí)語(yǔ)法。該功能目前已經(jīng)公測(cè)，免費(fèi)使用，詳細(xì)參考『SQL加速』。

以下圖表是我們做了一個(gè)對(duì)比測(cè)試，在使用SQL加速的情況下，查詢效率是不使用SQL加速直接查詢的8倍以上，具體的測(cè)試用例包括，

• Point query on non-indexed column（無(wú)索引列的單行查詢）

• Aggregate query（聚合查詢）

• TPC-H

目前SQL加速功能，提供了額外的連接地址，提供非事務(wù)的復(fù)雜查詢服務(wù)。底層的計(jì)算節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)復(fù)用POLARDB現(xiàn)有的資源，一份數(shù)據(jù)多種訪問(wèn)方式，省去了數(shù)據(jù)遷移的煩惱，也不需要額外的成本投入。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，包括以下幾點(diǎn)，

• 插件式計(jì)算引擎，負(fù)責(zé)分布式算子計(jì)算

• 單表計(jì)算下推到數(shù)據(jù)庫(kù)引擎

• 大SQL并行計(jì)算

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