2024-PG-大會-馮遵寶-阿里云PolarDB-PG云原生架構演進-v4-最新版.pdf

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1、阿云 PolarDB for PostgreSQL云原架構的演進馮遵寶（北俠）|阿里云高級技術專家 PolarStore/PolarDB-PG內核組1、PolarDB-PostgreSQL ShareStorage架構（更好用的企業級PostgreSQL）PolarDB for PostgreSQL 研發歷程2015.5RDS PG 產品發布20172019PolarDB-PG 11 ShareStorage發布LogIndex/DirectIO 跨機并行查詢 Online Promote TDE/Persistent BP CSN/WAL Pipeline 連接池、秒級監控PolarDB-P

2、G 大規模商用級特性V1計算存儲綁定（備份恢復）Double Cache（BIO）OOM HA慢、慢查詢 分區表 Vacuum 缺少監控 大表。社區PG大規模商用問題2022.5 PolarDB-PG 14 ShareStorage發布2024.7/8PolarDB-PG 15/16 ShareStorage發布分布式 HTAP架構 內存優化 壓縮/冷熱分層存儲 IO預讀 分區表優化 復雜查詢優化（向量化執行器）透明加密 PolarDB-PG 研發團隊 50+位專職研發 7年內核技術沉淀 383+功能 公有云上大量實例運維經驗PolarDB-PG 大規模商用級特性V2PolarDB-PG 研發

3、準則 100%兼容PG 緊跟社區版本 解決PG大規模商用的問題PolarDB for PostgreSQL-ShareStorage架構Primary（讀寫節點）Primary（讀寫節點）ReadOnly（只讀節點）ReadOnly（只讀節點）（PolarStore/ESSD云盤）MemoryCPU本地盤MemoryCPU計算層存儲層Primary（讀寫節點）本地盤MemoryCPU復制 日志PolarDB-PG ShareStorage架構：5分鐘級加減節點（500TB）毫秒級主備延遲 共享一份數據 可靠性：三副本、秒級備份PolarFSMemoryCPUPolarFSMemoryCPUPo

4、larFS擴縮容慢 備份恢復慢 主備之間互相影響PolarDB for PostgreSQL -跨機并行查詢ePQPrimary（讀寫節點）MemoryCPUTP業務AP業務TP型業務（PolarStore/ESSD云盤）（如何加速復雜報表類/抽數分析查詢？）PolarFSReadOnly（只讀節點）MemoryCPUPolarFSReadOnly（只讀節點）MemoryCPUPolarFSReadOnly（只讀節點）MemoryCPUPolarFSReadOnly（只讀節點）MemoryCPUPolarFS內置數據倉庫的MPP引擎（分布式并行計算）：一套數據支持TP和AP，無需數據同步 數據

5、毫秒級延遲，不再等待N+1 查詢線性增加/*+PX(3)*/SELECT COUNT(*)FROM t1,t2 WHERE t1.c1=t2.c1（PolarStore/ESSD云盤）ChunkSvrCHUNKChunkSvrCHUNKChunkSvrCHUNK一鍵開啟跨機并行PolarDB for PostgreSQL -跨機并行查詢ePQ（如何加速復雜報表類/抽數分析查詢？）PolarDB for PostgreSQL 整體架構ShareStorage（一寫多讀）架構的優勢 彈性、成本、高可用 既支持單機并行，還支持跨機并行2、PolarDB-PostgreSQL 云原生分布式架構（海量實

6、時寫入/游戲/SaaS/訂單/微服務類場景）PolarDB-PG 云原生分布式技術（一寫多讀 vs 分布式數據庫，真的需要分布式嗎？）PolarDB-PG一寫多讀：Share-Storage(共享一份分布式存儲)讀線性擴展 SQL全兼容 寫能力受單點限制 滿足絕大部分負載下業務訴求分布式數據庫：Share-nothing(獨立存儲)讀/寫線性擴展 并非SQL全兼容 適用于具有明顯分片特征的業務場景（Saas、微服務、訂單）Primary（讀寫節點）分布式存儲RO 只讀節點RO 只讀節點CN節點DN節點計算存儲DN節點計算存儲DN節點計算存儲CN節點 傳統分布式數據庫架構PrimaryLocal

7、 DiskShareNothing架構，水平擴展強 基于本地盤（主備模式）CN節點 StandbyCN節點 PrimaryCN節點StandbyDN節點 PrimaryDN節點StandbyDN節點 PrimaryDN節點StandbyDN節點 PrimaryDN節點Standby傳統分布式數據庫Local DiskLocal DiskLocal DiskLocal DiskLocal DiskLocal DiskLocal DiskLocal DiskLocal DiskCN節點(PolarDB-PG)RW共享存儲ROCN節點(PolarDB-PG)DN節點(PolarDB-PG)DN節點(

8、PolarDB-PG)DN節點(PolarDB-PG)RWRORWRORWRORWRO共享存儲共享存儲共享存儲共享存儲整體是ShareNothing架構：水平擴展 節點是ShareStorage：高可用 彈性應對業務洪峰 快速集群級備份基于云原生的分布式數據庫PolarDB-PG 云原生分布式數據庫ShareNothing-on-ShareStorageCN節點(PolarDB-PG)用戶普通表基于FDW和分區表 優化器：FDW 優化器(CBO)裁剪、下推、FastQueryShip 執行器：全局Plan復用、連接池、2PC事務管理關鍵技術PolarDB-PG 云原生分布式數據庫FDW表DN節

9、點(PolarDB-PG)分區表父表P子分區 P_1子分區 P_2子分區 P_3DN節點(PolarDB-PG)分區表父表P子分區 P_1子分區 P_2子分區 P_3DN節點(PolarDB-PG)分區表父表P子分區 P_1子分區 P_2子分區 P_3基于CBO3、PolarDB-PG 企業級功能（解決PG大規模商用中的疑難問題）降低80%內存占用，預計降配后成本降低50%7天內2次OOM-不發生OOMPolarDB-PG 性能優化-內存優化技術-全局PlanCache（解決OOM問題-PlanCache/海量連接）社區PG：總內存=總進程數*plancache數目 PolarDB-PG：Pl

10、anCache放入全局內存，多個進程共享PolarDB-PG 性能優化-內存優化技術-全局RelCache/CatCache（解決OOM問題-海量表/海量連接）社區PG：總內存=總進程數*表的元數據數條目 PolarDB-PG：RelCache/CatCache放入全局內存，多個進程共享降低80%內存占用，預計降配后成本降低50%7天內2次OOM-不發生OOMPolarDB-PG 內存優化-Resource Manager（預防/兜底OOM問題）Resource Manager 定期監控各進程的資源消耗（CPU/內存）主動結束超過閾值的進程 防止實例被操作系統kill-9PolarDB-PG

11、性能優化-DirectIO技術效果：全用戶態，隔離性 消除 Double Cache，隨機讀性能提升 40%通過AIO機制更精確的預讀和預寫（避免Buffer IO的導致實例hang?。㏄olarStore：數據庫定制高性能分布式存儲軟件上并行IO，適應數據庫IO范式：自研ParallelRaft分布式協議：亂序commit/亂序apply PAGE級別并發復制秒級增量快照：COW機制按需分配，降低存儲成本（加速IO的帶寬、優化延遲）PolarStore：線上實際業務IO指標（穩定、快速）主節點IO指標：只讀節點1的IO指標：只讀節點2的IO指標：PolarDB-PG 性能優化-大表優化技術（

12、加速大表的數據和索引查詢）smgr：優化大表的open/lseek次數 刷臟：多進程并行刷臟 Relation Size Cache：緩存表大小 AIO機制：索引：回表預讀/索引樹預讀 vacuum：預讀IO/預寫 線上最大的單表8.2TB，日更新2000w效果：消除Snapshot鎖等待 TPCC性能提升30%左右 多核心線性提升PolarDB-PG 性能優化-CSN技術（加速多核心下的大實例性能）效果 降低重啟與Crash Recovery時間 性能在重啟前后保持穩定PolarDB-PG 性能優化-高可用 BufferPool（解決TPS慢啟動問題）事務拆分：路由事務塊內第一個寫之前的請求

13、PolarDB-PG 性能優化-智能代理（多節點間讀寫分離、負載均衡）PolarDB-PG 冷熱分層存儲（降低冷數據（歷史歸檔）的存儲費用）自動換入換出：寫性能損耗5%以內，讀性能通過3層緩存降到最低 使用簡單：ALTER TABLE tblname SET TABLESPACE OSS;-heap表 ALTER INDEX idxname SET TABLESPACE OSS;-索引PolarDB-PG 硬件頁面壓縮（降低存儲成本）存儲節點硬件壓縮，不占用數據庫節點的CPUPolarDB-PG Serverless 動態伸縮CPU資源（減少周期性負載特征業務的費用）PolarDB-PG 主節點速本地盤BufferPool ExtensionPolarDB-PG 計算端BufferPool讀緩存（提升讀多寫少場景IO性能）PolarDB-PG 只讀節點速本地盤BufferPool Extension（PolarStore/ESS