OceanBase 数据库整体架构

OceanBase 数据库整体架构

OceanBase 数据库采用 Shared-Nothing 架构，各个节点之间完全对等，每个节点都有自己的 SQL 引擎、存储引擎、事务引擎，运行在普通 PC 服务器组成的集群之上，具备高可扩展性、高可用性、高性能、低成本、与主流数据库高兼容等核心特性。

OceanBase 数据库的一个集群由若干个节点组成。这些节点分属于若干个可用区(Zone)，每个节点属于一个可用区。可用区是一个逻辑概念，表示集群内具有相似硬件可用性的一组节点，它在不同的部署模式下代表不同的含义。例如，当整个集群部署在同一个数据中心(IDC)内的时候，一个可用区的节点可以属于同一个机架，同一个交换机等。当集群分布在多个数据中心的时候，每个可用区可以对应于一个数据中心。每个可用区具有 IDC 和地域(Region)两个属性，描述该可用区所在的 IDC 及 IDC 所属的地域。一般地，地域指 IDC 所在的城市。可用区的 IDC 和 Region 属性需要反映部署时候的实际情况，以便集群内的自动容灾处理和优化策略能更好地工作。

在 OceanBase 数据库中，一个表的数据可以按照某种划分规则水平拆分为多个分片，每个分片叫做一个表分区，简称分区(Partition)。某行数据属于且只属于一个分区。分区的规则由用户在建表的时候指定，包括hash、range、list等类型的分区，还支持二级分区。例如，交易库中的订单表，可以先按照用户 ID 划分为若干一级分区，再按照月份把每个一级分区划分为若干二级分区。对于二级分区表，第二级的每个子分区是一个物理分区，而第一级分区只是逻辑概念。一个表的若干个分区可以分布在一个可用区内的多个节点上。每个物理分区有一个用于存储数据的存储层对象，叫做 Tablet ，用于存储有序的数据记录。

当用户对 Tablet 中记录进行修改的时候，为了保证数据持久化，需要记录重做日志(REDO)到 Tablet 对应的日志流(Log Stream)里。每个日志流服务了其所在节点上的多个 Tablet。为了能够保护数据，并在节点发生故障的时候不中断服务，每个日志流及其所属的 Tablet 有多个副本。一般来说，多个副本分散在多个不同的可用区里。多个副本中有且只有一个副本接受修改操作，叫做主副本(Leader)，其他副本叫做从副本(Follower)。主从副本之间通过基于 Multi-Paxos 的分布式共识协议实现了副本之间数据的一致性。当主副本所在节点发生故障的时候，一个从副本会被选举为新的主副本并继续提供服务。

在集群的每个节点上会运行一个叫做 observer 的服务进程，它内部包含多个操作系统线程。节点的功能都是对等的。每个服务负责自己所在节点上分区数据的存取，也负责路由到本机的 SQL 语句的解析和执行。这些服务进程之间通过 TCP/IP 协议进行通信。同时，每个服务会监听来自外部应用的连接请求，建立连接和数据库会话，并提供数据库服务。

为了简化大规模部署多个业务数据库的管理并降低资源成本，OceanBase 数据库提供了独特的多租户特性。在一个 OceanBase 集群内，可以创建很多个互相之间隔离的数据库"实例"，叫做一个租户。从应用程序的视角来看，每个租户是一个独立的数据库。不仅如此，每个租户可以选择 MySQL 或 Oracle 兼容模式。应用连接到 MySQL 租户后，可以在租户下创建用户、database，与一个独立的 MySQL 库的使用体验是一样的。同样的，应用连接到 Oracle 租户后，可以在租户下创建 schema、管理角色等，与一个独立的 Oracle 库的使用体验是一样的。一个新的集群初始化之后，就会存在一个特殊的名为 sys 的租户，叫做系统租户。系统租户中保存了集群的元数据，是一个 MySQL 兼容模式的租户。

(注：功能适用性 OceanBase 数据库社区版仅提供 MySQL 模式。)

为了隔离租户的资源，每个 observer 进程内可以有多个属于不同租户的虚拟容器，叫做资源单元(UNIT)。每个租户在多个节点上的资源单元组成一个资源池。资源单元包括 CPU 和内存资源。

为了使 OceanBase 数据库对应用程序屏蔽内部分区和副本分布等细节，使应用访问分布式数据库像访问单机数据库一样简单，我们提供了 obproxy 代理服务。应用程序并不会直接与 OBServer 建立连接，而是连接obproxy，然后由 obproxy 转发 SQL 请求到合适的 OBServer 节点。obproxy 是无状态的服务，多个 obproxy 节点通过网络负载均衡(SLB)对应用提供统一的网络地址。