淘宝曹伟分析低成本、高性能MySQL云数据架构_MySQL

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曹伟是淘宝数据库研发组的成员，前不久他在内部分享了低成本、高性能MySQL云数据的架构分析和探索，包括架构的演变过程、系统中的角色和组件等。该文章被褚霸转发在“Erlang非业余研究”上。

在一开始，曹伟指出：

虽然近两年来NoSQL的发展很快，新产品层出不穷，但在业务中应用NoSQL对开发者来说要求比较高，而MySQL拥有成熟的中间件、运维工具，已经形成一个良性的生态圈等，因此从现阶段来看，MySQL占主导性，NoSQL为辅。

接下来，曹伟介绍了他们的工作成果：

我们（阿里集团核心系统数据库团队）……设计和实现了一套UMP(Unified MySQL Platform)系统，提供低成本和高性能的MySQL云数据服务。开发者从平台上申请MySQL实例资源，通过平台提供的单一入口来访问数据，UMP 系统内部维护和管理资源池，以对用户透明的形式提供主从热备、数据备份、迁移、容灾、读写分离、分库分表等一系列服务。平台通过在一台物理机上运行多个 MySQL实例的方式来降低成本，并且实现了资源隔离，按需分配和限制CPU、内存和IO资源，同时支持不影响提供数据服务的前提下根据用户业务的发展动 态的扩容和缩容。

曹伟分析了该系统的架构演变过程：

第一版基于mysql-proxy 0.8版修复若干bug，并对proxy插件中管理用户连接和数据库连接的状态机流程进行一些修改，同时编写Lua脚本实现去中心数据库获取用户认证信息和后台数据库地址，对用户进行验证，建立到后台数据库的连接和转发数据包等逻辑。

图：UMP系统第一版架构

他提到第一版的几个问题：

1. mysql-proxy 0.8版对多线程的支持比较简单粗暴，导致几个恶劣后果：
   • 造成“惊群”现象，多个线程被唤醒但只有一个线程需要去任务；
   • 任务的CPU亲缘性比较差，在同一个状态机上触发的事件会在多个处理器上来回切换执行；
   • mysql-proxy中还使用了全局Lua锁，同时仅允许一个工作线程执行Lua脚本，因此mysql-proxy多线程模式下的性能远不能同CPU核数保持线性增长，甚至在16核上的性能还不如4核。
   • 以上原因导致单进程模式时，一台物理机上需要部署多个进程才能有效利用机器的处理能力，但给部署、监控和服务的升级带来麻烦。
2. 其次，限于mysql-proxy的框架，功能上不容易扩展，实现用户的连接数限制、QPS限制、以及主从切换、读写分离、分库分表等一系列功能比较困难。
3. 最后，mysql-proxy的社区近些年来并不活跃，而且C语言对开发者功底的要求比较高，很难要求团队所有成员协同开发出兼顾优雅和正确性的代码。

因此，他们决定用Erlang重写，原因在于： 

• 和操作系统的进程/线程相比，Erlang进程同样是并发执行的单位，但特别的轻量级，它是在Erlang虚拟机内管理和调度的“绿进程”，即用户态进程。
• Erlang/OTP很好的抽象了开发一个分布式的、高容错性的应用程序所需的要素，包括：网络编程框架、序列化和反序列化、容错、热部署。

在设计当前的UMP系统架构时，团队遵循了以下原则：

• 系统对外保持单一入口，对内维护单一的资源池。
• 保证服务的高可用性，消除单点故障。
• 保证系统是弹性可伸缩的，可以动态的增加、删减计算与存储节点。
• 保证分配给用户的资源也是弹性可伸缩的，资源之间相互隔离。

图：UMP系统现有架构

UMP系统中有如下角色：

• controller服务器：向UMP集群提供各种管理服务，实现元数据存储、集群成员管理、MySQL实例管理、故障恢复、备份、迁移、扩容等功能。
• proxy服务器：向用户提供访问MySQL数据库的服务，它完全实现了MySQL协议；除数据路由的基本功能外，Proxy服务器中还实现了资源限制、屏蔽MySQL实例故障、读写分离、分库分表、记录用户访问日志的功能。
• agent服务器：部署在运行MySQL进程的机器上，用来管理每台物理机上MySQL实例，执行创建、删除、备份、迁移、主从切换等操作，收集和分析MySQL进程的统计信息、bin log、slow query log。
• API/Web服务器：向用户提供了系统管理界面。它们是基于开源项目Mochiweb与Chicago Boss开发的Mochiweb提供http/https服务。
• 日志分析服务器：存储和分析Proxy服务器传入的用户访问日志，并实现了实时索引供用户查询一段时间内的慢日志和统计报表。
• 信息统计服务器：定期将采集到的用户的连接数、QPS数值，以及MySQL实例的进程状态用RRDtool进行统计，可以画图展示到Web界面上，也可以为今后实现弹性的资源分配和自动化的MySQL实例迁移提供依据。

依赖的开源组件有：

• Mnesia：Mnesia是OTP提供的分布式数据库，支持事务，支持透明的数据分片，利用两阶段锁实现分布式事务，可以线性扩展到至少50个节点。Mnesia更倾向于牺牲可用性来换取强一致性，但它也提供了脏读、脏写操作，可以绕过事务管理去操作数据。
• LVS：实现负载均衡，用户应用重连后会被LVS定向到其他的proxy上。
• RabbitMQ：提供UMP系统中各节点间的通信（不包括SQL查询、日志等大数据流的传输，这些还是直接走TCP的）
• ZooKeeper：主要发挥配置服务器、分布式锁，以及监控所有MySQL实例的作用

对于该系统的作用，曹伟总结到：

在多个组件的协同作业下，整个系统实现了对用户透明的容灾、读写分离、分库分表功能。系统内部还通过多个小规模用户共享同一个MySQL实例，中等 规模用户独占一个MySQL实例，多个MySQL实例共享同一个物理机的方式实现资源的虚拟化，降低整体成本。在资源隔离方面，通过Cgroup限制 MySQL进程资源，以及在proxy服务器端限制QPS相结合的方法，UMP系统实现了资源虚拟化的同时保障用户的服务质量。此外，UMP系统综合运用 SSL数据库连接、数据访问IP白名单、记录用户操作日志、SQL拦截等技术保护用户的数据安全。

对于该系统的应用，曹伟指出：

UMP系统的一些组件，例如proxy服务器和日志分析服务器，目前已经运用在天猫的聚石塔平台中，为电商和ISV提供安全的数据云服务。此 外，UMP系统还运用在淘宝的店铺装修平台中，为开发者提供数据服务。下一阶段，我们希望UMP系统可以为进一步降低集团内部数据存储的成本做出贡献。

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