華為云特別強調(diào)“云原生交易數(shù)據(jù)庫”而非常規(guī)的“云原生數(shù)據(jù)庫”,多出“交易”兩字，不會是無意義的行為，這個小細節(jié)上的變化意味著什么？給世界一個更優(yōu)選擇，是哪些方面更優(yōu)？背后有怎樣的技術(shù)創(chuàng)新？這是本文要探討的重點。
強調(diào)“交易”，意味著什么
眾所周知，數(shù)據(jù)庫按應(yīng)用方向的不同，主要分為2大場景：OLTP（交易）和OLAP（分析）。從中國市場看，OLTP仍然是國外廠商占據(jù)最大市場份額，是國內(nèi)廠商替換的主要市場，反而OLAP中國公司有一定商業(yè)基礎(chǔ)。
Gartner預(yù)測，“到2025年，中國分析型數(shù)據(jù)庫市場來自海外廠商將只剩下30%，交易型數(shù)據(jù)庫市場海外廠商市場也只會剩下50%左右?！边@對國內(nèi)數(shù)據(jù)庫廠商而言意味著巨大的市場機會。在這樣的背景下，張平安特別強調(diào)“交易”，難道是華為云釋放的將發(fā)力OLTP場景下的國產(chǎn)替代信號嗎？
數(shù)據(jù)庫是所有應(yīng)用的核心組件。大家知道，交易型數(shù)據(jù)庫是最難的，在關(guān)鍵行業(yè)的核心應(yīng)用領(lǐng)域，交易型數(shù)據(jù)庫基本上都是來自美國的數(shù)據(jù)庫。演講中，張平安分享了2個案例，這兩個案例共同點很顯然，都是交易型場景替換。
一個是華為內(nèi)部實踐，華為集團流程IT ERP系統(tǒng)部署GaussDB后，各項性能和指標超過預(yù)期，采購履行耗時從90分鐘下降到15秒；端到端訂單履行耗時從23分鐘下降到9秒；在歷史峰值5倍壓力下性能依然穩(wěn)定不下降。
不要小看這個內(nèi)部實踐案例，華為集團流程IT ERP系統(tǒng)是個非常復(fù)雜的的系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及170多個國家和地區(qū)，500+外圍應(yīng)用、3萬+個外圍集成點，對數(shù)據(jù)庫容量、性能以及可靠性都有極高要求。如：數(shù)據(jù)量大，單一個業(yè)務(wù)場景數(shù)據(jù)體量就高達百億，而ERP總共有上百個業(yè)務(wù)，且數(shù)量還在持續(xù)增長；每分鐘30萬次庫存查詢請求及數(shù)萬筆并發(fā)交易事務(wù)處理，區(qū)別于銀行和互聯(lián)網(wǎng)的交易事務(wù)，華為ERP關(guān)聯(lián)系統(tǒng)眾多，完成一筆入庫交易比完成一筆秒殺交易在場景復(fù)雜度、技術(shù)復(fù)雜度、外部依賴等方面差異很大，華為ERP系統(tǒng)萬級TPS比互聯(lián)網(wǎng)的百萬級TPS更難處理。據(jù)了解，該系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)庫過去20多年一直使用的是Oracle，因為眾所周之的原因，現(xiàn)在替換為GaussDB。
另外一個是郵儲銀行案例，新一代分布式核心系統(tǒng)基于GaussDB為全行6億多個人客戶提供日均20億筆的處理能力，聯(lián)機交易處理效率提升1倍，批處理效率提升33%，在9月底的三季度結(jié)息中，新系統(tǒng)僅用23分鐘就完成了原來Oracle系統(tǒng)70分鐘才能完成的操作。
張平安還提到，“GaussDB已經(jīng)在工行、招行、郵儲等大型銀行的核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)上線使用，承擔越來越多的業(yè)務(wù)負載?；贕aussDB，新意科技打造了“證券業(yè)務(wù)核心系統(tǒng)”，服務(wù)于興業(yè)證券、 南方基金等客戶。”
顯然，在OLTP場景下，GaussDB已經(jīng)可以實現(xiàn)國外數(shù)據(jù)庫的完全替代，GaussDB接下來將發(fā)力OLTP場景下的自主產(chǎn)品替代，而金融行業(yè)肯定是重點。
如何理解“更優(yōu)選擇”
“GaussDB云原生交易數(shù)據(jù)庫，給世界一個更優(yōu)選擇”，這其中“更優(yōu)選擇”指的哪些方面？華為云的論據(jù)是什么？
演講中，張平安說：“為了給全球客戶提供一個更優(yōu)選擇，華為云全新打造了全球領(lǐng)先的云原生交易數(shù)據(jù)庫GaussDB，更快、更穩(wěn)、更可信?！?/p>
顯然，“更優(yōu)選擇”包含3個方面：更快、更穩(wěn)、更可信。
而這3個“更優(yōu)選擇”，據(jù)老魚了解，對標的是“O”記。
更快對應(yīng)性能，數(shù)據(jù)顯示，GaussDB比廠商O在公有云上同規(guī)格測試快45%。
更穩(wěn)對應(yīng)高可用，華為云去年首先創(chuàng)新推出“同城雙集群”方案，即在兩個數(shù)據(jù)中心部署兩套獨立的數(shù)據(jù)庫軟件，任何軟硬件故障完全隔離RPO等于0。
更可信對應(yīng)安全與自主可控，安全上，GaussDB內(nèi)核是目前唯一通過國際CC EAL4+級認證的國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫。而自主可控上，GaussDB代碼自研率非常高，其研發(fā)歷程可以追溯到2007年，投入之大積累之深，國內(nèi)可比肩的并不多。另外，華為還積極倡導(dǎo)技術(shù)開源，深度參與可信數(shù)據(jù)庫標準制定。因此，說GaussDB是一款值得信賴的數(shù)據(jù)庫，并不為過。
“更優(yōu)選擇”背后的技術(shù)創(chuàng)新
為什么GaussDB能在性能、高可用、安全3個方面做到更優(yōu)？背后有哪些內(nèi)核級的技術(shù)創(chuàng)新？
高性能方面，從公開的可查詢資料中可以發(fā)現(xiàn)，GaussDB有2個方面的關(guān)鍵創(chuàng)新：
其一、是存儲引擎，GaussDB全新上線的Ustore存儲引擎，又名In-place Update存儲引擎（原地更新），這個存儲引擎在以前的文章中，老魚有過介紹。這是個行存儲引擎，在以前版本的GaussDB內(nèi)核中使用的行存儲引擎是Append Update（追加更新）模式，追加更新對于業(yè)務(wù)中的增、刪以及HOT(Heap Only Tuple) Update(即同一頁面內(nèi)更新)有很好的表現(xiàn)，但對于跨數(shù)據(jù)頁面的非HOT UPDATE場景，垃圾回收不夠高效。Ustore存儲將“有效數(shù)據(jù)”與“垃圾數(shù)據(jù)”分離存儲，同時采用多版本索引技術(shù)，有效提升了存儲空間的效率和性能。官方數(shù)據(jù)顯示，相比常規(guī)引擎，性能抖動降低70%，同時，整體性能提升10%以上。
另一個，是軟硬協(xié)同Numa-Aware，鯤鵬服務(wù)器多CPU-socket架構(gòu)下跨NUMA內(nèi)存訪問延遲存在嚴重的不對稱，相比x86內(nèi)存訪問時延高50%、并發(fā)控制原語代價高2-3倍，在數(shù)據(jù)庫中以進一步惡化OLTP瓶頸，此外鯤鵬架構(gòu)下CPU物理核心數(shù)相比x86有了大規(guī)模的提升，如何優(yōu)化NUMA帶來的訪問時延問題，如何充分利用眾核CPU解決并發(fā)控制問題成為了鯤鵬上優(yōu)化數(shù)據(jù)庫OLTP負載性能的主要挑戰(zhàn)。因此，軟硬協(xié)同Numa-Aware應(yīng)運而生，通過內(nèi)核線程調(diào)度NUMA親和、關(guān)鍵數(shù)據(jù)NUMA化分布、LSE ARM指令級性能優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化，GaussDB實現(xiàn)了鯤鵬環(huán)境下性能40%以上的提升。
據(jù)內(nèi)部人士透露，2021年，在21個金融政府大客戶（涵蓋銀行、保險、公安、大型國企等）現(xiàn)場POC測試中，GaussDB在性能上平均領(lǐng)先對手50%，在人行、郵儲等POC測試中，更是完勝競品。
高可靠方面，當前談的比較多的是通過一套數(shù)據(jù)庫集群拉遠，通過不斷增加數(shù)據(jù)中心的方式，來提高可用性。從同城兩中心到兩地三中心，再到三地五中心，但是實際很少有應(yīng)用企業(yè)能提供類似三地五中心這么高規(guī)格的基礎(chǔ)設(shè)施，“中心”增加帶來的可靠性收益逐步降低。
華為云認為，不管幾個中心，只要整體一套軟件(集群)，就無法做到軟硬件故障的完全隔離。數(shù)據(jù)庫軟件bug，導(dǎo)致即使有同城備中心，切換也沒有用，因為備中心是同一套軟件。
去年底， GaussDB首先創(chuàng)新推出了 “同城雙集群”方案，這是一個重大的內(nèi)核新特性。簡單的說，就是同城的兩個數(shù)據(jù)中心完全部署兩套獨立的數(shù)據(jù)庫軟件，任何軟硬件故障完全隔離，支持版本輪換升級、應(yīng)用灰度升級，主中心升級時應(yīng)用還可以訪問備中心正常開展業(yè)務(wù)，支持RPO=0 、RTO<60s的同城雙集群切換，盡最大可能保障企業(yè)用戶的核心業(yè)務(wù)7x24小時無中斷。老魚獲悉，今年，這個方案已經(jīng)在工商銀行的5A級核心全球信貸系統(tǒng)完成上線，并聯(lián)合工行向其他銀行進行規(guī)模推廣。
高安全方面，就在上月，GaussDB成為中國首個獲得國際CC EAL4+級別認證的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。很多人可能不知道CC EAL4+意味著什么？CC認證是國際公認計算機維度的高級別安全認證，也是國際范圍內(nèi)30多個國家官方認可的通用標準。其中，EAL4+認證難度有多大？對比目前國外常見數(shù)據(jù)庫主流版本通過的EAL2認證來說，EAL2為結(jié)構(gòu)測試級，開發(fā)者可遞交設(shè)計信息、測試結(jié)果進行評估，而EAL4作為系統(tǒng)設(shè)計、測試和復(fù)查級，評估程序更為嚴謹，有對評估對象模塊底層設(shè)計和實現(xiàn)子集的分析，更有對產(chǎn)品代碼的審視和對產(chǎn)品研發(fā)環(huán)境的站點審計等。
而GaussDB能拿到CC EAL4+主要的關(guān)鍵技術(shù)有2個：全密態(tài)和防篡改。這方面最近披露的資料比較多，就不在這里過多贅述，需要強調(diào)的是，2022年GaussDB由純軟全密態(tài)全新升級為軟硬結(jié)合全密態(tài)，據(jù)說相比競品純硬件方案性能優(yōu)20%。另外，GaussDB還是業(yè)內(nèi)首個以最高分通過信通院防篡改數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)能?評測的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。
公開資料顯示，目前，GaussDB已經(jīng)在超過2500家大客戶得到了商用，遍布金融、電商、游戲、汽車、制造、能源等各行各業(yè)。尤其是金融行業(yè)，已經(jīng)在工行、招行、郵儲銀行等30多家金融企業(yè)的核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，GaussDB通過這些案例，不論是技術(shù)本身，還是去O的方法論，都得到了較充分的實踐。所以，在明確對比對象和具體指標前提下，GaussDB說自己是更優(yōu)選擇，沒毛病。不得不說，華為云還是一如既往的嚴謹，用“更優(yōu)選擇”而非“最優(yōu)選擇”，這是相對與絕對的區(qū)別。
