数据库架构的演变

1. 概述

关系型数据库发展历程中，经历了如下几种架构的变化：

---

2. 单机架构

单机架构分为以下两种模式

包括应用服务和数据库放在同一台服务器，以及将应用服务和数据库服务分开部署两种方式，后一种方式可以通过增加服务器数量来进行负载均衡，增加系统的并发能力。

优点：

● 集中部署
● 便于运维

缺点：

● 可扩展性差：单机性能的提升存在瓶颈
● 存在单点故障：扩容时需要停机，硬件故障会导致整个服务不可用，甚至数据丢失

---

3. 主备架构

数据库部署到两台服务器上，主机承担数据读写服务，备机利用数据同步机制进行数据同步，保证和主机之间的数据一致性。同一时刻，只有一台服务器对外提供服务。

优点：

● 具有一定的抵御故障的能力
● 提升了数据的容错性

缺点：

● 资源浪费：无故障时只会使用主机，备机的资源长时间无法利用
● 性能压力集中于主机，无法解决性能瓶颈问题
● 故障时需要人工干预

---

4. 主从架构

主机角色和主备模式中的主机一致，从机也对外提供一定的服务，通过读写分离模式分散服务压力。其中，主机负责写操作，从机负责数据查询服务。

优点：

● 提升资源利用率，适合读多写少的场景
● 在大并发读的场景，可使用负载均衡在多个从机间进行平衡
● 从机扩展灵活，扩容操作不影响业务

缺点：

● 延迟问题，数据同步到从机数据库时会有延迟，存在暂时的数据不一致性
● 写操作的性能压力还是集中在主机上
●主机故障时需要主从切换，人工干预需要响应时间，自动切换复杂度较高

---

5. 多主架构

数据库服务器互为主从，同时对外提供服务。

优点：

● 资源利用率较高的同时降低了单点故障的风险。

缺点：

● 双主机都接受写数据，要实现数据双向同步。双向复制同样会带来延迟问题，极端情况下有可能数据丢失
● 数据库数量增加会导致数据同步问题变得极为复杂，实际应用中多见双机模式

---

6. 共享存储多活

多个主节点共享存储资源的一种模式，多主又实现了负载均衡。

优点：

● 高可用，可伸缩性好
● 避免了服务器集群的单点故障问题

缺点：

● 实现技术难度大
● 横向扩展时，存储IO容易成为整个系统的性能瓶

---

7. 分片

表现为数据水平分片，把数据分散到多个节点上，每个分片包含数据库的一部分，称为一个shared。节点之间的数据库结构相同，但保存的数据没有交集，所有分片的并集为数据总体。
分片的算法常见的有：根据列表值、范围取值和hash值等。

优点：

数据分散到集群的各个节点上，所有节点可以独立工作。

---

8. MPP架构

MPP（Massively Parallel Processing）称为大规模并行处理，将计算任务并行的分散到多个服务器和节点上，当每个节点计算完成之后，再将各自部分的结果汇总计算得到最终的结果。

它的特点在于计算任务可以并行执行，极大的提高了计算的效率。市场上常见的MPP架构的产品有：

• 无共享Master：Vertica、Teradata
• 共享Master：Greenplum、Netezza

其中无共享Master的模式所有节点是对等的，应用可以通过任意一个节点来查询或加载数据，不存在性能瓶颈和单点故障问题

---

8. 总结

各种架构模式的对比如下：