OceanBase数据库的基本概念

集群相关的概念

集群（Cluster）

OceanBase数据库集群由一个或多个Region组成，Region由一个或多个Zone组成，Zone由一个或多个节点组成，每个节点可有若干个Unit，每个Unit可有若干个日志流Logstream的Replica，每个Logstream可使用若干个Tablet。

地域（Region）

Region是指一个地域或城市，而一个Region可能包含一个或多个Zone。不同Region通常距离较远，而在OceanBase数据库中，一份数据可以被部署在多个Region中的不同副本上，以保证数据的高可用性和容错性。每个Region都是一个物理数据中心的地理区域，不同地域之间是完全隔离的，以确保系统在不同地域间具备最高程度的稳定性和容错能力。

分区（Zone）

Zone是一个逻辑概念，是对节点进行管理的容器，一般是具有相似容灾属性的一组OBServer节点的组合。

在OceanBase中，Zone是指一个数据中心或一个物理区域，它是一个逻辑上的概念，通常包含多个存储节点，这些节点在物理上可以分布在不同的机房、不同的机架或不同的服务器上。一个Zone可以包含多个数据中心（比如机房），但是一个数据中心只能属于一个Zone。

从物理层面来讲，一个Zone通常是一个独立的物理部署单元，可以是一个数据中心（IDC）或者云上的一个可用区，也可以是一个单独的机架（Rack）。通过将OceanBase集群部署于不同的Zone，实现单个Zone故障时的故障隔离及快速恢复。

在OceanBase中，Zone通常用于实现跨数据中心的数据容灾。OceanBase会将数据按照一定的规则分布到不同的Zone中，从而实现数据的冗余备份。当一个Zone发生故障时，系统可以自动切换到备用Zone中的数据来保证数据的可用性。

除了数据容灾，OceanBase的Zone还可以用于数据分片的容器。数据分片是一种将数据划分为多个分片，并将不同分片存储在不同的节点上的技术，可以提高系统的吞吐量和性能。在OceanBase中，可以将不同的Zone作为不同的分片的Primary Zone，从而实现分布式存储和处理数据。

⚠️ OceanBase中的Zone与我们常说的AZ的含义不完全一致。AZ指的是可用区（Availability Zone），是指在同一地理区域内，相互隔离的数据中心集群。可用区通常由相互独立的电力、网络和冷却系统组成，以确保高可用性和冗余性。

主可用区（Primary Zone）

Primary Zone指的是分区的主副本所在的Zone，可以为分区指定一个Zone的列表，当分区需要切主的时候，容灾策略会按照这个列表的顺序决定新主的偏好位置。

节点（Server|Node）

OceanBase数据库服务器。server是运行observer进程的物理机，一台物理机上可以部署一个或者多个OBServer。在OceanBase数据库内部，server由其IP地址和服务端口唯一标识。

OBServer进程

OceanBase数据库是单进程软件，进程名为observer。通常一台物理或者虚拟服务器运行一个observer进程，由IP和端口作为唯一标识，我们称之为节点，也可以用OBServer节点表示。observer进程作为OceanBase数据库最核心的组件，负责几乎所有数据库内核功能，包括SQL引擎、存储引擎和事务引擎。分布式的功能也同样在这个进程中，包括RPC通信、分区管理和负载均衡等。

总控服务（Root Service）

OceanBase数据库集群会有一个Root Service，其运行在某个OBServer节点上。当Root Service所在机器故障时，其余节点会选举出来新的Root Service。Root Service主要提供资源管理、容灾、负载均衡、schema管理等功能。

租户相关的概念

租户（Tenant）

OceanBase数据库通过租户实现资源隔离，采用单集群多租户的管理模式。OceanBase集群的一个租户相当于一个MySQL或者Oracle的实例。OceanBase数据库的租户之间的资源和数据都是隔离的。租户拥有一组计算和存储资源，提供一套完整独立的数据库服务。

OceanBase数据库上有系统租户和普通租户。系统租户下存放OceanBase数据库管理的各种内部元数据信息；普通租户下存放用户的各种数据和数据库元信息。

租户类似于传统数据库的数据库实例，租户通过资源池与资源关联，从而独占一定的资源配额，可以动态调整资源配额。在租户下可以创建Database、表、用户等数据库对象。

集群偏向于部署层面的物理概念，是Zone和节点的集合，Zone和节点具有部署地域（称为Region）等属性；而租户则偏向于资源层面的逻辑概念，是在物理节点上划分的资源单元，可以指定其资源规格，包括CPU、内存、日志盘空间、IOPS等。

资源规格（Unit Config）

资源规格规定了一个Unit需要使用的计算存储资源（包含内存、CPU和IO等）的规格，是一个资源配置信息。创建资源池时指定其资源规格，从而根据定义创建资源单元。

资源单元（Unit）

资源单元是租户在节点上的容器，描述租户在节点上的可用资源（CPU、MEMORY 等）。一个租户在一个节点只能同时存在一个Unit。

OceanBase按照Unit来管理物理资源，是CPU、内存、存储空间、IOPS等物理资源的集合。Unit也是资源调度的基本单位，其具有节点、Zone、Region等位置属性，节点是服务器的抽象，Zone是机房的抽象，Region是地域的抽象，通过调整Unit的位置属性从而调整租户的部署方式。

资源池（Resource Pool）

一个租户拥有若干个资源池，这些资源池的集合描述了这个租户所能使用的所有资源。一个资源池由具有相同资源规格的若干个资源单元组成。一个资源池只能属于一个租户。每个Unit描述了位于一个server上的一组计算和存储资源，可以视为一个轻量级虚拟机，包括若干CPU资源、内存资源和磁盘资源等。

一个租户在同一个server上最多有一个Unit。实际上，从概念上讲，副本是存储在Unit之中，Unit是副本的容器。

每个Unit都归属于一个资源池，每个资源池由若干个Unit组成，资源池是资源分配的基本单位，同一个资源池内的各个Unit具有相同的资源规格，即该资源池内Unit的物理资源大小都相同。

日志相关的概念

副本（Replica）

为了数据安全和提供高可用的数据服务，每个日志流的数据在物理上存储多份，每一份叫做日志流的一个副本。每个副本，包括存储在磁盘上的Tablet的静态数据（SSTable）、存储在内存上的Tablet的增量数据（MemTable）、以及记录事务的日志三类主要的数据。根据存储数据种类的不同，副本有几种不同的类型，以支持不同业务在在数据安全、性能伸缩性、可用性、成本等之间的选择。

分片（Tablet）

OceanBase数据库V4.0.0版本引入了分片（Tablet）概念来表示实际的数据存储对象。它具备存储数据的能力，支持在机器之间迁移(Transfer)，是数据均衡的最小单位。Tablet与分区一一对应，单分区表会创建一个Tablet，多分区表会为每个分区创建一个Tablet。索引表的每个分区也会对应一个Tablet，包括局部索引表和全局索引表。特别地，局部索引表的Tablet与主表Tablet会强制绑定，保证存储在一台机器上。

日志流（Log Stream）

日志流是由OceanBase数据库自动创建和管理的实体，它代表了一批数据的集合，包括若干Tablet和有序的Redo日志流。它通过Paxos协议实现了多副本日志同步，保证副本间数据的一致性，实现了数据的高可用。日志流副本支持在不同机器之间迁移（Migration）和复制（Replication），以达到机器管理和系统容灾的目的。

从数据存储的角度来看，日志流可以抽象为Tablet容器，支持添加和管理Tablet数据，允许Tablet在不同日志流之间转移（Transfer），以达到数据均衡和水平扩展的目的。

从事务的角度来看，日志流是事务的提交单位。事务修改在单个日志流内完成时可以采用一阶段原子提交；事务修改跨多个日志流时，采用OceanBase数据库优化的两阶段提交协议完成原子提交，日志流是分布式事务参与者。

clog（Commit Log）

OceanBase会将包括事务在内的所有对数据库状态的修改操作，以redo log的形式记录并通过Multi-Paxos一致性协议持久化在集群的多个副本之中。这样的一组redo log在OceanBase中称作clog。

clog按照日志流进行组织，每个日志流有自己的一组clog文件。同时，各个租户的clog文件是隔离的，每个租户可以设置本租户可以使用的clog空间大小。

clog既用于在数据库实例故障的场景下保证数据库的持久性和原子性，同时也用于备节点、物理备库、Change Data Capture等多个数据库功能实时获取数据库的状态变更操作。

slog（SSTable Log）

slog是节点为了维护本机基线数据一致性而使用的日志。

内存相关的概念

Sorted Strings Table（SSTable）

SSTable用于存储基线数据或转储数据，行数据有序存储。

增量数据表（MemTable）

MemTable是内存中增量修改记录的集合。

转储（Mini Compaction & Minor Compaction）

OceanBase数据库中的转储即Minor Compaction概念，可以理解和其他LSM-Tree架构数据库的Compaction概念类似，主要负责MemTable刷盘转成SSTable以及多个SSTable之间的Compaction策略选择以及动作。OceanBase数据库中采用的是leveled结合size tiered的Compaction策略，大致可以分为三层，其中L1和L2就是固定的leveled层次，L0层是size tiered，L0内部还会继续根据写放大系数以及SSTable个数进行内部Compaction动作。

小版本冻结（Minor Freeze）

分区在内存中的增量数据超过阈值时，冻结该分区当前活跃MemTable，不再接受新开启事务的写操作，新事务的写操作在该分区新的活跃MemTable中进行。

大版本冻结（Major Freeze）

集群中所有的节点在一个统一的快照点冻结当前的活跃MemTable，不再接受新开启事务的写操作，新事务的写操作在新的活跃MemTable中进行。

布隆过滤器（Bloom Filter）

布隆过滤器用于快速判断行在基线数据或转储数据是否存在，当结果为不存在时，可以减少磁盘IO和CPU消耗。

References
【1】https://www.oceanbase.com/docs/common-oceanbase-database-cn-1000000002012832
【2】https://www.oceanbase.com/docs/common-oceanbase-database-cn-1000000002012845
【3】https://www.oceanbase.com/docs/common-oceanbase-database-cn-1000000002325135