构建强⼀一致性分布式数据库 TiDB 沈泰宁 R & D Engineer @ PingCAP ⾃自我介绍 ⾃自我介绍 • 沈泰宁 • R&D Engineer @ PingCAP • Maintainer • rust-prometheus • grpc-rs • … ⽬目录 • What is TiDB? • How to test? What is TiDB? Single

is a copy of the organization's communication structure. -- Melvyn Conway, 1967 FROM: 隔离的功能性团队，只对隔离的应用架构负责。 TO: 跨职能的团队，对业务能力端到端负责。 多维度 Multiple Dimensions evolvability 安全架构 Javascript. 适应度方程 Fitness Function Atomic 原子的 Holistic 全局的 Batch 批次的 Continuous 持续的 适应度方程 Fitness Function Batch 批次的 Atomic 原子的 适应度方程 Fitness Function Batch 批次的 Holistic Holistic 全局的 适应度方程 Fitness Function Atomic 原子的 Continuous 持续的 适应度方程 Fitness Function Continuous 持续的 Holistic 全局的 工程卓越 —— 演进的基础 没有任何实践可以代替交流沟通 “The measure of intelligence is the ability

有状态分布式系统的高可用问题 一致性 可用性 分区容错性 Paxos Raft 2PC Gossip Ø 处理请求需要特定节点 Ø 必须要考虑数据备份和同步 的问题 Ø 容量扩展和高可用需要不同 解决方案 Ø 服务节点不能随便迁移 CAP Is Not Simply 2 out of 3 Ø 没有分区时，可用性和一致 性要兼得 Ø 经常要考虑的是可用性和一 致性各有一部分 Ø 根据不同设计应用需求有不 根据不同设计应用需求有不 同的组合 Ø 重要的是系统如何恢复到 “最佳状态” 分区容错性 可 用 性 一 致 性 系 统 服 务 等 级 分区容错性 可 用 性 一 致 性 系 统 自 愈 程 度 Look Distributed System in another Way Safety •Something bad will never happen •e.g. received 控制器执行动作协调到Desired State u 创建1个新的Pod Ø Controller观察特定领域的 系统状态 Ø 协调Desired State跟 Realized State之间的差 距，维持最终一致性 Ø 定期处理集群中的事件 Ø 系统必须是幂等的 控制器的设计理念 控制逻辑应该只依赖于当前状态 假设任何错误的可能，并做容错处理 尽量避免复杂状态机，逻辑不要依赖无法监控的内部状 态 每个模块都可以在必要时优雅地降级服务

用户和业务持续上量，业务快速发展 扩张阶段 业务和团队规模增长迅速，多元化发展，对效率和质量提出更高要求 没有一种� 架构能� 包打天下 DB Server PC WEB 容错性、稳定性差 技术债迅速积累 代码安全带来挑战 初始，� 效率优先 成长,移动后台旁路追赶 DB主 Server PC WEB AND/IOS/H5/Open 静态站 网贷服务 -------Joe Armstrong 关键点 分而治之，缩小竞争面 加速资源交换，更快响应 共享资源串行操作 数据一致性(脏读,丢失更新等) 业务纵向拆分，化整为零 资源拆分，横向扩展 cache，index，partition parallel non-blocking sync、lock，cas 限流： max_connections(db) max_request+max_threads(middleware) 数据竞争� [NoSql方案示例] 内存操作 单线程原子操作 高可用保障 兜底策略 限流、熔断： maxclients(redis) max_request+max_threads(middleware) hystrix.

⾼性能⾼可⽤机票实时搜索系统 去哪⼉⺴ 梁启康 议题 系统诉求 海海量量数据 设计思路路 搜索框架 报价引擎 待解问题 系统诉求 • 全⽹网价最低 • 航线报价最全 • 实时性最好 • 产品最丰富 • 预定最流畅 ⾯面临问题 航班舱位时刻变动 供应商规则调整密集 航司政策各有不不同 供应商的office权限不不⼀一致 运价规则变化繁多 GDS数据成本不不菲 报价数量量多，内存问题 • 报价源多，不不稳定 • 响应时间要求苛刻 • 搜索条件有热点 • 缓存报价不不准 • 尽量量⽤用原⽣生数据类型，编码 • 回数⽐比例例，异步搜索更更新 • 分批回数 • ⼀一致性哈希，负载均衡 • 供应商粒度，主动更更新 报价引擎 供应商规则 航司运价 航班舱位状态 套餐搭售 + + 低价特惠 商旅优选 头等舱 。。。 报价引擎—供应商规则 报价引擎 • 计算量量巨⼤大 报价引擎 索引 搜索引擎核⼼心 • 规则库 => 索引库 • 规则库写⼊入量量⼤大，集群峰值达20K TPS • 要求同步延迟很低，不不超过60s • 保持顺序⼀一致性，如果先删后插变成 先插后删，数据会不不⼀一致 • 数据最终⼀一致 • 系统⾼高可⽤用 报价引擎 — 组织索引 北北 京 | 上 海海 成 都 | 杭 州 ⼴广 州 | 郑 州 南

KV 存储系统研发 有多年分布式存储研发经验 个人简介 • Cellar起源 • 中心节点架构演进 • 节点高可用和异地容灾 • 服务可用性提升 • Cellar规划 目录 • Cellar起源 • 中心节点架构演进 • 节点高可用和异地容灾 • 服务可用性提升 • Cellar规划 目录 Cellar，英文原意是酒窖，项目取名Cellar，一方面借用其储藏 之意，同时，也希望使用Cellar的用户，可以像用酒窖藏酒一样，越 • 可用性问题 • 性能问题 • 运维问题 Cellar起源—Tair问题 Cellar起源 架构升级 性能优化 可用性优 化 可运维性 Cellar 开源 Tair • Cellar起源 • 中心节点架构演进 • 节点高可用和异地容灾 • 服务可用性提升 • Cellar规划 目录 Cellar—中心节点架构演进 • 性能问题 客户端集中获取路由表 • 隔离性问题 中心节点暴露给客户端 可线性扩展 • 隔离性： 客户端与中心节点 完全隔离 Cellar—中心节点架构演进 一致性 • 主备脑裂 • observer与config • Zookeeper选主 • 元数据Zookeeper存储 Cellar—中心节点架构演进 一致性： • 主备强一致 • observer同步强一致 • Cellar起源 • 中心节点架构演进 • 节点高可用和异地容灾 • 服务可用性提升 • Cellar规划

⽀支付通知 交易易中台 ⽀支付时限任务 出票处理理 队列列故障 已⽀支付订单被取消 ⽀支付超时 订单取消 缺乏降级设计 稳定性之路路到底有多远 如何设计⾯面向容错的系统，如何提升系统的可⽤用性 强弱依赖 • 弱依赖 - 熔断限流，有损服务 • 强依赖 - 备选服务，降级实现 什什么是强弱依赖，如何确定强弱依赖 • ⽤用户是否强烈烈感知 • 核⼼心业务是否有损 service 降级服务统⼀一注册管理理，通过降 级服务质量量数据从整体反映各应 ⽤用的降级点和可⽤用性保障措施 • 降级策略略集中管理理，通过参数 化、配置化、脚本化⽅方式实现线 上策略略的灵活调整 • 依据服务重要程度，从全局制定 分级预案，对降级点进⾏行行预案编 排，并跟踪监控降级链路路的执⾏行行 • 发现潜在故障，多维度验证预案 有效性，评估系统可靠性，提供 降级策略略、参数调整的优化依据 整体架构 Agent 使⽤用ETCD实现注册中⼼心 • 简单 - Go语⾔言编写部署维护简单，定义良好的API • 安全 - SSL认证机制 • 快速 - ⽀支持上万次写⼊入操作 • 可信 - Raft算法保证强⼀一致性，Proxy反向代理理模式⽀支持 • 服务数据存储 • 应⽤用、服务元数据、状态数据，etcd、mysql双份存储 • 后台实时监控应⽤用、服务，实时变更更降级策略略 proxy 服务质量量数据采集

System - 持久化存储 百度文件系统架构 设计一个分布式系统要考虑的 • 数据与计算的分片 • 分区故障容忍 • 数据一致性 • 系统扩展性 • 延迟与吞吐 • 成本与资源利用率 • … 数据与计算的分片 • 哈希分片 - 简单、均衡 - 扩容复杂、易用性差 - 一致性哈希、虚拟节点 • 按范围、数据量分 - 使用简单 - 需要管理元数据 - 中心化与去中心化 元数据管理 • 去中心化 影响可用性 • 可以读从节点 - 刚写入的读不到 - 不一致 • 只允许读主节点 - 扩展性受限 数据处理模块 数据接收模块 存储 主 从 从 1. 写入 2. 通知 3. 读取 CAP理论 • 简要历史 - Eric Brewer 1998年提出 - 2002年证明 • CAP三选二 - Consistency 一致性 - Availability 可用性 - Partition Write 写成功W副本 - Read 读R副本 - W+R>N，就不会丢失更新 • 一致性协议 - Paxos - Raft CAP到CAD的演变 • 必须容忍网络隔离 - CAP->CA • 跨地域的延迟 - CA->CAD/CAL • 多数情况下我们更重视可用性 - CAD->CD • 一致性与延迟的折衷 - 要求强一致的, 容忍延迟 - 要求低延迟的, 选择最终一致 提升系统扩展性