跟我学：用PolarDB-X搭建一个高可用系统
摘要：本文整理自阿里云数据库高级技术专家吴学强，在PolarDB-X动手实践系列的分享。
本篇内容主要分为四个部分：
1. 动手实践系列介绍
2. 环境准备
3. 演示内容
4. 用户问答
一、动手实践系列介绍
PolarDB-X采用Shared-nothing与存储分离计算架构进行设计，系统由4个核心组件组成。PolarDB-X社区版围绕开源PolarDB-X，对应商业2.0版本。PolarDB-X社区版主要面向应用开发者、架构师、DBA等。
PolarDB-X是一款基于云架构理念，同时支持在线事务处理与在线分析处理，融合型分布式数据库产品。专注解决海量数据存储、超高并发吞吐、大表瓶颈以及复杂计算效率等数据库瓶颈难题，助力企业加速完成业务数字化转型。
二、环境准备
在搭建环境之前，用户需要确定系统是CentOS 7或8；macOS；Ubuntu在18以上；Windows 10以上。相关配置需要大于等于4G。搭建环境需要的软件有：Docker&K8S；PolarDB-X 2.1.0；PolarDB-X Operator 1.2.1；PolarDB-X Monitor 1.2.1。
PolarDB-X采用Shared-nothing与存储计算分离架构进行设计，系统由4个核心组件组成。主要包括：计算节点、存储节点、元数据服务以及日志节点。
计算节点是系统的入口，采用无状态设计，包括SQL解析器、优化器、执行器等模块。
存储节点负责数据的持久化，基于多数派Paxos协议提供数据高可靠、强一致保障，同时通过MVCC维护分布式事务可见性。
元数据服务负责维护全局强一致的Table/Schema，Statistics等系统Meta信息，维护账号、权限等安全信息，同时提供全局授时服务（即TSO）。
日志节点提供完全兼容MySQL Binlog格式和协议的增量订阅能力，提供兼容MySQL Replication协议的主从复制能力。
三、演示内容
接下来，在Sysbench OLTP场景，模拟一个应用。在Sysbench OLTP进行负载，之后数据进入PolarDB-X分布式数据库。然后，通过Prometheus和Grafana相互配合，搭建一个监控链路。
目前，新版本已经将Prometheus和Grafana内置到产品里。用户可以用打包的组件，对PolarDB-Xdx集群进行监控。
PolarDB-X的集群由一个cms，两个cn、两个dn和两个cdc组成的。首先，做一个端口转发，将K8S里的PolarDB-X的端口转发到本地。
为了跟MySQL的version兼容，把MySQL版本作为返回。在实例里面已经有一个库了，叫做sysbench_test。
接下来，打开第三个cd class-8，把测试数据灌进去。启动灌数据的脚本，用第三方打包的sysbench_test的镜像进行操作。它会建一张表，在里面写入56万的数据。它是一个K8S的任务，完成之后，开始检查数据情况。
将官方的服务端口，从K8S集群映射到ECS本机.然后，开启另一个窗口，运行监控组件。再做一次端口转发，将ECS的Grafana的3000端口，转发到操作电脑。这样就可以在操作电脑的浏览器里，看到监控页面。
接下来，启动业务流量。启动之后，应用系统成功运行，它是用css、sysbench_test来模拟业务流量。用PB作为数据库。由于系统是分布式的，所以它有高可用的能力。部分节点宕机之后，能够自动恢复，应用可以不受影响继续的运行。
当前的QPS在2400左右。sysbench_test提供了压缩镜像，也可以将它log透出，从而看到更加及时的数据。
接下来，将一个cn删除，观察QPS的变化情况。首先，在两个cn中，随便删除一个。系统会立即开始重建，然后监控整个变化过程。用户可以在K8S的结果里，观察到cn的状态。
初期，一个cn在跑，另一个在重建。过了一会儿，第二个cn建好，系统恢复到两个cn的状况。在QPS中可以看到，经过一点波动之后，系统快速恢复到了正常状态。
通过QPS可以看到，在16:20:34秒出现下跌，在16:21分基本恢复正常。整个过程，只有不到半分钟的时间。如果系统不是高可用，用户在半夜收到报警电话，需要起床进行故障响应。如果系统是高可用的，对于组件被删除，这个系统会自动恢复。
接下来，删除一个dn节点。dn主要负责存储数据。系统当中虽然有两个dn，但每个dn对应三个port，所以一共有六个port。有一个dn是正常的，另一个dn还在恢复。QPS从4500跌到了1300，然后开始爬升，最低值是1300。系统在恢复的过程中，可以看到QPS在逐步爬升。
接下来，删除一个cdc。删除cdc之前，QPS保持在4000左右。因为cdc在本次模拟中它不参与业务。所以QPS跟cdc组件没有关系，理论上不会出现波动。当cdc也变成了1/2，即一个正常，一个不正常。QPS没有明显变化，一直在4000左右进行活动。
接下来，删除gms中的一个port。gms是一个特殊角色的dn，它也是一个三副本，高可用的形态。删除之后，从QPS的数据来看，系统依然能够获取到4000上下的QPS，数据库依然正常对外提供服务。
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它基于基本Kubernetes资源和控制器概念构建，但又涵盖了特定于域或应用的知识，用于实现其所管理软件的整个生命周期的自动化。
PolarDB-X集群是K8S的一个集群。它有四个组件组成.其中cn和cdc是标准的资源。gms和dn是定制化资源。因为cn和cdc它是无状态的，所以恢复相对较快速，也容易处理的。gms和dn是有状态的，恢复相对较慢。
在最新PolarDB-X开源版本中，开源了Paxos的能力。PolarDB-X面向用户的使用，可以完全和单机的事务模型保持一致。Paxos将dn从原来的单节点变成了现在的三副本、高可用模式。
用户可以把一个dn看成三个MySQL进程。cn会将所有读写的流量，打在leader节点。通过日志，Paxos和强一致同步的协议，将变更日志同步到其他两个节点，也就是这里的Follower和logger。从而保证系统的高可用。
四、用户问答
问：生产环境会不会出现节点缺失的问题？
答：刚才出现的问题，发生在获取镜像的过程。如果是生产环境，用户通常会选择一共靠谱的端口容器的镜像。为了避免这种情况，可以在生产环境里，做一个自己的镜像仓库。
问：可以对比各种类似的产品吗？他们各有什么特色？
答：每个产品都有自己的特点，尤其是分布式数据库。国内有好几家友商在做。如果进行比较客观的对比，由第三方会更合适。阿里也会在后续的文章中，把相关产品的能力、性能等参数发布出来，大家可以在同样的环境下，进行对比。
问：是不是可以理解为像MySQL一样使用PolarDB-X？但它具备了灵活的计算以及存储的扩展能力。
答：是的。简单来说，在应用的视角，可以这么理解。
问：PolarDB-X完全兼容了阿里SQL限流、绑定、索引的特性吗？
答：在应用的视角，PolarDB-X提供原生的限流的能力。应用跟cn直接交互，所以需要在cn侧，重新实现限流能力。在绑定、索引方面，PolarDB-X会提供跟阿里SQL不一样的语法。
