分布式数据库Greenplum基本原理和使用

本文涉及的产品
RDS MySQL Serverless 基础系列,0.5-2RCU 50GB
云数据库 RDS MySQL,集群系列 2核4GB
推荐场景:
搭建个人博客
云原生数据库 PolarDB MySQL 版,通用型 2核4GB 50GB
简介: Greenplum主要由Master节点、Segment节点、interconnect三大部分组成。Master 系统的入口,接受客户端连接及提交的SQL语句,将工作负载分发给其它数据库实例(segment实例),不存放任何用户数据,只是对客户端进行访问控制和存储表分布逻辑的元数据Segment节点负责数据的存储,可以对分布键进行优化以充分利用Segment节点的io性能来扩展整集群的io性能

OLTP 联机事务处理

OLTP 联机事务处理, on-line transaction processing 强调数据库内存效率 ,强调内存各种指标的命令率 ,强调绑定变量, 强调并发操作 数据在系统中产生 ,对响应时间要求非常高, 用户数量非常庞大,主要是操作人员,数据库的各种操作主要基于索引进行。

OLAP 联机分析处理
OLAP 联机分析处理 ,On-Line Analytical Processing 强调数据分析 强调SQL执行, 强调磁盘I/O 强调分等。基于数据仓库的信息分析处理过程,是数据仓库的用户接口部分 响应时间与具体查询有很大关系, 用户数量相对较小,其用户主要是业务人员与管理人员, 由于业务问题不固定,数据库的各种操作不能完全基于索引进行。

Postgresql特点
1、纯免费无风险开源产品(BSD协议)
2、诞生于大学
3、关系型数据库,满足ACID
4、亲近ORACLE,在LINUX下是进程模型
简单的说明
1、MySQL 的 slogon 是最流行的关系型数据库;Postgresql 的 slogon 是最先进的关系型数据库
2、ACID 原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔离性(Isolation)、持久性(Durability)

Greenplum的入库动作
需要存储的数据在进入数据库时的动作:
1、 将先进行数据分布的处理工作,将一个表中的数据平均分布到每个节点上
2、为每个表指定一个分发列(distribute Column),之后便根据Hash来分布数据。Greenplum这样处理可以充分发挥每个节点处I/O的处理能力。
3、为了实现多个独立的 PostgreSQL实例的分工和合作,呈现给用户一个逻辑的数据库,Greenplum在不同层面对数据存储、计算、通信和管理进行了分布式集群化处理
结果:Greenplum虽然是一个集群,然而对用户而言,它封装了所有分布式的细节,为用户提供了单个逻辑数据库。

Greenplum的组成部分
Greenplum主要由Master节点、Segment节点、interconnect三大部分组成。Master 系统的入口,接受客户端连接及提交的SQL语句,将工作负载分发给其它数据库实例(segment实例),不存放任何用户数据,只是对客户端进行访问控制和存储表分布逻辑的元数据Segment节点负责数据的存储,可以对分布键进行优化以充分利用Segment节点的io性能来扩展整集群的io性能
Segment:/greenplum/primary/gpseg0(gpseg1)) 是独立的PostgreSQL数据库,每个segment存储一部分数据。大部分查询处理都由segment完成,每个pg都有端口和进程,但为了保证安全,没有提供连接方式
Interconnect 负责不同PostgreSQL实例之间的通信。

分布键distributed的特点
1、分布键是决定数据存储在哪个 segment
2、分布键必须是主键的一部分
3、分布键比较合理的话,就在 segment 上均匀分布把IO压力均摊到各个 segment,避免数据倾斜。
4、哈希分布是最常用的数据分布方式。根据预定义的分布键计算用户数据的哈希值,然后把哈希值映射到某个segment 上。
5、分布键可以包含多个字段
6、如果没有显式指定分布键,的据库服务器配置参数 gp_create_table_random_default_distribution控制表的分布策略,使用PRIMARY KEY(如果表有主键)或者表的第一个列作为分布键的哈希分布策略。

MySQL和Greenplum的语法比较
1、MySQL一般会将数据合法性验证交给客户,PostgreSQL在合法性难方面做得比较严格。比如MySQL里插入 “2012-02-30” 这个时间时,会成功,但结果会是 “0000-00-00”;PostgreSQL不允许插入此值
2、MySQL 里需要 utf8mb4 才能显示 emoji 的坑, PostgreSQL 没这个坑。
3、新老数据一起存放,需要定时触发VACUUM,会带来多余的IO和数据库对象加锁开销, 引起数据库整体的并发能力下降。而且VACUUM清理不及时,还可能会引发数据膨胀。

基本的坑和解决办法1:内存不够用
错误日志:ERROR: XX000: Canceling query because of high VMEM usage. Used: 2433MB, available 266MB, red zone: 2430MB GreenPlum自带策略:如果 使用内存 / gp 总内存 > 90%,则会取消后续的 SQL SQL被取消,则数据丢失。
内存使用过大,可能的原因有:
1、单条SQL过大,来自于批量插入,或者查询的时候的 in 语句里查询过多 。
2、正常使用下,所需要的内存和配置不匹配
做法
1、提高gp总内存,根据服务器配置来看情况配置
2、降低空闲资源过期时间,默认是18s,可改为5s 3s,这样资源可提高回收速度和效率
3、代码中检查会连接泄露的地方,入库有手动获取连接的,需要关闭
4、SQL拆分,设置 split 分批插入,优化大 in 语句的查询
5、代码兜底,如果出现被取消的异常,需要做重试和异常记录

基本的坑和解决办法2:死锁
原因:同一张表的同一条记录,在同时插入或者更新,分了多个区,在不同分区下数据入库造成冲突,这时候的锁是ROW EXCLUSIVE(行级排他锁) 锁竞争造成死锁,最后SQL被取消,入库失败
解决办法:
1、为了保持较高并发,提高入库效率,开启全局死锁检测器,开启并发更新,让全局死锁检测器检测死锁是否存在。
2、如果完成了1,则死锁异常会被抛出,既然死锁这个情况在数据库层面不可避免(MySQL也会有死锁,多线程代码也有死锁) 则考虑从入库逻辑上避免死锁。
2.1 通过对 id 进行人为分区,相同 id 的一定会根据某种逻辑(哈希或者其他的)分到同一个区
2.2 串行提交,同步入库,隔绝相同 id 与数据库的写操作
3、代码兜底,如果出现死锁,则随机 sleep 时间,再重试。
说明
1、默认情况下,全局死锁检测器是被禁用的,Greenplum数据库以串行方式对堆表执行并发更新和删除操作。
2、可以通过设置配置参数gp_enable_global_deadlock_detector,开启并发更新并让全局死锁检测器检测死锁是否存在。
3、启用全局死锁检测器后,master 主机上会自动启动一个后端进程,有参数可以设置,可设置采集和分析锁等待数据的时间间隔。
4、如果全局死锁检测器发现了死锁,它会通过取消最新的事务所关联的一个或多个后端进程来避免死锁。

基本的坑和解决办法3:hand死
现象
1、查询变慢,查询没有返回数据,然后直接报错。
2、数据没有进行下去。
3、查看日志后发现卡住。
排查
1、工程使用Druid,观察到获取连接时,线程被挂起,多个线程都是如此。查询连接数,很多连接都在执行,但没有动静。
2、物化视图一直循环刷新,创建,然后卡住
3、挑着人为杀掉几个连接,刷新物化视图的动作报错,代码继续执行。
解决
1、代码中检查会连接泄露的地方,入库有手动获取连接的,需要关闭。
2、Druid 连接配置优化,关闭 poolPreparedStatements,配置连接的最大生存时间,配置在xx秒后回收空闲连接
3、测试环境开启日志监控,如果出现超时连接泄露,强行关闭连接(只能在测试环境配置,用于排查问题)
4、物化视图的刷新逻辑,从 refresh 改为定时刷,同时改为创建新的物化视图,在删掉旧的物化视图。

基本的坑和解决办法4:连接的jar包使用和选择
PostgreSQL vs Pivotal 有两种JDBC连接包可以实现连接
1、通过PostgreSQL的接口库连接, className: org.postgresql.Driver
2、官方partner提供的连接库(greenplum.jar),className: com.pivotal.jdbc.GreenplumDriver ,第二种专门针对Greenplum进行了优化,性能上稍优,
3、GreenplumDriver没有实现 setSchema 和 getSchema ,当调用这两个方法时,改用 postgresql,所以 代码中两者都有用到 upsert vs rule
4、github中的greenplum,发行版是6.1 6.2;之前新闻说 gp7 支持upsert,但来不及。第一开始使用的是 rule,比较慢 3、master分支已合并 postgresql upsert 逻辑,支持,最后直接编译,upsert的速度比 rule 快

资料来源和可逛的地方
1、https://www.modb.pro/ 墨天轮,信创和数据库帖子和资料多
2、PostgreSQL完全免费,是BSD协议,如果你把PostgreSQL改一改,然后再拿去卖钱,应该没有人管你,国产化数据库很多都是基于 PostgreSQL 改造的。
3、Greenplum的官方网站、官方微信公众号、官方B站账号。

相关实践学习
如何在云端创建MySQL数据库
开始实验后,系统会自动创建一台自建MySQL的 源数据库 ECS 实例和一台 目标数据库 RDS。
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