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    銀行核心系統分布式數據庫解決方案

    2019年7月5日 10:20  CCTIME飛象網  

    作者:中興通訊高級副總裁 俞義方

    中興通訊政企通訊研究院院長 呂達

    隨著互聯網、云計算、大數據、人工智能、物聯網等技術的飛速發展,全球數據量呈現爆發式增長,遠遠超出傳統關系型數據庫的處理能力,傳統關系型數據庫已經無法適應金融行業數字化轉型對新型金融科技(FinTech)發展的需要。比如,數據量的爆發式增長與傳統數據庫有限容量之間的矛盾; 雙十一、618 等購物狂歡節期間,業務處理的高并發系統壓力與傳統數據庫性能無法水平擴展的矛盾;越來越高標準的業務連續性要求與昂貴的傳統數據庫容災技術越來越難以滿足要求的矛盾。因此,銀行核心系統迫切需要具備支持海量數據場景下的高性能、高擴展、高可用等關鍵特征的數據庫,促使銀行核心數據庫由集中式向分布式架構轉型。

    近幾年,分布式數據庫技術取得突破性進展,不僅實現了海量數據場景下的高性能、可擴展性需求,還滿足了交易型數據庫必須支持的分布式事務、數據強一致性、高可用等特性。另一方面,X86 架構的PC 服務器借助各種硬件加速技術(如SSD、RDMA、GPU 等),彌補了只有大型主機才具有的高性能、高可靠性短板。這些技術發展都為分布式數據庫替換金融核心數據庫提供了強有力的支撐。

    打造具有“銀行基因”的數據庫GoldenDB

    中興通訊研制的分布式數據庫GoldenDB, 采用share-nothing 架構,是一款具有銀行基因的金融級分布式數據庫。GoldenDB 提供傳統關系型數據庫OLTP 的所有特性, 并且改變了傳統數據庫集中存儲的限制,采用分布式架構存儲,從而實現了從計算層,存儲層的可擴展性。

    GoldenDB 分布式架構,可以多地多機房部署。每個數據中心對外提供服務,當一個數據中心發生異常時,由其他數據中心接管,從而保障系統的高可靠性。數據中心間進行數據實時同步,并在接管時保證數據的全局一致性。GoldenDB 可以部署在全球多個區域,多個數據中心之間進行數據容災,每個數據中心包括計算節點、全局事務管理器、存儲節點和管理節點。多個數據中心的計算節點獨立運行,全局事務管理器之間同步全局事務信息,存儲節點之間實時同步業務數據,管理節點也實時同步元數據信息。

    無共享分布式數據庫由計算節點集群、存儲節點集群、管理節點和全局事務管理器五個部分組成。組成分布式數據庫的各個節點無須共享任何資源,都是獨立自治的通用計算機節點,之間通過高速互聯的網絡通信,從而完成對應用數據請求的快速處理和響應。

    其中,計算節點集群層是分布式數據庫的核心層,其由無狀態的計算節點組成。計算節點從驅動層或者管理節點接收用戶的操作,進行邏輯優化和物理優化,生成滿足分布式事務一致性的分布式查詢計劃。計算機節點在執行分布式查詢計劃時,通過持續地訪問存儲節點,從而完成用戶的最終操作請求。用戶可以根據應用對可靠性、可用性、性能等因素的不同要求,對計算節點進行合理的規劃和劃分。

    存儲節點集群是應用數據的最終存儲組件。所有的存儲節點組成一個或多個數據庫集群。一個集群中可以有一個數據庫,也可以有多個數據庫。數據庫集群由一個或多個安全組組成,集群中每個表中的數據按照某種策略進行橫向分片后存放到對應的安全組中,分片策略一般有復制策略、哈希策略、范圍策略、列表策略。隨著安全組數量的增加,每個安全組承載的數據量和讀寫負載會相應地減少,從而在存儲節點集群內部具備了讀能力和寫能力的水平擴展。安全組是由一個或多個存儲節點構成的數據庫節點組,組內的數據庫節點擁有相同的數據。存儲節點組通過多數派協議實現數據的一致性。安全組內的存儲節點數量越多,可靠性就越高,讀能力也得以進一步擴展。

    管理節點在分布式數據庫中負責集群管理流程,不涉及業務的訪問流程,無負載壓力,同樣通過多數派協議保證該節點的高可靠性。管理流程主要包括元數據管理、計算節點集群管理、存儲節點集群管理、任務管理以及運維管理。

    全局事務管理器在分布式數據庫中維護全局事務的全生命周期,是分布式事務控制中心,提供申請、釋放、查詢全局事務的能力。

    GoldenDB 是一款兼容MySQL 的分布式數據庫產品,具備分布式事務、高性能、強一致高可用、線性擴容和彈性伸縮、企業級安全等特性,能夠同時提供智能運維、自動化運營、監控告警等配套設施。

    1. 分布式事務

    金融行業核心交易類業務對事務的一致性要求很高, 目前業界流行的最終一致性分布式事務方案無法滿足其要求,其兩階段提交由于同步阻塞、讀數據可能不一致等常見問題,同樣無法滿足金融行業交易類業務對性能和一致性的要求。GoldenDB 引入全局事務管理器GTM(-Global Transaction Manager) 對全局事務的生命周期進行管理( 創建/ 釋放/ 查詢),并為全局事務分配GTID,實現事務之間的隔離性,保證數據的過程一致性和最終一致性。

    2. 強一致性及高可用

    在分布式數據庫中,系統的高可用性和數據強一致性往往不可兼得。一般情況下,對于一致性要求比較高的業務在響應延時方面就會降低要求,適合選擇CP 模式;對于響應時延有高要求的業務在數據一致性方面會降低要求, 適合選擇AP 模式。而銀行核心系統對數據一致性和可用性都有很高的要求,正常場景下需保證數據的強一致性要求,當出現數據中心間的網絡異常(如網絡抖動、丟包、瞬斷等) 時,依然保證銀行核心系統的可用性。此外,支持各種跨數據中心部署方案,如同城雙活,兩地三中心等,全面保障服務高可用,能做到RPO 為0,RTO 小于30s,遠高于銀保監會標準要求。

    3. 自動化智能運維

    GoldenDB 具備完善的運維支撐體系,設計以智能化、最簡化為目標。系統提供統一的運維模塊OMM,提供網絡拓撲、集群管理、元數據管理等功能,在OMM 上可以對系統進行配置、發布、監控和運維管理。

    GoldenDB 的8 個關鍵創新點

    中興通訊研制的GoldenDB 分布式數據庫產品,創新地基于全局事務ID 技術實現了強一致性分布式事務處理能力, 通過高并發、低時延的事務處理和數據復制解決方案,攻克了數據庫的兩地三中心高可靠容災、在線數據重分布與不停機擴容等多項關鍵技術難點,滿足各行業對數據庫平臺安全、可靠、高擴展、高可用、易維護的要求。關鍵創新點包括:

    1. 實現了強一致的分布式事務,通過已提交事務回滾、分布式隔離級別等關鍵技術,保證數據的過程一致性和最終一致性;

    2. 高度兼容MySQL 通信協議、語法及客戶端,數據查詢語句及數據存儲結構都完全兼容MySQL,確保對MySQL 數據庫平滑遷移,同時兼備MySQL 經長期實踐驗證的可靠性。

    3.GoldenDB 采用無狀態化SQL 集群加存儲節點的高可用分布式架構,每個存儲節點內采用一主多從的架構設計, 數據多副本存儲,支持在線重分布,可自動實現故障秒級切換,允許業務不停機進行擴容,線性擴展。支持各種跨數據中心部署方案,全面保障服務高可用,能做到RPO 為0, RTO 小于30s,遠高于銀保監會標準要求。

    4. 在存儲節點之間,通過中興自研快同步日志復制機制保障數據寫入的高性能和數據強一致性;支持多樣的備份恢復策略,并保證恢復后的數據全局一致性;

    5. 智能易用輕運維:GoldenDB 支持自動部署,多種分片模式、平滑擴容及自動運維,擴容與故障切換時業務零中斷,無需人工干預;GoldenDB 具備云服務所有的彈性、敏捷、按需和輕運維的特性。

    6. 自主可控:基于X86 服務器,以及中興通訊自主開發的金融級分布式數據庫GoldenDB。

    7. 成本低廉:分布式的單賬戶成本可以降一個數量級, 運營成本實際上是創新成本的獎勵,推動了銀行創新業務的加速發展。

    8. 完整的生態,如備份遷移工具,優化分析報告、監控與自動化管理等。

    多年以來,中興通訊一直致力于實現分布式數據庫的自主可控。為了滿足電信、金融、政務等業務場景需要,中興通訊歷經十幾年的自主研發打造了中興通訊分布式數據庫產品GoldenDB,其采用分布式集群架構,這種集群架構具有較高的靈活性,也大大簡化了各個節點之間的通信機制及其對于硬件的需求;谶@種靈活的架構,可以輕松實現同城雙活、兩地三中心、多地多中心等高可用方案。

    編 輯:王鵬
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