现代化企业运营离不开各种 IT 应用系统。在不同规模的企业,可能存在几十、几百甚至上千个业务系统来支撑企业运营的方方面面。而大部分的业务系统,都需要围绕数据库进行开发和运行。

数据库的运维比基础应用要复杂得多。每一家企业内部,可能会同时运行多种不同类型、不同版本、不同规格的数据库。数字化转型不仅让数据库的数量和类型大幅增加,对基础设施也提出了更多“云化特性”的需求。

与此同时,金融等行业正面临信创转型的需求,全新的软硬件适配问题,为数据库基础设施带来更大挑战;以容器和 K8s 为基础的云原生部署模式,对基础设施的敏捷性提出更高要求。

企业对数据库“底座”的真正需求是什么

综上总结,企业数据库场景需要能满足性能、稳定、敏捷、简单乃至信创和云原生需求的新型基础设施方案,并满足如下基础需求和云化需求。

基础需求:

  • 稳定:数据库系统的稳定,是核心业务正常快速开展的重要保障。数据库基础设施,需要保证不会因为云化转型的问题(磁盘、网络故障),造成数据库宕机、丢数据、无法提供服务等。
  • 性能:主要考虑能否满足高峰期业务开展的需要,日常运行中对 IT 应用的响应时间和效率是否满足需求,是否对业务开展有促进和提升。同时,系统整体性能需要根据业务转型需求,在线扩展提升而没有瓶颈。

云化需求:

  • 资源池化:计算和存储形成资源池,提升资源使用效率,按需分配,降低管理难度。
  • 轻量弹性:小规模起步构建,按需投资,在线扩展。
  • 灵活敏捷:无论是虚拟化为核心的传统云环境,还是 K8s 为核心的云原生环境,都能实现从资源到数据库的敏捷交付。支持 Oracle DB、SQL Server、MySQL、PostgreSQL、国产数据库等多种主流数据库,快速交付各种类型、版本、规格的数据库。同时,系统的资源和性能可跟随业务需求进行在线弹性扩展、按需分配。
  • 运维简单:通过统一的管理界面,实现全方位的管理和监控,降低运维管理难度,提升效率,快速排查和解决问题,确保系统平稳健康运行。
  • 开放生态:实现 Oracle DB、SQL Server、MySQL、PostgreSQL 等主流数据库的支持与性能调优,以及信创体系的硬件和人大金仓、达梦等数据库的适配和调优。

不同企业对于以上需求的侧重点也不同。对于大中型数据中心,大量的数据库还部署在数据库一体机以及物理机+中高端存储的架构之上,是目前云化转型的孤岛。企业需要更加简单、敏捷的基础设施,但需满足对性能与稳定性的较高需求。对于中小型数据中心,云化基础设施需要支撑包括核心数据库在内的各类应用,用一套系统满足所有 IT 基础设施需求。

面对以上复杂需求,承载数据库的基础设施“底座”,还需要在性能、稳定、敏捷、简单等各方面进行优化。比如,目前企业在数据中心部署数据库系统,主要采用传统集成架构、虚拟化部署模式和数据库一体机几种方式。存在的主要问题包括:

  • 数据库一体机成本高、运维复杂、弹性差,无法支持多种数据库。
  • 物理服务器 + 集中式存储的传统集成架构,在成本、易维护性和敏捷性方面不尽人意。
  • VMware + 集中式存储的虚拟化部署模式,在性能与延迟方面不及裸金属和数据库一体机,同时存储扩展性和整体成本也难以满足企业需求。

阅读博客《一文解析数据库基础设施的现状与挑战》,详细了解主流数据库基础设施的现状与挑战。

应运而生的数据库云化基础设施

为了更好满足企业支撑数据库的需求,SmartX 在已有的超融合、分布式存储构建的云化基础设施解决方案基础上,基于业内最新的硬件和网络技术,结合软件全栈性能优化,并配合 RDS 数据云平台等第三方产品,打造了数据库场景最专业的云化基础设施解决方案。

该方案支持数据库的多种部署,满足不同数据库场景的需求。比如,可通过 SmartX 超融合产品系列(SMTX OS 及一体机),支持数据库虚拟化部署,以虚拟化与分布式存储融合部署的极简架构支撑数据库;可通过 SmartX 分布式存储产品系列(SMTX ZBS 及一体机),支持数据库在多种计算平台部署(裸金属/虚拟化/容器),能运行不同类型数据的存储资源池;还可通过 SmartX 云原生存储产品 IOMesh,支持数据库的容器化部署。

同时,针对数据库上企业云的的难点:虚拟化和分布式存储的性能与时延问题,SmartX 引入了最新的硬件和网络技术,并进行了全栈的性能优化,在获得敏捷性的同时,达到了接近甚至超过原有架构的性能体验。

数据库部署方式

产品

技术特点

优势

虚拟化部署

超融合

SMTX OS 与一体机

虚拟化层 :Boost

减少虚拟化层 IO 访问延迟

缓存层: 傲腾持久内存

提升缓存随机性能

存储网络层:

25GbE / 100GbE RDMA

降低存储网络数据交换时延

虚拟化网络层:SR-IOV

降低虚拟化网络时延

裸金属部署

分布式存储

SMTX ZBS 与一体机

存储接入层 :NVMe-oF

减少接入层访问时延

缓存层: 傲腾持久内存

提升缓存随机性能

存储网络层:RDMA

降低存储网络数据交换时延

容器化部署

云原生存储

IOMesh

完全基于 K8s 的管理架构

简单敏捷

以上产品均基于 SmartX 自主研发的稳定高性能的存储核心,具备弹性敏捷、轻量开放、简单等特性,所构建的企业云基础设施,已支持了大量金融、医疗、制造等行业客户应用,稳定核心经过生产环境长时间检验。

关键技术和特性的引入,能够支撑数据库更好发挥潜能。例如,缓存层引入英特尔®️傲腾™️持久内存这一硬件介质,基于其高性能、低时延和非易失等特性,大幅改善业务系统时延;虚拟化层通过 Boost 减少 CPU 的上下文切换和中断,完成数据快速读写。

存储接入层通过 NVMe-oF 协议提供高带宽、低时延的外部 IO 链路,将 NVMe 高并发、低时延的优势从 PCIe 设备拓展到存储接入网络,满足高性能低时延应用的性能需求。

存储网络层引入 RoCE v2 协议 (RDMA over Converged Ethernet),避免了操作系统的协议栈和缓冲区开销,实现了集群内不同节点之间的 ZBS 软件直接通讯,有效降低远程节点的写入时延,提高集群的整体性能。

同时,超融合、分布式存储、云原生存储不同产品,能以三种不同“姿势”支撑数据库场景,也满足了客户不同场景的需求。

其中超融合以其简单、弹性的架构正在受到越来越多客户认可,用超融合架构承载数据库,相比与目前市场上常见的数据库一体机、传统集成架构(高端服务器 + 集中存储)的数据库解决方案,有着突出的优势,对比详情如下。

指标

数据库云化基础设施

(超融合架构)

数据库一体机

传统集成架构

(高端服务器+集中存储)

系统架构

超融合架构将核心存储、计算和存储网络功能整合到单一的软件解决方案或设备

全冗余设计,没有单点故障和性能瓶颈

分为三层:

计算:高端 x86 服务器

网络:InfiniBand

存储:采用 x86 服务器作为存储节点,采用本地磁盘作为存储空间,采用专用的软件实现存储的高可用和负载均衡

分为三层:

计算:具有垂直扩展能力的高端小型机或者 x86 服务器

网络:SAN

存储:集中式高端存储。2 个或者多个控制器,多个磁盘柜放置磁盘作为存储空间

适用场景

稳态应用,敏态应用

稳态应用

稳态应用

开放性

开放融合架构,未来升级风险低

完全封闭架构

开发程度中等

扩展性

横向扩展,单集群最大支持 255 节点

计算、网络、存储分别扩展,最大128 节点

服务器数量可横向扩展增加,存储磁盘空间和扩展,但控制器是性能瓶颈

数据库支持

可提供 Oracle DB、MySQL、SQL server、PostgreSQL 以及多种国产数据库服务

只能提供数据库服务

(甚至只能一种类型数据库)

多种数据库服务

运维管理

简单,单一 Web 界面,实现统一管理

复杂,只有原厂高级工程师才能运维管理

复杂,在不同系统和界面分别管理、配置

总拥有费用

建设和运维成本低

成本高昂,包括采购运维管理成本

成本高昂,包括采购、集成、运维、变更、扩展等成本

整体来看,SmartX 数据库云化基础设施解决方案,具备如下特点:

  1. 场景与生态适配:云化基础设施方案覆盖核心数据库、多种一般业务数据库(含信创)到云原生数据库多种场景的解决方案,同时对 Oracle 等主流企业级数据库到信创数据库的产品适配、性能优化,以及数据库云化管理集成。
  2. 可靠可控:整套方案的核心基于完全自主开发的分布式块存储,其可靠性与企业级特性经过金融生产环境长时间检验。
  3. 极致性能:不仅从虚拟化、接入层、缓存层到存储网络端到端性能优化,同时针对不同数据库类型进行针对性的性能优化与部署的最佳实践。
  4. 轻量敏捷的云化特性:运维简单,仅需三节点起步即可构建云化资源池,性能和容量可根据节点或部件扩容。

具备丰富生态与场景的专业方案

SmartX 数据库云化基础设施解决方案的丰富生态,涵盖了大部分提供数据库和管理平台的数据库厂商,Oracle 在国内的专业服务商,Oracle 一体机方案的提供商,MySQL 的服务商,以及 DBaaS 平台提供商等等。包括但不限于中亦安图、爱可生、人大金仓、海量数据、南大通用、达梦数据库、沃趣科技等等。

这一生态集成包含多个层次的不断升级。首先,是简单的适配保证运行。其次,相关数据库基于 SmartX 软件和硬件平台进行性能验证并输出最佳实践。再次,功能进行紧密的集成,或者性能进行针对性的优化,为用户带来更大价值,并提升双方的竞争力。

基于广泛生态和产品组合,SmartX 数据库云化基础设施可满足数据库不同场景的需求,包括极速性能数据库资源池、高速云化数据库资源池(含信创)、数据仓库/报表分析、云原生数据库资源池、数据库容灾资源池、数据库与业务整合的云化资源池。有关具体场景的方案解析和实践,我们将在未来逐一介绍。