分布式数据库架构设计与实践 pdf下载

本书第 1、2 章介绍数据库的发展史和现状，讲述分布式数据库的架构，带读者从整体上认识分布式数据库。第 3~5 章着重介绍 AntDB 数据库，对其分布式架构、存储引擎和事务机制等方面进行较为详细的介绍，并且结合实际案例进行说明。第 6、7 章主要介绍分布式数据库的高可用性方案，以及线下实际应用案例，并对高可用性方案的设计进行说明，同时对分布式数据库技术未来的发展进行展望。

本书不是分布式数据库的入门书，适合熟悉数据库理论和概念的读者阅读。对于研发人员，可以将本书作为案头参考书，在日常研发中遇到问题时，可随时借鉴书中内容，快速解决问题。

亚信科技（股票代码：01675.HK）创建于1993年，是领先的软件产品、解决方案和服务提供商，领先的数智化全栈能力提供商。依托咨询规划、产品研发、实施交付、系统集成、智慧决策、数据运营和客户服务等数智化核心能力，打造客户服务闭环，为通信、政务、能源、交通、广电、邮政等行业客户提供端到端的全链路数智化转型服务。

亚信科技坚持“一巩固、三发展”战略，高质量巩固BSS市场的领导地位，高速度发展5G OSS网络智能化、DSaaS数字化运营、垂直行业和企业上云等新兴业务。

公司积极拥抱5G、云计算、大数据、AI、物联网等先进的技术，形成了数智、云网、IT三大产品体系。

亚信科技将与业界伙伴共同建设生态体系，持续推动商业模式创新，为企业数字化转型和产业可持续发展，为数字中国和新基建贡献力量。

第1章 数据库的发展与现状 1

1.1　数据库的定义和分类 1

1.1.1　网状和层次数据库 2

1.1.2　关系数据库 2

1.1.3　NoSQL数据库 3

1.1.4　分布式数据库 5

1.1.5　云数据库 7

1.1.6　时序数据库 8

1.1.7　NewSQL数据库 14

1.2　国产数据库行业 16

1.2.1　国产数据库行业发展历程 16

1.2.2　国产数据库发展特点 21

1.2.3　国产数据库行业市场格局分析 23

1.3　数据库的发展总结 25

1.4　小结 26

第2章 分布式数据库架构概述 27

2.1　“去O”实践特色 27

2.1.1　国产化趋势分析 27

2.1.2　“去O”的厂商数据库产品解析 28

2.2　分布式数据库的概念 32

2.3　分布式数据库的分类 33

2.3.1　OLTP和OLAP对比 33

2.3.2　关于HTAP 34

2.4　如何解决分布式问题 37

2.4.1　分布式数据库的事务处理技术 37

2.4.2　分布式存储技术 44

2.5　分布式数据库的优点和缺点 50

2.5.1　分布式数据库的优点 50

2.5.2　分布式数据库的缺点 50

2.6　分布式数据库未来的趋势思考 51

第3章AntDB分布式关系数据库架构 53

3.1　AntDB架构概览 53

3.2　AntDB的SQL引擎 54

3.2.1　计算节点Coordinator 54

3.2.2　全局事务管理节点 59

3.3　AntDB执行器技术 60

3.3.1　逻辑计划与物理计划 61

3.3.2　分布式执行 61

3.3.3　分布式执行计划的优势 62

3.4　AntDB存储技术 63

3.4.1　存储节点 63

3.4.2　Hash分片技术 63

3.4.3　水平动态扩展技术 67

3.5　AntDB事务机制 68

3.5.1　全局一致性 68

3.5.2　2PC协议和Paxos协议 69

3.6　AntDB企业增强特性介绍 72

3.6.1　数据分布式存储 72

3.6.2　分布式集群下强一致备份恢复技术 74

3.6.3　同步异步自适应流复制 75

3.6.4　异构数据库兼容评估 78

3.6.5　数据并行查询 83

3.6.6　Oracle兼容 84

3.6.7　AntDB在线数据扩容 85

3.6.8　读写分离 89

3.6.9　与异构数据库互联 93

3.6.10　异构索引支持 94

3.6.11　集群自愈 97

3.6.12　异地多中心 103

3.7　AntDB 的Oracle兼容性 103

3.7.1　Oracle兼容性能力说明 103

3.7.2　使用兼容模式访问AntDB数据库 104

3.7.3　使用Oracle兼容特性开发应用系统 106

3.7.4　AntDB与Oracle语法对比 107

3.8　AntDB管理节点Adbmgr介绍 150

3.8.1　Adbmgr简介 150

3.8.2　管理AntDB集群 151

3.9　AntDB运维管理控制台介绍 180

3.9.1　AntDB管理控制台产品定位 180

3.9.2　AntDB运维管理控制台系统架构 181

3.9.3　AntDB运维管理控制台功能介绍 182

第4章AntDB分布式内存数据库 184

4.1　AntDB分布式内存数据库架构 184

4.2　存储引擎介绍 186

4.2.1　分层存储 186

4.2.2　持久化 188

4.2.3　索引优化 191

4.3　AntDB分布式内存数据库适用的场景 193

第5章AntDB数据库实践案例介绍 194

5.1　某省核心营业库案例 194

5.2　某省高速公路清分结算系统改造升级案例 197

5.3　某省核心账务库案例 201

5.4　某省计费中心项目 204

第6章高可用性方案设计与最佳实践 208

6.1　高可用架构基础 208

6.1.1　各种高可用架构介绍 209

6.1.2　服务器的可靠性设计 211

6.2　基于共享存储的高可用方案 211

6.2.1　SAN存储方案 212

6.2.2　DRBD方案 215

6.3　WAL日志或流复制的高可用方案 218

6.3.1　持续复制归档的Standby方法 219

6.3.2　异步流复制方案 220

6.3.3　同步流复制方案 228

6.4　基于触发器的同步方案 229

6.4.1　基于触发器的同步方案特点 229

6.4.2　基于触发器的同步软件介绍 230

6.5　基于中间件的高可用方案 233

6.5.1　基于中间件的高可用方案的特点 233

6.5.2　基于中间件的开源软件介绍 234

第7章 分布式数据库的发展展望 245

7.1　分布式数据库优化方案 247

7.1.1　OLTP性能优化 248

7.1.2　OLAP性能优化 249

7.2　分布式数据库的热点技术 256

7.2.1　时序数据处理 256

7.2.2　流式计算 258

7.2.3　全文检索、地理空间信息、图形关系处理 259

7.2.4　库内机器学习 259

7.2.5　向量相似度查询 260

7.2.6　区块链 261

7.2.7　存储计算分离 263

7.2.8　插件化 266

7.2.9　超融合 266

丛书序

2019年6月6日，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通和中国广电四家企业发放了5G牌照，这意味着中国正式按下了5G商用的启动键。

三年来，中国的5G基站装机量占据了世界总量的7成，地级以上城市已实现5G“全覆盖”；近5亿5G终端连接，是全世界总量的8成；中国的5G专利数超过了美日两国的总和，在全球遥遥领先；5G在工业领域和经济社会各领域的应用示范项目数以万计……

三年来，万众瞩目的5G与人工智能、云计算、大数据、物联网等新技术一起，改变个人生活，催生行业变革，加速经济转型，推动社会发展，正在打造一个“万物智联”的多维世界。

5G带来个人生活方式的迭代。更加畅快的通信体验、无处不在的AR/VR、智能安全的自动驾驶……这些都因5G的到来而变成现实，给人类带来更加自由、丰富、健康的生活体验。

5G带来行业的革新。受益于速率的提升、时延的改善、接入设备容量的增加，5G触发的革新将从通信行业溢出，数字化改造得以加速，新技术的加持日趋显著，新的商业模式不断涌现，产业的升级将让千行百业脱胎换骨。

5G带来多维的跨越。C端消费与B端产业转型共振共生。“4G改变生活，5G改变社会”，5G时代，普通消费者会因信息技术再一次升级而享受更多便捷，千行百业的数字化、智能化转型也会真正实现，两者互为表里，互相助推，把整个社会的变革提升到新高度。

近三年是5G在中国突飞猛进的三年，也是亚信科技战略转型升级取得突破性成果的三年。作为中国领先的软件与服务提供商、领先的数智化全栈能力提供商，亚信科技紧扣时代发展节拍，积极拥抱5G、云计算、大数据、人工智能、分布式数据库架构设计与实践物联网等先进技术，积极开展创造性的技术产品研发演进，与业界客户、合作伙伴共同建设5G+X的生态体系，为5G赋能千行百业、企业数智化转型、产业可持续发展积极做出贡献。

在过去的三年中，亚信科技继续深耕通信业务支撑系统（Business Supporting System，BSS）的优势领域，为运营商的5G业务在中华大地全面商用持续提供强有力的支撑。

亚信科技抓住5G带来的B & O融合的机遇，将能力延展到5G网络运营支撑系统（Operation Supporting System，OSS）领域，公司打造的5G网络智能化产品在运营商中取得了多个商用局点的突破与落地实践，帮助运营商优化5G网络环境，提升5G服务体验，助力国家东数西算工程实施。

亚信科技在数字化运营——软件驱动即服务（Data-Driven Software as a Service，DSaaS）这一创新业务板块也取得了规模化突破。在金融、交通、能源、政府等多个领域，帮助行业客户打造“数智”能力，用大数据和人工智能技术，协助其获客、活客、留客，改善服务质量，实现行业运营数字化转型。

亚信科技在垂直行业市场服务领域进一步拓展，行业大客户版图进一步扩大，公司与云计算的多家主流头部企业达成云MSP合作，持续提升云集成、云SaaS、云运营能力，并与其一起，帮助邮政、能源、政务、交通、金融、零售等百余个政府和行业客户上云、用云，降低信息化支出，提升数字化效率，提高城市数智化水平，用数智化手段为政企带来实实在在的价值提升。

亚信科技同时积极强化、完善了技术创新与研发的体系和机制。在过去的三年中，多项关键技术与产品获得了国际和国家级奖项，诸多技术组合形成了国际与国家标准。5G+ABCDT的灵动组合，重塑了包括亚信科技自身在内的行业技术生态体系。“5G与AI技术大系”丛书是亚信科技在过去几年中，以匠心精神打造我国5G软件技术体系的创新成果与科研经验的总结。我们非常高兴能将这些阶段性成果以丛书的形式与行业伙伴们分享与交流。

我国经历了从2G落后、3G追随、4G同步，到5G领先的历程。在这个过程中，亚信科技从未缺席。在未来的5G时代，我们将继续坚持以技术创新为引领，与业界合作伙伴们共同努力，为提升我国5G科技和应用水平，为提高全行业数智化水准，为国家新基建贡献力量。

高念书

2022年9月于北京

前　言

随着传统数据库技术的日趋成熟、计算机网络技术的飞速发展和应用范围的扩充，数据库应用已经普遍建立在计算机网络之上。随着业务对大数据技术需求的不断演变，集中式数据库系统逐渐表现出它的不足，分布式数据库在整个互联网生态圈中的地位愈加重要，必将成为大数据技术发展的又一个核心。

AntDB是亚信科技打造的一款可扩展、多租户、高可用、高性能、低成本、国产自主、安全可靠且对业务透明的分布式金融级大规模并行处理关系数据库产品。它采用MPP架构融合事务处理和在线分析操作，具备先进的数据治理和数据安全特性，支撑亿级用户，提供 PB级别数据处理能力，高度兼容Oracle产品特性。所有数据库源码已经开源，读者可以自行下载安装本数据库。

本书的作者包括浙江移动的王晓征，亚信科技的洪建辉、顾鸿翔、董朝晖、邢小强、马珊珊、余秀明、李森、顾宝华等。本书可作为大数据专业、软件技术专业、信息管理专业、计算机网络专业的教材，也可作为数据库爱好者的参考书。

分布式数据库发展极迅速，目前已成为一个广阔的学科，罕有人士能对其众多分支领域均有精深理解。笔者自认才疏学浅，仅略知皮毛，更兼时间和精力所限，书中错谬之处在所难免，若蒙读者诸君不吝告知，将不胜感激。