2006 年，CEO Eric Sc??hmidt 首次提出云計(jì)算（Cloud）的概念。 2011年，哥倫比亞大學(xué)教授提出霧計(jì)算（Fog），后來(lái)被思科理論化。云計(jì)算是集中式計(jì)算，埃森哲（）給出的云計(jì)算定義：第三方提供商通過(guò)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)提供和配置IT功能（硬件、軟件或服務(wù)）。

霧計(jì)算是云計(jì)算概念的延伸。它是局域網(wǎng)中的一種分布式計(jì)算方法。符合互聯(lián)網(wǎng)“去中心化”的特點(diǎn)。獨(dú)特的應(yīng)用特性使得這種計(jì)算范式支持更多的邊緣節(jié)點(diǎn)。

2011年，邊緣計(jì)算（Edge）的概念同時(shí)出現(xiàn)。社區(qū)給出的定義是：邊緣計(jì)算是在網(wǎng)絡(luò)邊緣為應(yīng)用開(kāi)發(fā)者和服務(wù)提供商提供云服務(wù)和IT環(huán)境。旨在提供接近數(shù)據(jù)輸入或用戶(hù)的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)帶寬的服務(wù)。

霧計(jì)算與邊緣計(jì)算的區(qū)別在于霧計(jì)算具有層次化、網(wǎng)絡(luò)化的架構(gòu)，而邊緣計(jì)算依賴(lài)于不構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的單個(gè)節(jié)點(diǎn)。霧計(jì)算中的不同節(jié)點(diǎn)具有廣泛的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互連能力，而邊緣計(jì)算是一個(gè)運(yùn)行在孤島中的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)被容納在云或霧網(wǎng)絡(luò)中以實(shí)現(xiàn)流量傳輸。

云計(jì)算、霧計(jì)算和邊緣計(jì)算是三種不同但相關(guān)的計(jì)算范式，每一種可能對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)有不同的要求。如今，云計(jì)算中的云數(shù)據(jù)庫(kù)的特性基本得到驗(yàn)證，但也在不斷發(fā)展。霧計(jì)算中霧數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)尚未被提出，邊緣計(jì)算中的數(shù)據(jù)庫(kù)是否可以從傳統(tǒng)的單機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中稍微演進(jìn)一些也沒(méi)有被提及或討論。

但是，三種不同的計(jì)算方式必須適用于不同類(lèi)型的應(yīng)用，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理、計(jì)算和交換的要求也必須不同。深入研究不同應(yīng)用的需求和特點(diǎn)，提供不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)庫(kù)。未來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)的種類(lèi)或形式一定會(huì)更加豐富多彩。

01 云原生

Cloud的概念早在云原生的概念之前就出現(xiàn)了，其內(nèi)容可以概括為一種方法論，稱(chēng)為12- (12-App)。根據(jù)這12個(gè)要素，人們對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)提出了如下一些具體的要求，使數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生了變化。

Matt Stine 在 2017 年的一次技術(shù)會(huì)議上的分享中提出了“云與微服務(wù)：一種共生關(guān)系”的概念，云原生（Cloud）的概念正式誕生。他將云原生分為六個(gè)特征：模塊化、可觀察、可部署、可測(cè)試、可替換和可處理。

Matt Stine 認(rèn)為：服務(wù)的基本原則是有明確的重點(diǎn)（應(yīng)用功能細(xì)分的要求）、明確的契約（應(yīng)明確定義應(yīng)用與后臺(tái)服務(wù)之間的接口）、明確的 API（應(yīng)用程序與后臺(tái)服務(wù)之間的接口在形式上應(yīng)清晰易用）。

云原生一般被認(rèn)為是思想的集合，包括很多東西：、持續(xù)交付()、微服務(wù)()、敏捷基礎(chǔ)設(shè)施(Agile)、康威定律(Law)等，并根據(jù)公司重組其商業(yè)能力。

這使得云原生的概念全面而復(fù)雜，它是一系列技術(shù)、企業(yè)管理方法的集合，既包括技術(shù)（微服務(wù)，敏捷基礎(chǔ)設(shè)施），又包括管理（從，管理技術(shù)在持續(xù)的層面上）交付、康威定律和重組）。

云計(jì)算改變了傳統(tǒng)的應(yīng)用模式，其自身特點(diǎn)如下。

1.縮放

IT 設(shè)施正在從分散式轉(zhuǎn)向集中式和大規(guī)模。大規(guī)模數(shù)據(jù)中心作為基礎(chǔ)設(shè)施大量建立，為全社會(huì)提供集中服務(wù)。

2.資源池

IT設(shè)施規(guī)模化后，硬件資源需要根據(jù)彈性業(yè)務(wù)的需求進(jìn)行統(tǒng)一管理。業(yè)務(wù)規(guī)模要具備動(dòng)態(tài)、瞬時(shí)的伸縮能力，所以要集中硬件資源，提供彈性服務(wù)。

云計(jì)算有望通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)為用戶(hù)提供按需的IT資源服務(wù)。因此，云服務(wù)提供商必須確保在提供的硬件資源上擁有足夠容量的資源池，以確保在并發(fā)業(yè)務(wù)高峰時(shí)段滿(mǎn)足用戶(hù)的服務(wù)需求。這就是云服務(wù)的資源池化。

作為一種服務(wù)，云數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)似于云計(jì)算，它可以管理和使用的資源也需要資源池化。這樣，用戶(hù)在使用云數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)時(shí)，不需要了解云數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)際架構(gòu)和技術(shù)實(shí)現(xiàn)，用戶(hù)感知到的就是自己使用的獨(dú)立完整的數(shù)據(jù)管理服務(wù)和相應(yīng)的計(jì)算資源。

對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，資源管理作為多租戶(hù)特性體現(xiàn)在云數(shù)據(jù)庫(kù)中服務(wù)器運(yùn)維技術(shù)，根據(jù)租戶(hù)租用的資源提供服務(wù)。將數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部資源池化后，可以為用戶(hù)應(yīng)用提供彈性伸縮服務(wù)。

3.面向服務(wù)

云計(jì)算改變了 IT 行業(yè)過(guò)去可以提供的服務(wù)。

4.多元化

數(shù)據(jù)形式和應(yīng)用場(chǎng)景由簡(jiǎn)單化向多樣化轉(zhuǎn)變。服務(wù)、微服務(wù)等已經(jīng)成型，()作為一種FaaS(-as-a-)也開(kāi)始為世界的多樣性和興奮做出貢獻(xiàn)。

02 云數(shù)據(jù)庫(kù)

為了滿(mǎn)足云應(yīng)用的研發(fā)需求，在云上提供服務(wù)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)也相應(yīng)發(fā)生了一些變化。云原生數(shù)據(jù)庫(kù)是指通過(guò)云平臺(tái)構(gòu)建、部署、交付和自動(dòng)運(yùn)維的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)。

該服務(wù)通常采用DBaaS（-as-a-）的形式，隱藏了數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，以多租戶(hù)和高效資源分發(fā)的形式自動(dòng)管理云資源，為用戶(hù)提供A滿(mǎn)足彈性伸縮、高可用、高可靠、高安全、強(qiáng)一致性要求，隨時(shí)隨地可訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)。

該服務(wù)具有自動(dòng)化運(yùn)維能力（需要很少的人力），可以提供自動(dòng)備份恢復(fù)、自動(dòng)性能調(diào)優(yōu)、大型數(shù)據(jù)庫(kù)集群的自動(dòng)資源調(diào)整等。工作（具有智能數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)）。該能力降低了云數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)托管和維護(hù)的成本，并大規(guī)模提高了資源利用率。

總的來(lái)說(shuō)，云數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)可以概括為解放用戶(hù)和適應(yīng)業(yè)務(wù)。具體可以轉(zhuǎn)化為以下6項(xiàng)，其中前3項(xiàng)屬于解放用戶(hù)類(lèi)，后3項(xiàng)屬于適應(yīng)業(yè)務(wù)類(lèi)。

1.智能運(yùn)維（智能數(shù)據(jù)庫(kù)）

故障可以自愈，包括停機(jī)自動(dòng)遷移、故障隔離、異常流量自動(dòng)調(diào)度、負(fù)載均衡、自動(dòng)限制流降級(jí)等。數(shù)據(jù)庫(kù)可以自動(dòng)調(diào)優(yōu)，自動(dòng)調(diào)整資源使用，有自適應(yīng)算法，以應(yīng)對(duì)應(yīng)用程序的負(fù)載等。這些能力可以概括為自調(diào)優(yōu)、自適應(yīng)、自動(dòng)駕駛（業(yè)界將自動(dòng)駕駛的標(biāo)準(zhǔn)分為6個(gè)級(jí)別，數(shù)據(jù)庫(kù)社區(qū)借用這個(gè)級(jí)別來(lái)定義數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)駕駛的概念）。

2.易于管理

智能運(yùn)維的性能易于管理。云數(shù)據(jù)庫(kù)具備異常自動(dòng)分析診斷能力，可實(shí)現(xiàn)白屏、智能化、規(guī)?；?、少人化運(yùn)維操作。

3.極致體驗(yàn)

用戶(hù)可以以最簡(jiǎn)單的方式完成數(shù)據(jù)庫(kù)的申請(qǐng)、創(chuàng)建、監(jiān)控、報(bào)警、故障定位，給用戶(hù)帶來(lái)極其便捷的體驗(yàn)。

4.彈性伸縮

可根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用負(fù)載自動(dòng)伸縮，具備秒級(jí)擴(kuò)縮容能力，靈活動(dòng)態(tài)分配或釋放資源，結(jié)合靈活計(jì)費(fèi)策略，可大幅降低用戶(hù)使用成本。本文部分內(nèi)容與智能運(yùn)維有重疊，但描述問(wèn)題的角度不同。本文從系統(tǒng)可擴(kuò)展性的角度描述了云數(shù)據(jù)庫(kù)的重要特性。

將業(yè)務(wù)或系統(tǒng)遷移到云端就是購(gòu)買(mǎi)應(yīng)對(duì)未來(lái)的可能性。對(duì)于商家在業(yè)務(wù)發(fā)展過(guò)程中，隨著數(shù)據(jù)的積累，存儲(chǔ)可以隨時(shí)在云端擴(kuò)展，計(jì)算節(jié)點(diǎn)也可以自由擴(kuò)展。這是商家從小到大的最佳資源利用。方法是最便宜的方法。

支持這種業(yè)務(wù)發(fā)展的技術(shù)是彈性伸縮。在彈性伸縮中，需要考慮事務(wù)執(zhí)行的順序。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)來(lái)說(shuō)，這個(gè)順序就是存儲(chǔ)和計(jì)算的分離。

5.按需計(jì)費(fèi)

支持設(shè)置多個(gè)按量計(jì)費(fèi)（如流量、存儲(chǔ)、調(diào)用次數(shù)、調(diào)用時(shí)長(zhǎng)、內(nèi)核數(shù)、內(nèi)存資源使用量等）。這種定價(jià)策略可以讓用戶(hù)根據(jù)業(yè)務(wù)情況靈活匹配最優(yōu)的計(jì)量模式，節(jié)省用戶(hù)成本。

6.安全和資源隔離

云數(shù)據(jù)庫(kù)采用共享池化技術(shù)，提高計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源的利用率，隔離用戶(hù)并發(fā)爭(zhēng)用資源。此外，提供多租戶(hù)方式，實(shí)現(xiàn)安全隔離，避免信息泄露或攻擊。

以上內(nèi)容為云數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)指明了方向。

03 數(shù)據(jù)庫(kù)

它是一種無(wú)服務(wù)器架構(gòu)，它不是一個(gè)特定的編程框架或工具，而是一個(gè)軟件系統(tǒng)架構(gòu)思想和方法的核心思想是讓用戶(hù)不需要關(guān)注支持的底層主機(jī)應(yīng)用服務(wù)的運(yùn)營(yíng)。用戶(hù)可根據(jù)應(yīng)用需要，按需使用底層服務(wù)器（硬件和軟件系統(tǒng)），按使用量付費(fèi)。此類(lèi)應(yīng)用所需的計(jì)算資源由底層云計(jì)算平臺(tái)動(dòng)態(tài)提供。

云原生數(shù)據(jù)庫(kù)作為后臺(tái)服務(wù)，提供了一種數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)/訪(fǎng)問(wèn)方式來(lái)連接用戶(hù)，這個(gè)方式就是方法。但是，它不僅是一種連接數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)方式，也是一種連接其他類(lèi)型服務(wù)的方式。是云數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)能力。云數(shù)據(jù)庫(kù)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理和計(jì)算能力轉(zhuǎn)化為服務(wù)，為用戶(hù)提供服務(wù)。

一個(gè)有能力的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)需要在存儲(chǔ)層面解決無(wú)限的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力；在計(jì)算層面，需要提供彈性計(jì)算能力；在內(nèi)部系統(tǒng)架構(gòu)上，需要提供監(jiān)控和調(diào)度能力。資源分配可以動(dòng)態(tài)進(jìn)行；對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的每個(gè)組件服務(wù)器運(yùn)維技術(shù)，都必須具備被池化的能力，即具備自動(dòng)管理資源的能力；對(duì)于用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)層，必須能夠響應(yīng)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)事件請(qǐng)求，根據(jù)訪(fǎng)問(wèn)量，利用前述的存儲(chǔ)、計(jì)算、管理基礎(chǔ)彈性伸縮，應(yīng)對(duì)應(yīng)用層的峰谷，并按體積收費(fèi)。

如果云數(shù)據(jù)庫(kù)具有無(wú)服務(wù)器架構(gòu)的能力并支持依賴(lài)于數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)的應(yīng)用程序，則可以調(diào)用它。在構(gòu)建能力時(shí)，云數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)具備以下特點(diǎn)。

圖 6-1 展示了 AWS 的功能。

▲圖6-1 數(shù)據(jù)庫(kù)有能力

在應(yīng)用層，可以以函數(shù)或事件的形式進(jìn)行連接。進(jìn)入服務(wù)平臺(tái)。比如AWS API接口會(huì)觸發(fā)AWS函數(shù)或者函數(shù)，這些函數(shù)會(huì)從數(shù)據(jù)庫(kù)表中獲取數(shù)據(jù)流，返回應(yīng)用時(shí)數(shù)據(jù)的格式是固定的。不同的云計(jì)算廠(chǎng)商有不同的設(shè)計(jì)方案，但使用的思路是相似的。

作者簡(jiǎn)介：李海翔（網(wǎng)名：），騰訊金融云數(shù)據(jù)庫(kù)首席研究員，騰訊T14級(jí)專(zhuān)家，騰訊TDSQL分布式數(shù)據(jù)庫(kù)首席架構(gòu)師。中國(guó)人民大學(xué)、北京林業(yè)大學(xué)特聘碩士生導(dǎo)師，CCF數(shù)據(jù)庫(kù)專(zhuān)委會(huì)委員，DTCC（中國(guó)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)大會(huì)）專(zhuān)家委員會(huì)委員，北京市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)獲得者。申請(qǐng)并獲得專(zhuān)利70余項(xiàng)，在VLDB等數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)議上發(fā)表論文數(shù)篇，參與多項(xiàng)國(guó)家863重大項(xiàng)目、核高技術(shù)、工信部、科技部和其他項(xiàng)目。

本文摘自《分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的原理、架構(gòu)與實(shí)踐》，經(jīng)出版社授權(quán)發(fā)表。

《分布式數(shù)據(jù)庫(kù)原理、架構(gòu)與實(shí)踐》

推薦：騰訊T14級(jí)專(zhuān)家，騰訊金融云數(shù)據(jù)庫(kù)首席研究員，騰訊TDSQL首席架構(gòu)師撰寫(xiě)，從原理、架構(gòu)、案例三個(gè)維度深度解析分布式數(shù)據(jù)庫(kù)。