特刊 2022/01/06
為現(xiàn)代化應用而生，數(shù)據(jù)庫的三次“進階”
所有固體都有一定的微觀結(jié)構(gòu)。如果施加外力后，物體能恢復到原來的形態(tài)，這就叫“彈性形變”。在生活中，很多東西都有彈性，比如橡皮筋、彈簧、彈弓等等。它們的共同點在于，可以根據(jù)不同需要進行拉伸或收縮。
在商業(yè)場景中，“彈性”同樣重要。比如，零售商每年都要經(jīng)歷數(shù)次的大促流量峰值，游戲公司定期會有比賽訪問高峰，媒體社交平臺上常有突發(fā)新聞爆點……想要讓用戶體驗始終“絲滑”，支持這些工作負載的數(shù)據(jù)庫就要擁有足夠的“彈性”——在高峰期快速擴容，在流量回落后又自動縮容。因為，讓每個企業(yè)都按峰值容量購買和預置服務，又或是按平均容量預置，都不可避免地會造成資源浪費。
當然，企業(yè)現(xiàn)如今對靈活工作負載的需求，已經(jīng)不僅僅表現(xiàn)在這些每年為數(shù)不多的點狀峰值期，而是全方位的海量數(shù)據(jù)處理和毫秒級應用響應。一方面，隨著“萬物互聯(lián)”時代到來，數(shù)據(jù)量出現(xiàn)爆炸式增長，其形態(tài)呈現(xiàn)多樣化，其分布也更加分散化，這要求數(shù)據(jù)庫技術(shù)與時俱進，以支持對數(shù)據(jù)的實時處理；另一方面，環(huán)境的更迭變幻加快，企業(yè)必須塑造自身的敏捷性、更快地構(gòu)建現(xiàn)代化應用，而這背后，同樣要求專庫專用。
云數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)，賦予了企業(yè)這樣的彈性力和創(chuàng)新力。
“初代”云托管數(shù)據(jù)庫亮相，搞定彈性難題
作為云原生產(chǎn)物，云數(shù)據(jù)庫天然具備云的多可用區(qū)部署、低運維和低成本等先天優(yōu)勢，能夠為企業(yè)節(jié)省開銷并提升穩(wěn)定性。
反觀傳統(tǒng)商業(yè)數(shù)據(jù)庫，不僅價格昂貴，同時，由于大多采用的是集中式架構(gòu)，在擴展性和靈活性方面也先天不足。曾經(jīng)，需要開發(fā)一款應用，在設(shè)計架構(gòu)時，架構(gòu)師有件非常重要的事情要做，那就是“Sizing”（中文翻譯“規(guī)模估算”），就像是裁縫做衣服，必須量體裁衣。當我們需要新建或者擴容時，通常需要增加設(shè)備采購、設(shè)計周密擴容計劃。并且，在面對海量數(shù)據(jù)處理需求時，只能走向分庫、分表，這對應用程序是侵入性的，額外的查詢邏輯和冗余存儲，會造成諸多隱患。
因此，云托管數(shù)據(jù)庫與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫誰能匹配企業(yè)現(xiàn)代化應用對擴展性的需求？用數(shù)據(jù)說話，據(jù)Gartner 預測，到2023年，全球3/4的數(shù)據(jù)庫都會跑在云上——這也在一定程度上印證了這一點。
在這個賽道，亞馬遜云科技稱得上是“初代”云托管數(shù)據(jù)庫服務商。早在2009年，Amazon Relational Database Service (or Amazon RDS)就已問世，當時主要支持MySQL，如今已經(jīng)成為了一項囊括Amazon Aurora、Oracle、SQL Server、PostgreSQL、MariaDB的云服務，一款歷經(jīng)12年捶打的成熟產(chǎn)品。；2014年推出的首款云原生關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Amazon Aurora是亞馬遜歷史上用戶數(shù)量增長速度最快的云服務。
曾經(jīng)，大家會疑惑于Amazon Aurora的定位，畢竟在它誕生的那個年代，傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫市場已經(jīng)被大眾普遍認為是紅海市場。但是Amazon Aurora“另辟蹊徑”，集傳統(tǒng)商業(yè)數(shù)據(jù)庫與云數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點于一身：既有傳統(tǒng)商業(yè)數(shù)據(jù)庫的高性能和高可用，又具有開源數(shù)據(jù)庫的簡單性和成本效益。
舉例來說，當業(yè)內(nèi)的數(shù)據(jù)庫廠商還只關(guān)注數(shù)據(jù)庫的性能指標，強調(diào)在單個可用區(qū)實現(xiàn)幾倍于標準開源的性能時， Aurora已經(jīng)做到了在跨幾十公里的不同可用區(qū)（甚至是3個可用區(qū)）提供強大的業(yè)務連續(xù)性支 持，并且能夠做到標準開源MySQL的5倍。這是因為，亞馬遜科技選擇了對于數(shù)據(jù)可用性不妥協(xié)的6個副本，并將其分布在3AZ的分布存儲架構(gòu)，這樣一來，哪怕是在一個故障可用區(qū)加一個健康可用區(qū)的1份數(shù)據(jù)副本缺失的情況下，也不會影響企業(yè)業(yè)務運行。這對于企業(yè)面對各種不確定性、保持業(yè)務的連續(xù)性極為重要。
此外，由于Aurora的數(shù)據(jù)庫計算資源與存儲層是相互獨立的，所以，數(shù)據(jù)庫的容量設(shè)定不會影響數(shù)據(jù)庫的效能。換句話說，在面對突如其來的高流量并發(fā)時，企業(yè)也可以從容應對，對計算節(jié)點和存儲節(jié)點進行彈性擴容，按需、按量使用和付費。
自2015年亞馬遜云科技躋身于Gartner發(fā)布的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)魔力象限之后，已經(jīng)連續(xù)第7年被評為云數(shù)據(jù)庫領(lǐng)導者。
Gartner 2021全球云數(shù)據(jù)庫魔力象限報告
Serverless數(shù)據(jù)庫進階，實現(xiàn)彈性伸縮
世界的發(fā)展不是線性的，一個創(chuàng)新或者一個事件的出現(xiàn)，往往會顛覆一個行業(yè)。技術(shù)世界也遵循這一規(guī)律。如果說云托管數(shù)據(jù)庫給企業(yè)工作負載帶來了一定程度的“彈性力”提升與運維資源的釋放，那么，Serverless數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)，則把這個“閾值”直接拉滿——能夠?qū)崿F(xiàn)完全地按量使用和按需彈性，從而貼合各種場景的需求。
從架構(gòu)出發(fā)來看其中的變化，雖然云數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了計算和存儲資源的解耦，但是，計算與內(nèi)存依然是強綁定的。這會在很大程度上影響用戶的靈活資源配置，比如，對于電商、社交等互聯(lián)網(wǎng)平臺，其峰值期通常會發(fā)生在集中的短時間內(nèi)，平時只需少量內(nèi)存就能保證99%的緩存命中率，但是，一旦到了高峰期，計算的需求就會遠高于內(nèi)存。所以，成本浪費依舊無法避免。
在這方面，Serverless數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了突破——通過內(nèi)存、計算、存儲三層資源的分離，進一步提升了企業(yè)應用負載的彈性能力。換言之，在“初代”云數(shù)據(jù)庫階段，雖然用戶不需要考慮擴縮容時機，但仍要考慮它的費用、成本等；而Serverless數(shù)據(jù)庫則實現(xiàn)了按更小粒度的使用量付費。
敏銳觀察行業(yè)技術(shù)發(fā)展的亞馬遜云科技，很快就洞察到了這一技術(shù)的潛力。所以，才會在自己的產(chǎn)品設(shè)計中，一早就把Serverless理念融入其中。比如，2012年發(fā)布的Key-Value數(shù)據(jù)庫DynamoDB，可以視作serverless的較早實現(xiàn)。
據(jù)了解，DynamoDB可以構(gòu)建吞吐量和存儲空間幾乎無限的應用程序，并且，無論是在什么規(guī)模環(huán)境中，都可以提供一致的且毫秒級的響應，非常適用于任意規(guī)模、低延遲數(shù)據(jù)訪問的應用場景——比如游戲、廣告等等。在亞馬遜內(nèi)部，目前全球的多個高流量網(wǎng)站和系統(tǒng)都已經(jīng)采用了DynamoDB，舉例來說，在此前的Prime Day期間，更是進行了數(shù)萬億次的API調(diào)用，達到每秒8,920萬次請求的峰值。
在亞馬遜云科技看來，一切皆可Serverless。 Amazon DynamoDB，Amazon Aurora （云關(guān)系型數(shù)據(jù)庫）、Amazon Timestream（時間序列數(shù)據(jù)庫服務）、Amazon Keyspaces（兼容 Apache Cassandra 的托管數(shù)據(jù)庫服務）和Amazon Quantum Ledger Database (Amazon QLDB)（全托管的分類賬數(shù)據(jù)庫），無一例外，全部是具有Serverless特性的數(shù)據(jù)庫服務。
在Serverless架構(gòu)下，不僅讓數(shù)據(jù)庫擺脫的單點的擴展瓶頸，而且還完全釋放了運維的壓力。用戶只需要創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫端點，就可以選擇想要使用的數(shù)據(jù)庫引擎以及容量，操作極為簡便。比如，用戶只要設(shè)定Aurora Serverless最大與最小容量，或者特定的條件（比如一定的CPU使用量閾值），應用就會連接到代理（Proxy Fleet）中，從而實現(xiàn)工作負載資源的自動擴展。
據(jù)了解，更新到第二版本的Aurora Serverless已經(jīng)可以在幾分之一秒內(nèi)，將數(shù)據(jù)庫工作負載從數(shù)百個事務擴展到數(shù)十萬個事務，如果和按照峰值負載配置容量的成本相比，最多可以幫助企業(yè)節(jié)省下90%的數(shù)據(jù)庫成本。放在過去，這是非常不可思議的成本節(jié)約。
AI賦能數(shù)據(jù)庫，解放人力，創(chuàng)造新應用
Serverless被視為繼虛擬化、容器技術(shù)之后，云計算的第三代通用計算平臺。通過封裝幾乎所有底層資源，賦予了企業(yè)所需的彈性力。與此同時，它還封裝了大量的系統(tǒng)運維工作，進一步解放了開發(fā)人員的工作。通過在接入層、計算層和數(shù)據(jù)存儲層等方面的Serverless化，企業(yè)的開發(fā)人員可以減少對底層基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)注，專注于業(yè)務實現(xiàn)。
而在這基礎(chǔ)上，如果加上AI的加持，人力將會被最大釋放。
就像是自動駕駛汽車，當Level 5級來臨之時，司機就可以被完全解放出來，在路上看書、看視頻、開會、睡覺甚至是K歌。通過引入AI、機器學習等技術(shù)，數(shù)據(jù)庫同樣可以做到自動化運維——無論是打補丁、備份還是調(diào)優(yōu)、修復、擴展，這些以前需要專門的DBA（數(shù)據(jù)庫管理員）去完成的工作，就可以減少人工干預。比如，在今年re:Invent全球大會上發(fā)布的DevOps Guru for RDS，就是一個范例。它允許用戶輕松地借助AI去檢測、診斷和解決云托管數(shù)據(jù)庫中的性能和操作問題。
如我們所知，數(shù)據(jù)庫一直都是IT運維管理的重點，而且，因為工作繁瑣、技術(shù)含量高，DBA人才非常緊缺。所以，AI的加入起碼會帶來兩大好處：第一，簡化數(shù)據(jù)庫運維的復雜度，降低數(shù)據(jù)使用門檻，從而彌合人才短缺的困境；第二，從繁瑣運維工作中解放出來的人工，還可以投入到更具創(chuàng)造力的工作中。
比如，亞馬遜云科技提出的智能湖倉架構(gòu)，不僅允許數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫以及各種分析工具之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫流動，同時，基于機器學習能力，還能賦能于DBA、數(shù)據(jù)庫工程師等人員。值得一提的是，在這個過程中，用戶甚至不需具備機器學習的專業(yè)知識，只要使用熟悉的數(shù)據(jù)庫查詢語言（如SQL），就可以進行機器學習操作。
以點帶面，亞馬遜云科技的數(shù)據(jù)庫服務與人工智能和機器學習實際上是深度集成的，體現(xiàn)在具體的產(chǎn)品上，包括了Amazon Aurora ML、Amazon Neptune ML等諸多功能服務。其中，Amazon Neptune ML借助由深度圖數(shù)據(jù)庫（DGL）和Amazon SageMaker 驅(qū)動的圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNN），能在幾小時內(nèi)對圖數(shù)據(jù)庫進行基于機器學習的預測，用于知識圖、欺詐檢測或產(chǎn)品推薦應用中，通過所需的數(shù)十億個節(jié)點/關(guān)系所蘊含的數(shù)據(jù)進行推斷。
據(jù)了解，今年8月，亞馬遜云科技已經(jīng)通過與光環(huán)新網(wǎng)和西云數(shù)據(jù)的合作，在中國推出了Amazon Neptune ML。
數(shù)據(jù)庫的“進階”故事，未完待續(xù)
縱覽全局，亞馬遜云科技的數(shù)據(jù)庫服務遵循的是五大理念，前面介紹的主要是三個方面：其一，專庫專用，提供十數(shù)種專門構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫服務，其中就包括了非常核心的、專為云平臺打造的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Amazon Aurora；其二，開創(chuàng)Serverless路線，進一步簡化用戶創(chuàng)建、維護和擴展數(shù)據(jù)庫的過程，實現(xiàn)高度擴展性及自動伸縮容量；其三，AI賦能數(shù)據(jù)庫，降低數(shù)據(jù)庫運維成本，并讓數(shù)據(jù)庫也能直接參與機器學習。
除此之外，還有兩點不得不提：一是作為全球最大的云服務商，亞馬遜云科技的全球部署能力，基于遍及25個地理區(qū)域的81個可用區(qū)（AZ）全球基礎(chǔ)設(shè)施，亞馬遜云科技提供了多個可支持全球分布式應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫功能，可以幫助企業(yè)將業(yè)務部署到全球；
二是平滑遷移的能力，通過多種創(chuàng)新的遷移服務，可以幫助企業(yè)實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫“無感”遷移。其中，在今年re:Invent上最新發(fā)布的Babelfish for Amazon Aurora PostgreSQL，可以幫助企業(yè)遷移SQL Server應用，而Amazon Database Migration Service Fleet Advisor則允許用戶通過自動發(fā)現(xiàn)和分析遷移隊列來快速構(gòu)建數(shù)據(jù)庫和分析自己的遷移計劃。
可以說，一直以來亞馬遜云科技都是云數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的“風向標”，無論是最早的Amazon Redshift還是后來的Amazon Aurora，又或是現(xiàn)在的Serverless系列服務——云數(shù)據(jù)庫的“時尚”風向，亞馬遜云科技完全“拿捏”。
而未來，隨著企業(yè)的轉(zhuǎn)型“姿態(tài)”越來越快、越來越敏捷，可以肯定的是，現(xiàn)代化應用的構(gòu)建和運行會常態(tài)化，而作為核心支撐的數(shù)據(jù)庫技術(shù)的更新迭代，依舊任重而道遠。所以，我們相信，亞馬遜科技數(shù)據(jù)庫服務的“進階”故事，也仍是“未完待續(xù)”。
本文章選自《數(shù)字化轉(zhuǎn)型方略》雜志，閱讀更多雜志內(nèi)容，請掃描下方二維碼
