云数据库 UDB 的三重境界「上」

1.前言

公有云服务本质上是用户和传统 IT 基础设施的连接器， 通过将传统 IT 繁重的流程、低效的工作方式、不透明的价格以及糟糕的用户体验打碎， 重构出诸如云主机、云对象存储 /CDN、云数据库等产品， 让用户方便地获取计算和存储能力，同时保持使用习惯不变。

经过近十年的发展， 一个越来越明显的趋势是， 公有云服务，正逐渐从基于传统 IT 基础设施的包装和组合式创新， 演进为围绕公有云场景的， 计算和存储能力的重新进化和升级。 诸如容器云和 Serverless 架构、AWS Aurora 云数据库，UCloud 安全屋等， 便是这一趋势的典型代表。

由此，我们可以对公有云的发展进程，做一个两阶段的概括。云计算 1.0 的关键词是连接， 通过互联网和公有云，来连接用户和计算存储能力；而云计算 2.0 的关键词是进化，围绕公有云场景，重新看待全社会使用计算和存储资源的问题，对现有 IT 基础设施、模式做进一步的升级和进化。

站在云计算 1.0 向 2.0 进化和升级的档口，UCloud 云数据库团队， 将用一系列文章，来梳理过去、剖析当下、想象未来， 以期全面展现 UCloud 云数据库服务（ UCloud DataBase Service，简称 UDB ）的能力，分享我们过去的经验，以及对未来的思考。

2.基因

考察一个云计算服务的发展，犹如观察一颗种子落地后的生长。传统 IT 设施向云端变迁的趋势，是云服务生长所需的阳光和雨露，但一颗种子能否长成参天大树， 除了足够的阳光雨露， 还要考察这颗种子的基因和成色。

在 UCloud 的公司四大价值观里，客户为先，是放在首位的价值观。 这体现了 UCloud 人一以贯之的理念： 只有为客户创造出真正的价值，企业才能够生存和发展。创造真正用户价值，是 UCloud 所有产品的基因，也是 UDB 产品和云数据库团队的基因。

对于 UDB 产品而言， 创造真正用户价值，体现在两个方面：

1.需求驱动的产品研发和运营。
需求驱动产品设计，技术评估实现可行性，必要时非标快速定制，定制逐渐沉淀为标准产品，整个过程循序渐进。小步快走，是互联网研发和运营的要领，也是公有云服务的要领。

以 UDB 跨地域跨可用区容灾为例， 从单机版 UDB 开始，不断有用户因跨可用区容灾场景提出建跨机房从库的需求，中大型互联网客户尤为强烈。起初，以一种非标形式来提供能力的支持。后期，因 VPC 2.0 上线，技术也愈加成熟，现已将这种非标能力转化为标准能力，即多可用区高可用 UDB 产品，同时也将 UDB 由可用区级提升为地域级，产品形态得到一次质的提升，传统模式下需要付出极高成本才能构建的异地容灾方案，通过 UDB 产品可以轻松获得， 用户价值进一步被创造。

2.一切以客户价值为归依，舍小我成就大我。
云计算产品是 IT 基础设施类产品，技术人员在云服务的研发中起主导作用。但技术并不直接等同于用户价值。即使再先进的技术，离真正的用户价值，还是会有一段距离。这段距离，则需要用做产品的匠心来来弥补。

所谓的产品匠心，非常重要的两点，是对需求的洞察和对技术的取舍。技术人员常见的一个毛病是先入为主，将自己觉得酷的牛的技术点，等同于用户价值。但事实往往证明不一定。真正的用户价值创造，要打破技术人员思维的藩篱，洞察到用户需求的本质，从需求角度出发做技术选型，必要时敢于放下自己的喜好甚至利益，成就真正的用户价值。

UDB 产品，在硬件架构上， 选择了物理机+Docker 的方案， 而不是业界普遍的云主机方案，则是这方面的经典案例。

云数据库是云主机之后出现的产品。如果基于云主机来构建云数据库产品，能够充分复用云主机成熟的能力，云数据库团队只需要关心硬件层面之上的问题。另外，选择云主机来构建，能够降低研发成本，快速推出云数据库产品。

但细究下来， 云主机的方案存在不少问题。最大的问题是 IO 性能。 云主机基于虚拟化技术，拥有完整的 OS 内核，这就导致 IO 协议栈太长，IO 有额外开销；而 Docker 利用 Linux 的机制做隔离，本身处于用户态，Docker 内进程的 IO 操作，由物理机 OS 内核统一管理，性能接近于原生物理机，远胜于云主机方案。在 IO 的稳定性上，云主机的 IO 管理涉及三个层次（ Guest OS、Hypervisor、宿主机 OS ），而 Docker 的 IO 由物理机内核直接管理， 因此在 IO 稳定性上的表现，云主机亦不如物理机+Docker 的架构。

因此， 为了更好的 IO 性能和稳定性，UDB 从一开始就选择了物理机+Docker （前期是 CGroup，14 年全面转向 Docker ）的架构。事实证明，这是一个明智的选择。 横向对比各大公有云厂商的云数据库产品，在性能上 UDB 每次都是完胜。

3.三重境界

王国维在《人间词话》二六节写到：古今之成大事业、大学问者，必经过三种之境界。“昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路”，此第一境也。“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴”，此第二境也。“众里寻他千百度，回头蓦见，那人正在灯火阑珊处”，此第三境也。此等语皆非大词人不能道。然遽以此意解释诸词，恐晏、欧诸公所不许也。

如同任何伟大的事业，UDB 的成长之路，也经历三个阶段，细分为三重境界。这三个阶段互相独立，又存在一个内在的逻辑，将它们牢靠地连接在一起。 这个内在逻辑，就是 UDB 的基因：创造真正用户价值。UDB 在每一个阶段的萌芽，发展，跃迁，无一不是这个基因和理念，在发挥作用。

1.做透一个点：取代自建数据库
UDB 产品第一阶段要比拼的，是能否比用户自建数据库（基于云主机或者自建 IDC ），具备更大的用户价值。只有创造出更大价值，形成更高的价值势能，才能吸引用户将业务迁移到云数据库。所以，UDB 的第一个目标，就是把：取代自建数据库 这一个点给做透。

2.构建功能网：全方位覆盖用户需求
做透 取代自建数据库 这个点，本质上是公有来运营 DBMS 软件，创造出快速交付、运维托管等全新价值点。但仅仅有这一点，还不够。事实上，过去几十年来，围绕 DBMS，出现了从容灾、迁移、安全到读写分离、数据拆分等解决方案和软件，对应用户业务的各种需求。这些解决方案和软件同样需要云化，并且需要利用公有云的优势，产生比自建更大的价值。如此，才能不断强化云数据库的价值势能，服务好已有用户，并吸引更多用户向公有云转化。

因此，UDB 产品第二阶段要做的， 是构建一张云数据库功能网。在第一阶段的基础上，继续将用户需要的各个功能点做透，众多功能点，以及功能点的组合，最终构成一张大网， 全方位地覆盖用户的各种需求。

3.三位一体融合平台：云计算 2.0 下的内生进化
不管是第一阶段的做透一个点，还是第二阶段的构建功能网，对新价值的创造，都是基于成熟的软件或解决方案，利用公有云来实现功能的随手可得、快速部署和弹性扩展。这种模式清晰明确，但并不意味着云数据库价值创造的终点。

云计算 2.0 时代，公有云开始摆脱传统 IT 基础设施和软件的藩篱，在产品和技术上，围绕自身业务场景开启独立进化。其中，如何解决全社会大规模用云时的成本、效率和智能问题，是这场进化的核心。而 UCloud 云数据库团队，也需要进一步去思考，是否能提供更加廉价优质、高效智能的云数据库产品。

带着问题和思考，UCloud 云数据库团队内部做了多次探讨。最终达成这样一个认知：云计算 2.0 下的云数据库服务，必然会是对内架构同一化，对外需求支持多样化，以及数据库运维智能化这样三位一体的组合。

在接下来的内容中，将就做透一个点、构建功能网、架构统一的多样化数据处理体系展开详细介绍，用具体的例子，来勾勒 UDB 发展的三个层次，三层境界。

4. 做透一个点：取代自建数据库

取代自建数据库，说起来好像很简单。但是如果列出取代自建数据库需要考虑的五个价值点：

a、可靠性 b、稳定性 c、高性能 d、零维护 e、性价比

并逐个剖析， 你会发现， 要将这些点做好，并非易事。UDB 产品，经过几年的努力，完美地实现了 做透一个点：取代自建数据库 这一目标。

a、可靠性

云数据库的可靠性强调数据安全性，包括两方面，一是 DB 数据，二是备份数据。DB 数据落盘的持久性通常要求 99.9999 ％及以上，表明数据保持存储状态不丢失的概率。此类数据主要是指用户存储在数据库中的数据，不包括缓存和临时存储。DB 数据本地盘采用 RAID10 或者 RAID50 做好冗余，若是高可用机型，则再有实例级冗余。备份数据要求异地存储，多副本存储。

b、稳定性

这里强调的是单机稳定性。我们可以看下如何自建一套数据库，在数据中心的电力、物理网络、机架、物理服务器等基础设施之上，部署操作系统和补丁，安装数据库软件和补丁，运行数据库软件，启用数据库服务。如果是采用虚拟化部署，则额外涉及计算、网络、存储虚拟化。这是一套庞大的系统，各个环节都存在不可预知的故障风险。UDB 经过多年的运营，积累了诸多经验，在多方面多层次，保障其足够稳定。

c、高性能

如何通过软硬件结合， 使单机数据库的性能发挥到极致？ 高性能 UDB 机型底层采用 PCI-E/NVMe SSD 存储硬件，定制化宿主机 Linux 内核专门适配最新型硬件。采用自研 IO 调度算法，可良好保障实例级的 IO 隔离。数据库层面通过参数调优、内核定制优化，使数据库发挥出最优性能。通常情况下，数据库的性能瓶颈会出现在磁盘 IO。采用虚拟机自建存在诸多弊端，例如 IO 路径过长、IO 稳定性较差、IO 竞争等。UDB 采用高性能物理机+Docker 架构+自研 IO 调度算法，打造出强劲的 IO 性能，持续保障稳定性和隔离性。

上图，是去年某技术博客关于三大云数据库（ UCloud、阿里云、腾讯云）的评测数据（原文地址：https://www.felix021.com/blog/read.php?2163）。同样配置下，UCloud 云数据库的性能（ Sysbench 测试），远超竞品数倍。这个评测在当时也引发了一场，业界关于云数据库性能的大讨论和优化。

d、零维护

通常情况下，数据库是后台服务框架里最为核心的组件，重要性不言而喻，日常运维工作慎之又慎。在第一个阶段，UDB 提供的是数据库的全托管运维能力，包括一键部署、保活、容灾、备份、恢复、迁移、配置、漏洞修复、升级、监控与告警、巡检等等一系列的后台运维类操作，解放了客户的 DBA 人力 /精力。本身在 UDB 产品上集成了上述多数的控制台操作，使客户对数据库基本可控。

e、性价比

客户对云数据库买不买账，性价比成为非常重要的因素。可靠、稳定、高性能、高可用、零维护等基础能力作为 UDB 的价值基础，在 UDB 产品上更是提供丰富的配置组合，自定义存储（普通盘 or SSD 盘）、内存大小、VPC 网络、可用区等，灵活多配，按需付费，一键交付。按业务增长，弹性扩容。客户完全省去自建数据库的一切环节，规划 IDC，规划资源，采购，上架，交付部署，以及后期一切运维工作。对于一些商业数据库（如 SQL Server ）尤其划算，省去自购官方 license 费用。

全景图

最后， 给出第一阶段，UDB 的系统架构和产品全景图：

从下往上， 可以看到一个云数据库产品的生长历程：

1.UCloud 全球数据中心，是 UDB 开展所有工作的基础。截止 2017 年 7 月份，UCloud 目前已有 21 个数据中心，其中 9 个海外数据中心，遍布三大洲 10 个国家和地区，均部署有 UDB 产品。

2.UDB 数据中心自动化管理系统、以及 DBA 和数据库运维系统， 是支撑 UDB 产品现网运营的两大基础系统。UDB 全球任何一个数据中心的数据库资源和现网运行问题，最终都落实到这两个系统和负责团队之上。而 UCloud 公司级支撑平台，则包括但不限于：运营平台、运维平台、监控和告警平台、质量管理平台、发布和配置系统、变更系统、资产管理系统等，这些系统为 UDB 团队的日常运营，提供强有力支撑。同时，UDB 充分借助了兄弟部门的云服务，来简化 UDB 管理流程，优化管理质量，这些系统包括：对象存储 UFile、分布式文件系统 UFS、监控系统 UMonitor 等。

3.基于物理机的 Docker 虚拟化， 是 UDB 产品的硬件基础。物理机+Docker 的硬件架构，其优点已在上面充分说明，在此不做赘述。

4.多品类的数据库产品。基于物理机的 Docker，结合 UCloud SDN 基础网络，各种数据库软件得以部署。目前 UDB 产品已经支持 MySQL、Percona、MariaDB、PG、MongDB、SQL Server 六大主流数据库。更多的数据库产品，还在不断扩充中。

小结

UDB 团队将推出一系列文章来介绍 UDB 产品的现有能力，并分享做产品的经验和对未来的思考。 本文作为这个系列的第一篇，以全景概览的方式，为大家介绍了 UDB 产品的基因，三个发展阶段；并就第一个阶段（取代自建数据库）进行了详细论述。

在下一篇文章，我们将展开对 UDB 产品发展第二，三阶段的讨论。后续将进一步深入， 推出涵盖 UDB 高可用和容灾、读写分离、分布式数据库等具体功能点的技术、产品文章，敬请期待。