TiDB数据库01Tidb体系架构01

1.我们到底需要一个什么样的数据库

1.1 需要的数据库特性

扩展性
强一致性、高可用性
支持SQL,ACID事务。
云原生
HTAP
兼容主流生态和协议

1.1.1 扩展性

Scale out也就是我们经常听到的弹性横向扩展。一是从弹性的角度看，颗粒度越小越好，常见的颗粒度有Cluster、Database、Schema、表、分表或者分区。二是数据库写入是昂贵资源，我们一定要面向写入能力的线性扩展机制。

1.1.2 强一致性、高可用性

CAP的强一致指的是理论的一致性，也就是副本一致性，也就是每一份新增数据都会在多个物理节点保存，节点数量和网络延迟是正向关系，理论上保存的节点越多，写入延迟就越高，所以在分布式系统里，普遍采用了多数派强一致。

这个强一致属性对于我们比较核心的业务，比如金融类场景，能做到更好的数据容灾。

强一致与高可用这两个概念，等价过来，就是实现RPO=0，RTO足够小，

数据库事务的特性(ACID)：

1.2.数据技术栈常见的基础因素

1.3.计算与存储分离

1.4 Tidb高度分层架构

TiDB是一个计算与存储分离的架构，它的存储引擎叫TiKV。

TiDB在2015立项，弹性是整个架构设计的核心考量点，所以选择了更为未来的计算与存储分离的架构，从逻辑上看，主要分为三层：

1.4.1. 支持标准SQL的计算引擎TiDB-Server

这里面有一个概念，大家可能会混淆。TiDB是整个数据库的名称，同时有一个兼容MySQL的计算引擎 TiDB-Server（https://github.com/pingcap/tidb），
兼容以MySQL 5.7为主，在逐步兼容MySQL 8.
TiDB Server 支持 MySQL 的协议，语法，方言语法，DDL/DML，系统变量，内置功能，SQL Mode 以及类型推导等等。

1.4.2. 分布式存储引擎 TiKV

TiDB Server 本身并不存储数据，只是进行计算，实际的数据存储在存储层，也就是 TiKV（https://github.com/pingcap/tikv），目前这个项目已经捐献给 CNCF，属于 CNCF 的毕业项目。

1.4.3. 负责元信息管理与调度的，调度引擎 Placement Driver

Placement Driver (pd-server，简称 PD，https://github.com/pingcap/pd)，PD 主要有几个功能：

PD是整个集群的大脑，为了保持全局高可用，PD也至少三个节点，通过Raft进行三副本复制。

1.4.4 架构图

1.5 小结

2.如何构建一个分布式存储系统

2.1 需要什么样的存储引擎

2.2 数据库核心：数据结构

2.3 选择数据副本

2.4 如何扩展

扩展是基于分片实现的。分片分为预先分片(静态)和自动分片(动态)。

常见的分片算法有哈希hash、范围range、列表list

注意：一个Region默认是96MB

2.5 TiKV整体架构

2.6 多版本控制MVCC

2.7 分布式事务模型

2.8 小结

3 如何构建一个分布式 SQL 引擎

tidb-server的功能：

3.1 sql引擎过程

3.2 关键算子分布式化

3.3 如何构建一个online的DDL算法

3.4 如何连接到Tidb-server

3.5 小结

4 基于分布式架构的 HTAP 数据库

2005年，Gartner提出了HTAP（Hybrid transactional/analytical processing，在线事务处理/在线分析处理数据库）这一概念，并在2014 年，Gartner 对 HTAP 数据库给出了明确的定义，HTAP 数据库需要同时支持 OLTP 和OLAP 场景。