走近openGauss数据库
引言
数据库技术是20世纪60年代开始兴起的一门信息管理自动化的新兴学科，是计算机科 学中的一个重要分支。随着计算机应用的不断发展，在计算机应用领域中，数据处理越 来越占主导地位，数据库技术的应用也越来越广泛。数据库是数据管理的产物。数据管理是数据库的核心任务，内容包括对数据的分类、组织、编码、储存、检索和维护。本文将带领大家一起走近openGauss数据库。
1.了解openGauss
openGauss是一款携手伙伴共同打造的、全面友好开放的、全球领先的企业级开源关系型数据库，它具有面向多核的极致性能、全链路的业务和数据安全以及AI调优和高效运维的能力。其采用的是木兰宽松许可证v2发行。openGauss深度融合华为在数据库领域多年的研发经验，结合企业级场景需求，持续构建竞争力特性。
（注：“木兰宽松许可证”第2版（MulanPSL v2）经过严格审批，正式通过开源促进会（OSI）认证，被批准为国际类别开源许可证（International licenses）。该许可证通过认证，意味着其正式具有国际通用性，可被任一国际开源基金会或开源社区支持采用，并为任一开源项目提供服务。 简言之，这是相对于木兰严格协议的，宽松许可就是可以用源码再进行二次开发封装并进行商业化。）
openGauss也是一个开源的数据库产品，鼓励社区贡献、合作。openGauss采用客户端/服务器，单进程多线程架构，支持 单机和一主多备部署方式，备机可读，支持双机高可用和读扩展。
内部自用孵化 —> 联创产品化 —> openGauss开源 –> 共建生态
2.产品特点
openGauss相比于其他开源数据库主要有以下几个主要特点：
● 高性能
– 提供了面向多核架构的并发控制技术结合鲲鹏硬件优化，在两路鲲鹏下TPCC Benchmark达成性能150万tpmc。
– 针对当前硬件多核numa的架构趋势， 在内核关键结构上采用了NumaAware的数据结构。
– 提供Sql-bypass智能快速引擎技术。
● 高可用
– 支持主备同步，异步以及级联备机多种部署模式。
– 数据页CRC校验，损坏数据页通过备机自动修复。
– 备机并行恢复，10秒内可升主提供服务。
● 高安全
支持全密态计算，访问控制、加密认证、数据库审计、动态数据脱敏等安全特 性，提供全方位端到端的数据安全保护。
● 易运维
– 基于AI的智能参数调优和索引推荐，提供AI自动参数推荐。
– 慢SQL诊断，多维性能自监控视图，实施掌控系统的性能表现。
– 提供在线自学习的SQL时间预测。
● 全开放
– 采用木兰宽松许可证协议，允许对代码自由修改，使用，引用。
– 数据库内核能力全开放。
– 提供丰富的伙伴认证，培训体系和高校课程。
– openGauss相比其他开源数据库主要有多存储模式，NUMA化内核结构和高可用等产品特点。
3.软件架构
openGauss主要包含了openGauss服务器，客户端驱动，OM等模块，penGauss软件的架构如下所示。在openGauss的文档中，将openGauss服务器称为实例。
| 名称 |
描述 |
说明 |
| OM |
运维管理模块（Operation Manager）。提供openGauss日常运维、配置管理的管理接口、工具。 |
不同于服务器和客户端驱动模块，OM为用户提供了相关工具对openGauss实例进行管理。 |
| 客户端驱动 |
客户端驱动（Client Driver）。负责接收来自应用的访问请求，并向应用返回执行结果；负责与 openGauss实例的通信，下发SQL在openGauss实 例上执行，并接收命令执 行结果。 |
负责接收来自应用的访问请求，并向应用返 回执行结果。客户端驱动负责建立到 openGauss实例的链接，把应用的SQL命令 传输给openGauss实例，接收openGauss实 例命令执行结果。客户端驱动和应用运行在同一个进程内，部 署在同一个物理节点。 |
| openGauss 主（备） |
openGauss主（备）。负 责存储业务数据（支持行 存、列存、内存表存 储）、执行数据查询任务 以及向客户端驱动返回执 行结果。 |
负责存储业务数据、执行数据查询任务以及 向客户端驱动返回执行结果。openGauss实例包含主、备两种类型。支持 一主多备。建议将主、备openGauss分散部 署在不同的物理节点中。 |
| Storage |
服务器的本地存储资源， 持久化存储数据。 |
- |
4.典型组网
为了保证整个应用数据的安全性，建议将openGauss的典型组网划分为两个独立网络：前端业务网络和数据管理存储网络。
| 类型 |
描述 |
| 数据库管理存储网 |
DBA通过此网络调用OM脚本管理和维护openGauss实例。同时，用于openGauss主备通信组网。数据库管理存储网络也是应用执行系统监控的网络。 |
| 前端业务网 |
外部客户端通过此网络访问openGauss数据库。 |
该典型组网有如下优点：
● 业务网络与数据库管理存储网络的隔离，有效保护了后端存储数据的安全。
● 业务网络和数据库管理存储网络的隔离，可以防止攻击者通过互联网试图对数据 库服务器进行管理操作，增加了系统安全性。
网络独占性及1:1的带宽收敛比是openGauss数据库网络性能的基本要求。因此，在生产系统中，对后端存储网络需满足独占性及至少1:1收敛比的要求。例如，下图其本质是Fattree组网方式。为实现收敛比1：1，交换网络层级每提高一层，带宽增加一倍。图中每根加粗连接线代表80GE带宽，即8台物理机带宽上限之和。接入层每单台交换机下行带宽160GE，上行带宽160GE，收敛比1:1；汇聚层每单台交换机接入带宽320GE。对于测试系统，上述要求可以适当降低。
5.应用场景
- 交易型应用
大并发、大数据量、以联机事务处理为主的交易型应用。例如电商、金融、O2O、电信CRM/计费等，应用可按需选择不同的主备部署模式。
- 物联网数据
在工业监控和远程控制、智慧城市的延展、智能家居、车联网等物联网场景下，传感监控设备多，采样率高，数据存储为追加模型，操作和分析并重的场景。
6.运行环境
支持的硬件平台
openGauss支持运行在ARM服务器和通用的x86服务器上：
- 支持ARM服务器和基于x86_64的通用PC服务器。
- 支持本地存储（SATA、SAS、SSD）。
- 支持千兆、万兆Ethernet网络。
支持的操作系统
ARM：
openEuler 20.03LTS（推荐采用此操作系统）
麒麟V10
X86：
openEuler 20.03LTS
CentOS 7.6
7.部署方案
单机部署
单机部署形态是一种非常特殊的部署形态，这种形态对于可靠性、可用性均无任何保证。由于只有一个数据副本，一旦发生数据损坏、丢失，只能通过物理备份恢复数据。这种部署形态，一般用于数据库体验用户，以及测试环境做语法功能调测等场景。不建议用于商业现网运行。
主备部署
主备模式相当于两个数据副本，主机和备机各一个数据副本，备机接受日志、执行日志回放。
一主多备
多副本的部署形态，提供了抵御实例级故障的能力，适用于不要求机房级别容灾，但是需要抵御个别硬件故障的应用场景。
一般多副本部署时使用1主2备模式，总共3个副本，3个副本的可靠性为99.99%，可以满足大多数应用的可靠性要求。
- 主备间Quorum复制，至少同步到一台备机，保证最大性能。
- 主备任意一个节点故障，不影响业务的进行。
- 数据有三份，任何一个节点故障，系统仍然有双份数据确保继续运行。任何一个备份都可以升主。
- 主备实例之间不可部署在同一台物理机上。
8.openGauss基本功能
openGauss 支持标准SQL
- SQL是用于访问和处理数据库的标准计算机语言。SQL标准的定义分成核心特性以及可选特性，绝大部分的数据库都没有100%支撑SQL标准。
- openGauss支持SQL2003标准语法，支持主备部署的高性能高可用关系型数据库。openGauss数据库支持SQL:2011大部分的核心特性，同时还支持部分的可选特性，为使用者提供统一的SQL界面。
- 标准SQL的引入为所有的数据库厂商提供统一的SQL界面，减少使用者的学习成本和应用程序的迁移代价。
openGauss 支持标准开发接口 - 基于ODBC 开发
ODBC（Open Database Connectivity，开放数据库互连）是由Microsoft公司基于X/OPEN CLI提出的用于访问数据库的应用程序编程接口。应用程序通过ODBC提供的API与数据库进行交互，增强了应用程序的可移植性、扩展性和可维护性。
openGauss 支持标准开发接口 – 基于JDBC 开发
JDBC（Java Database Connectivity，Java数据库连接）是一种用于执行SQL语句的Java API，可以为多种关系数据库提供统一访问接口，应用程序可基于它操作数据。openGauss库提供了对JDBC 4.0特性的支持，需要使用JDK1.8版本编译程序代码，不支持JDBC桥接ODBC方式。
openGauss 数据库事务的ACID 特性
- 原子性（Atomicity）：事务所包含的操作要么全部完成，要么什么也没做。
- 一致性（Consistency）：在一致性数据库上执行事务后，数据库仍需保持为一致性的状态。
- 隔离性（Isolation）：没有结束的事务在提交之前不允许将其结果暴露给其它事务。
- 持久性（Durability）：当一个事务的结果提交后，系统保证该结果不会因以后的故障而丢失。
openGauss 支持函数及存储过程
函数和存储过程是数据库中的一种重要对象，主要功能将用户特定功能的SQL语句集进行封装，并方便调用。openGauss支持SQL标准中的函数及存储过程，其中存储过程兼容了部分主流数据库存储过程的语法，增强了存储过程的易用性。
- 允许客户模块化程序设计，对SQL语句集进行封装，调用方便。
- 存储过程会进行编译缓存，可以提升用户执行SQL语句集的速度。
- 系统管理员通过执行某一存储过程的权限进行限制，能够实现对相应的数据的访问权限的限制，避免了非授权用户对数据的访问，保证了数据的安全。
openGauss 兼容PG 接口
⚫ 在基本的PostgreSQL发布中仅包含两个客户端接口：
libpq被包含是因为它是C语言接口， 许多其它客户端接口都依赖于它。
ECPG被包含的原因是它依赖于服务器端SQL语法， 因此对PostgreSQL自身的变化非常敏感。
⚫ openGauss 兼容PSQL客户端，兼容PostgreSQL标准接口，能够与PG生态工具无缝对接。
openGauss 支持SQL Hint
⚫ Plan Hint为用户提供了直接影响执行计划生成的手段，用户可以通过指定join顺序，join、stream、scan方法，指定结果行数，指定重分布过程中的倾斜信息等多个手段来进行执行计划的调优，以提升查询的性能。
⚫ openGauss支持SQL hint影响执行计划生成，用以提升SQL查询性能。
9.发展历程
2019年9月19日在华为全联接大会上，华为宣布将开源其数据库产品，开源后命名为openGauss。
2020年6月30日openGauss数据库源代码正式开放。
openGauss与云和恩墨、人大金仓、神舟通用等企业达成合作伙伴关系。当前已有50+企业加入社区组织，共同建设开源社区。
openGauss版本规划按照6个月一个小版本，1年一个大版本的节奏，版本生命周期暂定3年。
10.版本发布
2020年6月30日openGauss发布第一个版本，版本号为1.0.0。
2020年9月30日openGauss发布Update版本，版本号为1.0.1。
2020年12月30日openGauss发布Update版本，版本号为1.1.0。
2021年3月30日openGauss发布第一个Release版本，版本号为2.0.0。
2021年5月30日openGauss发布openGauss2.0.0的补丁版本，版本号为2.0.1。
2021年9月30日openGauss发布Preview版本，版本号为2.1.0。
2022年4月1日openGauss发布第二个Release版本，版本号为3.0.0。
11.openGauss与GaussDB（补充）
好多初次接触的同学经可能会有个疑问：即openGauss和GaussDB有啥关系？下面简单介绍一下：
首先两者没有直接关系，openGauss是开源出来的关系型、企业级的数据库，如上文所述。 而GaussDB指的是一个产品系列，在整体架构设计上，底层是分布式存储，中间是每个DB特有的数据结构，最外层则是各个生态的接口，体现了多模的设计理念。
GaussDB具体产品包括：
1）关系型数据库：
基于openGauss生态的分布式数据库GaussDB(for openGauss)
基于MySQL生态的分布式数据库GaussDB(for MySQL)，100%兼容MySQL
2）非关系型数据库：
基于文档的分布式数据库 GaussDB(for Mongo)，100%兼容MongoDB的接口，解决了开源的协议风险，用3副本解决9副本的可靠性
基于时序协议的分布式数据库 GaussDB(for Influx)，解决了开源主备的容量问题
基于宽表Cassandra的 GaussDB(for Cassandra)，解决了Java方案的GC抖动的严重问题，数据强一致；
基于KV接口GaussDB(for Redis), 当前100%兼容Redis，未来可以兼容更多的KV协议，数据强一致，超大容量10T+，解决了开源主备脱节等问题
3）数据库工具及中间件：
数据迁移 — DRS (Data Replication Service，简称为DRS)；
应用结构转换 — UGO (Database and Application Migration UGO，简称UGO)；
分布式数据库中间件 — DDM (Distributed Database Middleware, 简称DDM)
12.相关参考资料
1.openGauss社区官网： openGauss | openGauss
2.openGauss代码托管平台：
openGauss: 一款高性能、高安全、高可靠的企业级开源关系型数据库。
3.openGauss 3.0.0版本官方文档：openGauss 3.0.0版本官方文档 - 墨天轮资源
作者：酷哥，转载：Gauss松鼠会