GaussDB Ustore存储引擎解读
GaussDB是华为云推出的一款高性能数据库产品,其内核新增的Ustore存储引擎为企业级用户提供了更高性能的数据库服务。Ustore存储引擎,又名In-place Update存储引擎(原地更新),是GaussDB内核新增的一种存储模式,旨在解决传统Append Update(追加更新)行存储引擎在特定场景下的性能瓶颈。以下是对GaussDB Ustore存储引擎的详细解读。
一、Ustore存储引擎的背景与优势
在数据库系统中,存储引擎负责数据的存储、检索和管理。不同的存储引擎有不同的设计理念和优化目标,以适应不同的应用场景。传统的Append Update行存储引擎在处理业务中的增、删以及HOT(Heap Only Tuple)Update(即同一页面内更新)时表现良好,但在处理跨数据页面的非HOT UPDATE场景时,垃圾回收效率不够高效,导致存储空间占用问题。
为了解决这个问题,GaussDB推出了Ustore存储引擎。Ustore存储引擎采用原地更新策略,将最新版本的"有效数据"和历史版本的"垃圾数据"分离存储。这种设计不仅提高了数据页面内更新的HOT UPDATE的垃圾回收效率,还有效减少了多次更新元组后存储空间占用的问题。
二、Ustore存储引擎的核心特性
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高效存储与回收
Ustore存储引擎将最新版本的"有效数据"存储在数据页面上,并单独开辟一段UNDO空间,用于统一管理历史版本的"垃圾数据"。这种设计使得数据空间不会由于频繁更新而膨胀,同时"垃圾数据"集中回收效率更高。
此外,Ustore存储引擎还采用NUMA-Aware的UNDO子系统设计,使得UNDO子系统可以在多核平台上有效扩展。同时,采用多版本索引技术解决索引清理问题,有效提升了存储空间的回收复用效率。
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高性能与稳定性
Ustore存储引擎对插入、更新、删除等不同负载的业务,性能以及资源使用表现相对均衡。在频繁更新类的业务场景下,更新操作采用原地更新模式,可以获得更高、更平稳的性能表现。这种设计使得Ustore存储引擎非常适合"短"(事务短)、"频"(更新操作频繁)、"快"(性能要求高)的典型OLTP类业务场景。
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细粒度资源控制
Ustore引擎提供多维度的事务"监管"方式,可基于事务运行时长、单事务使用UNDO空间大小、以及整体UNDO空间限制等方式对事务运行进行"监管"。这种细粒度资源控制方式可以防止异常、非预期内的行为出现,方便数据库管理员对数据库系统资源使用进行规范和约束。
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丰富的企业级功能
Ustore存储引擎结合UNDO空间,可以实现更高效、更全面的闪回查询和回收站机制。这种机制能够快速回退人为"误操作",为GaussDB提供了更丰富的企业级功能。同时,Ustore存储引擎还支持并行创建索引、索引空间管理算法优化等特性,进一步提升了数据库的性能和稳定性。
三、Ustore存储引擎的技术实现
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原地更新策略
Ustore存储引擎采用原地更新策略,直接在原有位置上进行数据的更新。这种策略减少了存储空间的占用,并且支持更高的并发性能。然而,原地更新可能涉及到数据的移动和重建,特别是在更新操作导致数据大小变化时,可能需要重新分配和调整存储空间。为了解决这个问题,Ustore存储引擎采用了多种优化技术,如UNDO回滚段技术、页面并行回放技术等,以确保数据的完整性和一致性。
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UNDO子系统设计
Ustore存储引擎的UNDO子系统采用NUMA-Aware设计,具有更好的多核扩展性。UNDO空间统一分配、集中回收,复用效率更高。这种设计使得Ustore存储引擎在处理大量并发事务时能够保持较高的性能和稳定性。
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多版本索引技术
Ustore存储引擎采用多版本索引技术,解决索引清理问题。这种技术使得索引空间能够得到有效利用和回收,进一步提升了存储空间的回收复用效率。同时,多版本索引技术还支持更高效的并发访问和查询性能。
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闪回查询与回收站机制
Ustore存储引擎结合UNDO空间实现了更高效、更全面的闪回查询和回收站机制。这种机制能够快速回退人为"误操作",为数据库管理员提供了更丰富的数据恢复和容错手段。同时,闪回查询和回收站机制还支持分区表等高级特性,进一步提升了数据库的可用性和灵活性。
四、Ustore存储引擎的应用场景与优势
Ustore存储引擎适用于需要频繁更新和随机访问的场景,如金融核心业务场景、电商交易场景等。在这些场景中,数据库需要处理大量的并发事务和更新操作,对性能和稳定性有较高要求。Ustore存储引擎通过原地更新策略、UNDO子系统设计、多版本索引技术等特性,为这些场景提供了高效、稳定、可靠的数据库服务。
与传统的Append Update行存储引擎相比,Ustore存储引擎具有以下优势:
- 更高的性能和稳定性:通过原地更新策略和多版本索引技术,提高了数据更新和查询的效率,降低了存储空间的占用。
- 更丰富的企业级功能:通过UNDO空间和闪回查询机制,提供了更丰富的数据恢复和容错手段。
- 更好的多核扩展性:通过NUMA-Aware的UNDO子系统设计,支持在多核平台上有效扩展,提高了数据库的并发处理能力。
五、总结与展望
GaussDB Ustore存储引擎是华为云推出的一款高性能数据库存储引擎,旨在解决传统行存储引擎在特定场景下的性能瓶颈。通过原地更新策略、UNDO子系统设计、多版本索引技术等特性,Ustore存储引擎为需要频繁更新和随机访问的场景提供了高效、稳定、可靠的数据库服务。
未来,随着技术的不断发展,GaussDB将继续结合AI自治技术等先进技术,对Ustore存储引擎进行更智能、更安全、更高效的技术优化。同时,GaussDB也将不断推出新的特性和功能,以满足不同应用场景的需求,为企业数字化转型注入新的动力。
综上所述,GaussDB Ustore存储引擎是一款具有高性能、高稳定性、丰富企业级功能的数据库存储引擎,适用于需要频繁更新和随机访问的场景。通过不断优化和创新,GaussDB将继续为企业提供更加优质、高效的数据库服务。