YashanDB 数据库高可用架构设计精要

在现代企业级应用中，数据库服务的高可用性是保障业务连续性和数据安全性的关键因素。面对多节点部署环境下的硬件故障、网络异常及软件故障风险，如何设计一套高效、可靠且自动化的数据库高可用架构成为当下数据库系统优化的核心课题。本文围绕 YashanDB 数据库高可用架构，系统阐述其核心架构设计、容错机制及自动选主策略，旨在为数据库管理员和架构师提供技术参考，以提升系统的稳定性和可维护性。

主备复制架构设计

YashanDB 采用主备复制模式实现数据的高可用，主库承担读写业务，备库承担数据同步和读操作。主库通过物理日志（redo 日志）的实时传输确保数据被及时复制到备库，数据同步支持同步和异步两种模式，满足不同业务对性能和数据一致性的需求。主备配置支持一主多备，备库可以配置为只读以减轻业务负载。备库可设级联备，用于异地灾备，通过备库传递日志，降低主库带宽压力。

主备复制链路实现环形日志缓存，减少直接硬盘 IO 的频繁操作，提高日志传输效率。日志回放线程确保备库实时应用主库事务，保证备库数据的一致性和及时性。系统支持多线程并行回放，提升备库落盘效率。

主备切换支持计划内切换（Switchover）和故障切换（Failover）。切换过程保证数据一致性和业务连续性，系统实现手动切换和自动选主机制，大幅降低人为干预需求。自动选主基于 Raft 算法，在发生节点故障时，实现主备快速转移，提升整体容灾能力。

共享集群架构设计

共享集群架构基于 Shared-Disk 和 Shared-Cache 设计，允许多个数据库实例并行读写同一份数据，兼顾高可用、高性能和强一致性。核心组件 Yashan 集群内核（YCK）利用聚合内存技术（Cohesive Memory）在实例间共享缓存页，避免数据冗余。

共享集群通过全局资源目录（GRC）管理全局资源状态，引入全局缓存服务（GCS）协调共享数据块访问、全局锁服务（GLS）管理非数据类锁，确保多实例并发操作的同步与阻塞控制。集群服务组件（YCS）承担集群配置管理、故障检测与自动恢复，保证整体系统的稳定性。

底层文件系统（YFS）为共享集群设计专用分布式文件系统，支持高效的元数据同步和空间管理，确保所有实例能实时访问一致的文件目录信息。该架构实现了单库多实例的多活模式，前端连接任何实例均可访问数据库，增强业务连续性和负载均衡能力。

分布式部署架构设计

针对海量数据和高并发分析场景，YashanDB 支持分布式集群部署，采用 Shared-Nothing 架构，有效实现容错与线性扩展。集群分为元数据节点管理（MN 组）、协调节点管理（CN 组）和数据节点管理（DN 组）。MN 负责集群状态管理及分布式事务协调；CN 接受客户端请求，生成分布式执行计划并协调 DN 执行；DN 负责存储数据及执行查询。

内部互联总线 DIN 为各节点提供高效可靠的通讯通道，通过多路复用技术实现数据和控制消息通道分离，保障数据交换可靠性和性能。分布式 SQL 执行采用 MPP 架构，支持多级并行，既包含节点间并行，也支持节点内多 pipeline 及算子并行，大幅提升查询效率。

分布式事务管理通过全局时间戳（GTS）机制及事务协调（TM）服务保证数据一致性，基于多版本并发控制（MVCC）支持高并发访问，确保系统稳定运行。

主备自动选主与自动故障恢复

YashanDB 针对主备部署引入了自动选主能力，基于 Raft 算法实现节点状态感知和领导者选举，支持 Quorum 配置以保证选举的安全性与稳定性。系统具有心跳检测机制，能够实时发现主库异常并触发自动切换。各实例通过角色状态机管理 leader、follower 及 candidate 状态，保障选主过程的快速收敛与一致性。

在共享集群环境中，集群服务采用投票仲裁机制，基于网络和磁盘心跳判断实例状态，自动执行故障切换及集群重组，保证集群持续可用。缘由集群自动恢复避免单点故障干扰业务，提升整体系统健壮度。

关键容错机制与数据一致性保障

为防止服务器掉电或意外故障导致数据半写问题，YashanDB 引入双写机制，写入数据时预先缓存数据块副本，启动时使用副本修复断裂页，确保数据完整。检查点机制促使缓冲区脏页及时同步至磁盘，缩短恢复时间。

多版本并发控制（MVCC）保证查询一致性，查询时基于快照读取事务可见的数据版本，读写互不阻塞；通过快照隔离实现语句级和事务级一致性读，提供并发友好性。写操作则采用行级排他锁，避免写写冲突，同时具备死锁检测和自动解除死锁功能。

维护与运营支持

YashanDB 通过故障诊断架构，实施实时健康监控、错误事件记录和堆栈 trace 收集，快速定位故障症结。自动诊断存储库便于问题追踪和后续优化。后台调度线程负责检查点触发、脏页刷新、统计信息收集、转换任务等运维工作，确保系统持续高效运行。

管理工具提供多线程会话处理、负载均衡和连接监听，支持独占与共享线程模型切换，满足不同场景性能需求。数据库实例支持在线启停及参数动态调整，增强灵活性。

建议实践

结合业务场景选择合适的部署形态：单机主备适用于规模较小的应用，分布式部署满足线性扩展需求，共享集群适用于多实例高并发读写场景。

配置主备同步模式时应权衡数据安全性与性能需求，关键业务建议采用最大保护或最大可用模式，实现零数据丢失。

充分利用自动选主和自动故障恢复机制，降低人工运维成本，缩短故障恢复时间。

合理设计表空间和分区策略，确保数据均衡分布和高效访问。

启用多版本并发控制和合理事务隔离级别，兼顾数据一致性与系统并发性能。

定期收集和更新统计信息，优化 SQL 执行计划，提升查询效率。

采用双写机制和检查点策略避免数据半写和缩短恢复时间，增强系统稳定性。

合理设置连接和线程池管理参数，满足业务并发需求，提升系统吞吐能力。

利用故障诊断模块及日志审计，及时发现并处理异常，保障系统健康。

结合安全管理策略，对用户权限和访问实行严格控制，确保数据库安全。

结论

YashanDB 通过多层面高可用架构设计，集成主备复制、共享集群、多节点分布式部署及自动选主机制，实现数据库服务的长时间稳定在线和快速故障恢复。其细粒度的事务控制、多版本一致性读、多线程优化及智能调度，满足业务对性能和可靠性的双重要求。未来，随着数据规模持续扩大及业务对实时性和安全性要求提升，YashanDB 将持续推动高可用技术创新，加强自动化运维和智能运维能力，助力企业构建面向云原生、多样化场景的下一代数据库平台。