从架构设计看 YashanDB 数据库的高可用性实现方法

数据库作为关键的信息管理系统，面临高并发访问、海量数据处理和持续服务可用性的挑战。性能瓶颈、数据一致性风险及故障恢复延迟是数据库技术领域普遍存在的问题。YashanDB 数据库针对这些行业通用难题，设计了多样化的架构形态与完善的高可用方案，旨在保障业务连续性与数据安全。本文面向具有一定数据库基础的开发人员与 DBA，系统梳理 YashanDB 在单机、分布式及共享集群架构层面的高可用性实现机制，剖析其核心技术细节，帮助读者深入理解其高可用架构优势及应用。

多形态部署架构保障高可用

YashanDB 支持三种主要部署形态：单机主备部署、分布式集群部署和共享集群部署。每种部署形态针对不同应用场景特点设计对应的高可用能力。

单机部署通常包含主实例和备实例，采用主备复制保障主库数据修改实时同步至备库，从而实现故障切换时的业务连续性。此架构适合对高可用性性能要求中等的应用，且保障主备物理隔离与网络冗余，降低单点故障风险。

分布式部署通过 MN（元数据管理）、CN（协调节点）和 DN（数据节点）三种节点的分工协作，并利用 Raft 协议保证多节点一致性和容错能力，满足海量数据分析及强线性水平扩展场景的需求。多节点之间协调与数据分片严格保障数据可靠性与高可用。

共享集群部署基于 Shared-Disk 架构，依赖自研崖山文件系统（YFS）与崖山集群服务（YCS）实现多实例协同访问同一数据集。通过聚合内存（Cohesive Memory）技术及全局资源目录（GRC）、缓存服务（GCS）与锁服务（GLS），实现数据层与资源层的强一致性与竞争控制。共享集群支持多实例并发读写，实现单库多活高可用，具备自动选主和异常恢复能力，保障高端核心交易场景的稳定性。

主备复制及自动切换机制实现高可用保障

主备复制机制是 YashanDB 高可用的核心措施，通过 redo 重做日志的传输与回放实现主备数据的一致性。主库通过 redo 发送线程将事务日志实时传输至备库，备库通过日志接收及并行回放线程应用日志恢复数据，以实现热备功能。同步复制与异步复制两种模式满足不同性能与安全需求。

为避免主库故障导致服务中断，YashanDB 提供手动切换（Switchover、Failover）及多层自动选主机制。在分布式部署形态下采用基于 Raft 算法的主备自动选主机制，辅以 Quorum 配置确保主库选举的正确性及一致性。单机形态及少节点场景则基于 yasom 仲裁服务完成仲裁选主，支持零丢失和普通模式，平衡可用性与数据安全。

自动切换机制结合心跳探测和多线程协调，能够快速感知故障并完成主备角色切换，有效缩短故障恢复时间，提升业务连续性水平。结合级联备库部署，提升异地容灾能力，降低主库带宽压力。

共享集群架构及崖山集群服务确保多实例高可用

共享集群为单库多实例多活架构，依赖共享存储与数据并发访问协调技术实现。崖山集群内核（YCK）提供全局资源目录（GRC）、缓存服务（GCS）和锁服务（GLS）三大模块，负责多实例间数据页和锁的强一致性管理。通过一致性哈希算法、全局资源排队机制保障并发访问冲突有序。

崖山集群服务（YCS）管理集群配置、服务启停与故障投票仲裁。其心跳机制包括网络心跳和磁盘心跳，兼顾运行时状态监测和异常快速感知。投票盘作为故障仲裁的共享存储载体，实现单点故障快速定位与集群重组。

崖山文件系统（YFS）是一套专用并行文件系统，实现磁盘组及故障组管理，通过多副本技术保障存储数据的高可靠性。YFS 集成于 YCS 进程，支持 Direct IO 读取，以近裸设备性能满足集群实例的高吞吐存取需求。多副本机制与独立故障组划分，显著减少数据损坏概率，从存储层面增强系统高可用保障。

高效事务机制和多版本并发控制支撑一致性和恢复能力

YashanDB 高度重视事务的 ACID 属性，特别是一致性与隔离性。基于多版本并发控制（MVCC），通过保存数据历史版本的 Undo 段，实现语句级和事务级读一致性，有效避免读写阻塞，提升并发性能。系统变更编号 SCN 作为版本控制依据，确保查询的版本快照一致。

支持读已提交及可串行化隔离级别，根据业务需求平衡性能与一致性要求。写冲突通过行锁排他控制，并辅以死锁检测与自动解决机制，保障事务并发安全。

在异常恢复方面，检查点机制周期性地将缓存脏页刷盘，结合 redo 日志的滚动恢复，最大限度降实例恢复时间，减少故障对业务服务的影响。自动故障诊断收集关键诊断信息，提升运维效率。

技术应用建议

根据业务需求选择合适的部署形态。中小型应用建议采用单机主备部署，互联网级别高并发分析业务优先选分布式部署，高性能核心交易业务适用共享集群。

合理配置主备复制模式。对数据安全极高要求，配置最大保护模式与同步复制；性能优先场景选择最大性能模式及异步复制。

启用自动选主机制，结合 Quorum 配置提升主备角色切换的鲁棒性和一致性，减少运维介入。

在共享集群部署中，保障集群服务组件及崖山文件系统正常运行，合理规划磁盘组与故障组，提高多副本策略的冗余级别。

定期执行统计信息收集，优化器依赖准确统计指导执行计划选择，提升系统整体并发效率和容错能力。

完成合理的备份恢复机制建设，结合全量和增量备份，实现基于时间点恢复，强化数据安全保障。

合理设置事务隔离级别与锁控制策略，在性能和数据一致性间进行平衡。

加强对数据库安全特性的使用，尤其是访问控制和加密机制，防止安全事故引发的服务中断。

结论

YashanDB 围绕高可用构建了多层次、多维度的架构体系，涵盖单机至分布式、共享集群的多种部署形态。针对主备复制的实时同步、崖山集群的多实例协同以及事务 MVCC 与日志机制，从存储、计算到通信均设计了高可靠、高性能的技术方案，为业务持续性和数据安全提供坚实保障。未来随着数据规模持续增长和应用复杂度提升，YashanDB 将持续优化高可用架构，深化自动化运维、智能故障检测与容错能力，助力企业数字化转型，彰显数据库产品的核心竞争力。