YashanDB 数据库的容灾能力及实现技术

现代数据库系统在处理大规模数据和高并发访问时面临诸多挑战，尤其在保障数据持续可用性和一致性方面更为关键。容灾能力作为数据库系统可靠性的重要组成部分，保证了在硬件故障、网络中断或软件异常时数据不丢失且服务不中断。本文聚焦于 YashanDB 数据库的容灾框架及其实现技术，针对主备复制、自动选主、共享集群容灾机制等关键能力进行详细解析。目标读者为数据库管理员、系统架构师及有关容灾方案设计的专业技术人员。

主备高可用架构及复制技术

YashanDB 采用主备复制作为核心的高可用与容灾手段，支持一主多备和级联备多层复制结构。主库是进行读写操作的主实例，备库则负责复制主库产生的 redo 日志并进行在线回放，实现数据同步。主库将修改写入 redo 日志，利用 WAL（Write Ahead Log）机制保证事务的持久性。

复制链路中，YashanDB 采用环形 Log Cache 缓存 redo 日志数据，优化日志的传输和回放效率。在同步复制模式下，事务提交需等待 redo 日志被一个或多个备库接收确认，实现零数据丢失保护；异步模式下提交事务后主库立即响应，权衡了性能与数据安全性。YashanDB 还支持主备之间的归档日志传输，备库通过归档修复线程解决 redo 日志中断裂（GAP）问题，保证备库数据的完整和连续性。

切换与恢复机制

YashanDB 支持两种主备切换模式：计划内切换（Switchover）和故障切换（Failover）。Switchover 保证无数据丢失的主备角色互换，适用于运维场景；Failover 用于主库异常宕机，允许备库直接晋升为主库，可能存在数据丢失风险。

系统支持日志回退机制，针对主库宕机前未同步至备库的 redo 日志进行回滚，保证主备数据一致。同时，针对可能产生的脑裂问题，YashanDB 提供脑裂修复手段，避免业务冲突与数据不一致。

自动选主技术

为实现主库故障自动恢复，YashanDB 提供主备自动选主和 yasom 仲裁选主两种机制。

主备自动选主基于 Raft 协议，采用心跳机制检测节点状态，通过任期和多数派 Quorum 保证一致性。节点优先级配置可影响领导者的选举优先权。系统支持预备候选者提高选举稳定性，避免无效任期膨胀。在分布式场景下，自动选主有效降低人工切换风险，提升系统可用性。

yasom 仲裁选主适用于单机一主一备或分布式集群中，该方式通过独立运维进程（Yasom）监控主备运行状态，触发失败节点降备及备库晋升。其支持普通模式和零丢失模式，后者结合最大保护复制模式，确保切换不丢数据，但可能影响响应性能。

共享集群容灾机制

共享集群架构依托于 shared-disk 存储体系，多个数据库实例并发读写同一数据集。YashanDB 引入聚合内存技术（Cohesive Memory）实现全局缓存一致性，保障不同实例对数据页的并发访问强一致性。

核心组件包括崖山集群内核（YCK），提供全局资源目录（GRC）、缓存服务（GCS）和锁服务（GLS）实现资源协调；崖山集群服务（YCS）负责资源管理、拓扑维护和故障仲裁；崖山文件系统（YFS）提供高可用的类文件系统接口支持共享存储。集群异常时，YCS 通过心跳和投票机制完成故障检测和自动切换，确保剩余实例持续提供服务。

持久化与恢复技术

YashanDB 利用多线程写入、IO 合并、双写机制，提升数据持久化效率并避免因异常断电导致数据半写。Checkpoint 调度机制确保定期将数据缓存的脏页写回磁盘，减少恢复时间。

实例恢复包括前滚和回滚两个阶段，通过回放 redo 日志恢复已提交事务，使用 undo 日志回滚未提交事务，恢复后数据库达到一致状态。

具体技术建议

配置主备复制的同步模式需根据业务数据安全需求和性能要求确定，关键业务推荐使用最大保护或最大可用模式。

合理配置自动选主参数，包括心跳间隔、选举超时时间及节点优先级以提高选主效率和稳定性。

共享集群应部署多实例，并确保共享存储的高可靠性及网络冗余，提升故障隔离与恢复能力。

定期执行全库及增量备份，配合归档日志备份，保证基于时间点恢复能力（PITR）。

启用日志回退和脑裂修复机制，避免主备切换时数据不一致。

结合业务场景调整 Checkpoint 触发策略和 Redo 日志的数量及大小，平衡系统性能和恢复速度。

使用故障诊断架构自动检测和修复数据页面损坏，减少故障传播风险。

对外置 UDF 等扩展功能，使用 SAND BOX 技术隔离执行风险，保障数据库稳定。

结论

YashanDB 结合多种容灾技术体系，从主备复制、高效切换、自动选主到共享集群的多实例高可用，构建了全面的容灾能力框架。通过先进的存储管理、事务处理和日志机制提供数据安全保障，支持多种部署类型满足不同应用需求。随着大数据规模增加及业务持续增长，YashanDB 的容灾能力和自动化运维技术将成为保障数据可靠性和业务连续性的核心竞争力。未来，YashanDB 将持续优化容灾算法，提升多节点协同能力与故障恢复速度，推动行业数据库容灾技术演进。