YashanDB 数据库无损压缩及备份技术

随着海量数据的广泛应用和复杂业务需求的不断增长，数据库系统面临着存储空间紧张和数据安全保障的双重挑战。如何实现高效的数据压缩以减少存储成本，同时保证数据完整性不受影响，是数据库设计和维护中的关键技术问题。针对数据可靠性的需求，备份机制必须能够保障业务连续性，支持即时恢复和灾难恢复，从而最大限度地降低业务风险。本文围绕 YashanDB 数据库系统中的无损压缩技术和备份方案进行深入技术分析，详细阐述其实现原理、功能优势及操作建议，帮助数据库管理员和开发人员系统地理解和应用相关技术。

无损压缩技术体系

基于列式存储的 MCOL 与 SCOL 数据压缩原理

YashanDB 支持多种存储结构，其中可变列式存储（MCOL）和稳态列式存储（SCOL）是实现无损压缩的关键技术。MCOL 通过将同一列的数据连续存储，同时使用字典编码和原地更新功能，减少数据冗余，提升压缩率并支持高效的增量写入。SCOL 则使用对象式管理，将数据切片并以文件形式连续存储，结合基于数据类型的最优压缩编码和区段稀疏索引技术，实现对冷数据的高效存储和快速访问。两者结合支持将频繁变更的热数据快速写入，并通过后台转换任务透明地将数据转化为压缩的稳态格式，从而实现无损且动态的数据压缩。

段页式空间与对象式空间管理

YashanDB 采用了段页式和对象式两种空间管理方式以支持不同存储需求。段页式空间以连续的区（Extent）管理逻辑数据块，支持灵活的空闲空间管理和页面重组，而对象式空间针对列式切片文件提供高效的文件级管理，保证数据连续性和压缩友好。双写机制确保写入操作的原子性，有效避免断电等异常场景下产生断裂页，保障数据可靠性。通过协调段页式和对象式空间管理，YashanDB 在压缩性能和数据一致性上取得平衡，满足不同业务场景的存储优化需求。

表空间和数据桶的加密与压缩兼容性

为保障数据安全，YashanDB 支持表空间级和表级透明数据加密（TDE），同时兼容列存表无损压缩机制。加密过程在数据写入持久化层时对数据进行加密，读取时进行解密，确保加密透明且不影响 SQL 查询性能。数据桶（DataBucket）作为切片文件存储容器，支持本地磁盘及云端存储，结合加密和压缩，既保障数据安全，又减少存储开销。合理配置加密算法（如 AES128 和国密 SM4）和备份集加密策略，保证备份数据在传输及存储过程中的安全性。

高效可靠的备份方案

多级备份策略与备份集管理

YashanDB 支持包括全量备份、差异和累积增量备份多级备份策略。全量备份复制数据库的全部物理文件，保证恢复的完整性。增量备份基于前置的基线备份，仅备份发生变化的数据页，有效减少备份时间和存储空间占用。备份集包含控制文件、数据文件、归档日志和切片文件等，管理统一且结构完整。通过配置备份集的并发度，多线程分片复制和压缩，实现备份过程中系统资源的最优利用，降低系统负载。

备份恢复及基于时间点恢复（PITR）

YashanDB 备份恢复流程严格依赖备份集及归档日志二者协同，实现数据库完整一致性恢复。支持从物理备份集恢复，并通过回放归档日志实现任意时间点恢复（PITR），允许快速回退误操作和故障恢复。归档日志备份保持连续性，备库归档修复机制保障日志传输的可靠性。增量备份恢复时依次回放基线和最新增量备份，严格锁定恢复时间点，确保分布式环境下一致性和事务完整性。

主备复制与故障切换保障业务连续性

YashanDB 采用主备物理复制模型，通过 redo 日志异步或同步传输实现主库数据的实时备份。多模式的保护策略：最大性能、最大可用和最大保护，满足不同业务对数据一致性和性能的需求。备库日志回放保证数据和主库一致，支持归档修复及级联备份扩展异地容灾能力。故障切换分为计划切换（Switchover）和故障切换（Failover），结合自动选主机制及 Quorum 配置，实现主备角色快速切换，最大化减少业务中断时间，确保数据库高可用性和数据安全。

技术实施建议

合理选择存储结构：针对业务类型，合理配置表的存储方式，OLTP 业务适用 HEAP 行式存储与 BTREE 索引，OLAP 及 HTAP 场景结合 MCOL 和 SCOL 列式存储，实现数据压缩与访问效率平衡。

配置和调优压缩转换任务：启用 LSC 后台转换任务，将活跃切片自动转为稳态切片，利用 MCOL TTL 配置对冷热数据分离，提升查询性能及降低存储需求。

安全与加密保障：根据安全需求，启用表空间或表级透明加密，合理设置加密算法，确保备份集加密，防止数据泄漏及非授权访问。

制定多级备份策略：结合全量备份和增量备份，科学安排备份频率和类型，减少备份窗口和存储空间压力。

建立完善的恢复测试机制：定期演练基于时间点的恢复流程，确保备份和归档日志的完整性与可用性，保障灾难时快速恢复。

规划高可用部署架构：合理配置主备复制模式及保护策略，结合自动选主机制与 Quorum 设置，提高主备切换效率和系统稳定性。

优化日志传输和回放：监控 redo 日志传输延迟，调整异步或同步复制模式及归档修复机制，保障备库数据及时同步，避免数据丢失。

定期更新统计信息和优化执行计划：保持优化器统计信息准确，合理使用 Hint，提升 SQL 执行效率，减少冗余 IO 开销。

利用表空间管理和数据桶机制：灵活分配和扩展存储资源，保障压缩存储与数据访问的高效匹配。

设置合理的数据缓存和内存管理参数：调优数据缓存、共享内存及有界加速缓存，提升系统整体响应能力，保障压缩数据的快速访问。

结论

近年来，YashanDB 数据库通过集成成熟的无损压缩机制和灵活高效的备份策略，显著提升了大规模数据的存储利用率和业务数据的安全可靠性。MCOL 和 SCOL 两种列式存储技术以及段页式与对象式空间管理相结合，实现了业务数据冷热分层管理，兼顾实时更新与高效查询。系统级的备份集设计配合多样的增量备份策略及归档日志支持，满足复杂多变的恢复需求。主备复制构建的高可用架构结合自动选主和故障切换机制，为企业业务连续性提供坚实保障。未来，随着数据规模和应用场景的持续扩展，YashanDB 将继续优化压缩算法和备份恢复体系，以适应更高的性能要求和更灵活的运维需求，推动数据库技术向智能化和自动化方向发展。