华为云原生数据仓库GaussDB(DWS)深度技术解读：融、快、大、稳、易
摘要：云原生数据仓库GaussDB(DWS)架构师应邀为大家解读数仓深度技术。
“云原生”在2020年成为备受瞩目的热词，云原生在确保企业数字化转型中资源快速供给、按需使用的同时，支持敏捷的应用开发、稳定的交付运维，加速企业的敏捷创新，是企业数字化转型、智能化升级的必经之路。
在华为云原生2.0技术峰会上，云原生数据仓库GaussDB(DWS)架构师应邀为大家解读数仓深度技术。
GaussDB(DWS)云原生数据仓库五大核心竞争力
关键能力1- 融：云原生架构，支持跨源数据融合分析、冷热数据分级存储
融合分析能力是云原生数据仓库GaussDB(DWS)核心亮点之一。GaussDB(DWS)采用一套SQL引擎，支持Oracle、Mysql、HDFS等多源数据融合分析，并通过算子下推、加速集群等技术对分析性能进行了大幅优化，在数据免搬迁的前提下，实现了跨源数据免搬迁、高效分析。
GaussDB(DWS)云原生数据仓库支持冷热数据多温存储，热数据存储于数仓内部，以获得良好的查询分析性能，冷数据可分级存储到更低成本的OBS中，不仅降低存储成本，并且在OBS内，通过合法鉴权，数据能够共享开放，供其他引擎处理分析，GaussDB(DWS)当前已经支持表内不同分区间的冷热数据存储，未来还将支持更细粒度、更加智能的冷热数据管理。
关键能力2 - 快 ：聚合云海量算力，软硬垂直优化，效率最优
第二大特点，快。GaussDB(DWS)主要通过多层级全并行架构来实现。
并行的第一个层级，是集群内物理节点间的并行，CN将计划动态分布到多个服务器，通过分布式执行框架，将查询计划在集群内多台物理节点并行执行；
第二个层级，是算子级并行，在每个服务器内，查询算子能够利用一个节点内多个CPU核心进行并行计算；
第三个层级，是在一个CPU核心的指令序列中支持SIMD指令，结合我们的向量化引擎，实现一个指令同时操作多条数据。
同时，我们还集成了现代编译器技术，利用LLVM框架，运行时动态生成执行代码，减少无关指令生成；数据量越大，可获得的性能提升效果越好。
正是因为有这样一个全并行计算引擎，我们可以将系统资源最大化利用，提供极致的分析性能。
随着金融风控，以及IoT场景对数据实时处理分析的诉求，我们正式发布了GaussDB(DWS)实时数仓版本，快上加快，将快发挥到极致。实时数仓的快主要体现在两个方面。首先是入库速度快，与传统数仓不同，数据的加载不再是T+1的大批量加载模式，而是更加实时的高并发小批量模式。DWS实时数仓时序数据单机入库性能达10w/s，流数据达60w/s，并能够线性扩展。其次是计算分析快，支持基于流式数据的持续计算查询，预置了丰富的时序和流处理函数，通过SQL即可完成复杂流式计算，可实现亿级数据，秒级聚合。
正所谓一切皆SQL，经历了几十年的发展，SQL依然是最简洁高效的数据开发语言，能极大的简化应用开发。以Druid监控的一个场景为例，原先1900行的脚本，在GaussDB(DWS)实时数仓中采用SQL语句，仅用150行代码就能实现同样的功能，开发效率提升10+倍。
关键能力3 - 大 ：云分布式、按需扩展，支持10PB级数据，大而有序
第三个特点，大。我们在Shared-Nothing全分布式架构下，不仅实现了容量线性扩展，在数据加载、数据分析性能上同样实现了线性扩展，从小集群逐步扩展到大集群规模过程中，随着节点数增加，线性扩展比可以高达0.9。
从技术上看，大集群需要攻克通信风暴、故障容错和数据备份恢复一致性三大难题。我们通过独创的Multi-Streams多流通信技术，支持集群内百亿级的通信连接，突破了大规模通信的技术瓶颈。在高可用方面，大规模集群下硬件故障成为常态，我们积累了多年，做了大量硬件故障感知及容错处理的工作，来保证大规模集群下的集群自愈和业务可用。在备份恢复方面，我们不仅通过多层级并行实现了线性扩展，还做到了完全在线的全局强一致物理备份，甚至支持表级别的细粒度恢复，竞争力达到了业界领先。
GaussDB(DWS)现网运行的PB级数据量以上的大集群已经有10+个，最大商用单集群规模达到240节点。在产品能力上，GaussDB(DWS)可扩展至2048节点，并且该规模在12月已通过信通院的权威评测，树立了业界新标杆。另外，我们还实现了逻辑集群特性，一套物理集群可针对不同业务划分多个逻辑集群，数据相互隔离，支持跨逻辑集群的计算资源调动。通过逻辑集群，可以进一步扩展集群的规模。
关键能力4 - 稳：高可用设计，支持跨AZ容灾，数据无忧、永远在线
第四大特点，稳。首先，产品所有内部组件CN、DN、GTM、CM等采用多活或主备设计，通过集群管理进行故障检测和切换。其次，在硬件层面，除了最基本的宕机、断网的直接故障外，GaussDB(DWS)还针对夯死、慢节点、亚健康等僵而不死的复杂场景，做了大量的建模和针对性优化，能够实现故障的准确探测和自愈。
在数据可靠性方面，对于数仓而言，数据存一份有单点故障问题，存三份又太浪费资源，一般来讲数据一主一备是个相对合理的选择，但在故障造成网络分区的场景下，很容易出现双主“脑裂”问题，造成数据不一致。GaussDB(DWS)独创的“主-备-从”技术，引入“主”、“备”、“从”三种角色。集群正常时数据仅在主备间进行同步，发生单点故障时数据向“从”同步，从而保证任何状况下都有两副本的数据冗余。在网络分区等异常场景下，一旦主备产生数据分叉，从备又可以承担仲裁者的角色，通过日志比对找到持有正确数据的节点继续提供服务。从而既完美解决了一主一备的脑裂问题，又能够仅用两副本空间代价实现接近三副本的可靠性。
对于可靠性要求更高的客户，我们还提供了双集群容灾能力，通过跨AZ、跨Region的物理复制，实现异构集群容灾。通过多年的技术积累，我们基本做到了“数据无忧、永远在线”的目标。
关键能力5 - 易：快速迁移传统数仓，助力企业轻松上云
第五个特点，易。利用GaussDB(DWS)的迁移工具，用户能够非常容易的将数据从线下的Teradata、Oracle等传统数仓快速搬迁上云。
迁移主要分为应用迁移和数据迁移两部分。应用迁移是指由于线下传统数据仓库的语法及功能不同，导致业务脚本、存储过程等需要改造适配，为此，GaussDB(DWS)把深耕市场多年、成功迁移数十套Teradata和Oracle数仓的成功经验，开发为一套完整的语法迁移工具，能够支持对数据类型、SQL语法、DSQL脚本、存储过程等语法的自动化转换，对Teradata的常用语法自动化转换率超过90%，对Oracle超过60%。
对于动辄几十TB、数百TB的海量数据而言，数据迁移速度极大程度影响业务停机的时间，这对网络、入库能力和迁移工具的效率都提出了很高的要求，以我们去年的某次数据搬迁为例，1PB的数据仅用11小时即完成传输，加上准备工作和数据校验的时间，端到端也仅用时17小时，搬迁速率91TB/小时，并且做到数据0丢失。 GaussDB(DWS)经过近10年的技术沉淀，已服务于全球1000+客户，广泛应用于金融、政府、运营商、交通、物流、互联网等领域。
文末彩蛋：
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本文分享自华为云社区《五大关键能力，华为云原生数据仓库GaussDB(DWS)深度技术解读》，原文作者：DWS殿阁大学士 。
