2006 年，CEO Eric Sc??hmidt 首次提出云計算（Cloud）的概念。 2011年，哥倫比亞大學(xué)教授提出霧計算（Fog），后來被思科理論化。云計算是集中式計算，埃森哲（）給出的云計算定義：第三方提供商通過網(wǎng)絡(luò)動態(tài)提供和配置IT功能（硬件、軟件或服務(wù)）。

霧計算是云計算概念的延伸。它是局域網(wǎng)中的一種分布式計算方法。符合互聯(lián)網(wǎng)“去中心化”的特點。獨特的應(yīng)用特性使得這種計算范式支持更多的邊緣節(jié)點。

2011年，邊緣計算（Edge）的概念同時出現(xiàn)。社區(qū)給出的定義是：邊緣計算是在網(wǎng)絡(luò)邊緣為應(yīng)用開發(fā)者和服務(wù)提供商提供云服務(wù)和IT環(huán)境。旨在提供接近數(shù)據(jù)輸入或用戶的計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)帶寬的服務(wù)。

霧計算與邊緣計算的區(qū)別在于霧計算具有層次化、網(wǎng)絡(luò)化的架構(gòu)，而邊緣計算依賴于不構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的單個節(jié)點。霧計算中的不同節(jié)點具有廣泛的點對點互連能力，而邊緣計算是一個運行在孤島中的節(jié)點，這些節(jié)點被容納在云或霧網(wǎng)絡(luò)中以實現(xiàn)流量傳輸。

云計算、霧計算和邊緣計算是三種不同但相關(guān)的計算范式，每一種可能對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有不同的要求。如今，云計算中的云數(shù)據(jù)庫的特性基本得到驗證，但也在不斷發(fā)展。霧計算中霧數(shù)據(jù)庫的特點尚未被提出，邊緣計算中的數(shù)據(jù)庫是否可以從傳統(tǒng)的單機數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中稍微演進一些也沒有被提及或討論。

但是，三種不同的計算方式必須適用于不同類型的應(yīng)用，對數(shù)據(jù)存儲、管理、計算和交換的要求也必須不同。深入研究不同應(yīng)用的需求和特點，提供不同類型的數(shù)據(jù)庫。未來數(shù)據(jù)庫的種類或形式一定會更加豐富多彩。

01 云原生

Cloud的概念早在云原生的概念之前就出現(xiàn)了，其內(nèi)容可以概括為一種方法論，稱為12- (12-App)。根據(jù)這12個要素，人們對數(shù)據(jù)庫提出了如下一些具體的要求，使數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生了變化。

Matt Stine 在 2017 年的一次技術(shù)會議上的分享中提出了“云與微服務(wù)：一種共生關(guān)系”的概念，云原生（Cloud）的概念正式誕生。他將云原生分為六個特征：模塊化、可觀察、可部署、可測試、可替換和可處理。

Matt Stine 認(rèn)為：服務(wù)的基本原則是有明確的重點（應(yīng)用功能細分的要求）、明確的契約（應(yīng)明確定義應(yīng)用與后臺服務(wù)之間的接口）、明確的 API（應(yīng)用程序與后臺服務(wù)之間的接口在形式上應(yīng)清晰易用）。

云原生一般被認(rèn)為是思想的集合，包括很多東西：、持續(xù)交付()、微服務(wù)()、敏捷基礎(chǔ)設(shè)施(Agile)、康威定律(Law)等，并根據(jù)公司重組其商業(yè)能力。

這使得云原生的概念全面而復(fù)雜，它是一系列技術(shù)、企業(yè)管理方法的集合，既包括技術(shù)（微服務(wù)，敏捷基礎(chǔ)設(shè)施），又包括管理（從，管理技術(shù)在持續(xù)的層面上）交付、康威定律和重組）。

云計算改變了傳統(tǒng)的應(yīng)用模式，其自身特點如下。

1.縮放

IT 設(shè)施正在從分散式轉(zhuǎn)向集中式和大規(guī)模。大規(guī)模數(shù)據(jù)中心作為基礎(chǔ)設(shè)施大量建立，為全社會提供集中服務(wù)。

2.資源池

IT設(shè)施規(guī)模化后，硬件資源需要根據(jù)彈性業(yè)務(wù)的需求進行統(tǒng)一管理。業(yè)務(wù)規(guī)模要具備動態(tài)、瞬時的伸縮能力，所以要集中硬件資源，提供彈性服務(wù)。

云計算有望通過互聯(lián)網(wǎng)為用戶提供按需的IT資源服務(wù)。因此，云服務(wù)提供商必須確保在提供的硬件資源上擁有足夠容量的資源池，以確保在并發(fā)業(yè)務(wù)高峰時段滿足用戶的服務(wù)需求。這就是云服務(wù)的資源池化。

作為一種服務(wù)，云數(shù)據(jù)庫類似于云計算，它可以管理和使用的資源也需要資源池化。這樣，用戶在使用云數(shù)據(jù)庫服務(wù)時，不需要了解云數(shù)據(jù)庫中的實際架構(gòu)和技術(shù)實現(xiàn)，用戶感知到的就是自己使用的獨立完整的數(shù)據(jù)管理服務(wù)和相應(yīng)的計算資源。

對于用戶來說，資源管理作為多租戶特性體現(xiàn)在云數(shù)據(jù)庫中服務(wù)器運維技術(shù)，根據(jù)租戶租用的資源提供服務(wù)。將數(shù)據(jù)庫內(nèi)部資源池化后，可以為用戶應(yīng)用提供彈性伸縮服務(wù)。

3.面向服務(wù)

云計算改變了 IT 行業(yè)過去可以提供的服務(wù)。

4.多元化

數(shù)據(jù)形式和應(yīng)用場景由簡單化向多樣化轉(zhuǎn)變。服務(wù)、微服務(wù)等已經(jīng)成型，()作為一種FaaS(-as-a-)也開始為世界的多樣性和興奮做出貢獻。

02 云數(shù)據(jù)庫

為了滿足云應(yīng)用的研發(fā)需求，在云上提供服務(wù)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)也相應(yīng)發(fā)生了一些變化。云原生數(shù)據(jù)庫是指通過云平臺構(gòu)建、部署、交付和自動運維的數(shù)據(jù)庫服務(wù)。

該服務(wù)通常采用DBaaS（-as-a-）的形式，隱藏了數(shù)據(jù)庫架構(gòu)和實現(xiàn)細節(jié)，以多租戶和高效資源分發(fā)的形式自動管理云資源，為用戶提供A滿足彈性伸縮、高可用、高可靠、高安全、強一致性要求，隨時隨地可訪問的數(shù)據(jù)庫服務(wù)。

該服務(wù)具有自動化運維能力（需要很少的人力），可以提供自動備份恢復(fù)、自動性能調(diào)優(yōu)、大型數(shù)據(jù)庫集群的自動資源調(diào)整等。工作（具有智能數(shù)據(jù)庫的特點）。該能力降低了云數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)托管和維護的成本，并大規(guī)模提高了資源利用率。

總的來說，云數(shù)據(jù)庫的特點可以概括為解放用戶和適應(yīng)業(yè)務(wù)。具體可以轉(zhuǎn)化為以下6項，其中前3項屬于解放用戶類，后3項屬于適應(yīng)業(yè)務(wù)類。

1.智能運維（智能數(shù)據(jù)庫）

故障可以自愈，包括停機自動遷移、故障隔離、異常流量自動調(diào)度、負(fù)載均衡、自動限制流降級等。數(shù)據(jù)庫可以自動調(diào)優(yōu)，自動調(diào)整資源使用，有自適應(yīng)算法，以應(yīng)對應(yīng)用程序的負(fù)載等。這些能力可以概括為自調(diào)優(yōu)、自適應(yīng)、自動駕駛（業(yè)界將自動駕駛的標(biāo)準(zhǔn)分為6個級別，數(shù)據(jù)庫社區(qū)借用這個級別來定義數(shù)據(jù)庫自動駕駛的概念）。

2.易于管理

智能運維的性能易于管理。云數(shù)據(jù)庫具備異常自動分析診斷能力，可實現(xiàn)白屏、智能化、規(guī)?；?、少人化運維操作。

3.極致體驗

用戶可以以最簡單的方式完成數(shù)據(jù)庫的申請、創(chuàng)建、監(jiān)控、報警、故障定位，給用戶帶來極其便捷的體驗。

4.彈性伸縮

可根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用負(fù)載自動伸縮，具備秒級擴縮容能力，靈活動態(tài)分配或釋放資源，結(jié)合靈活計費策略，可大幅降低用戶使用成本。本文部分內(nèi)容與智能運維有重疊，但描述問題的角度不同。本文從系統(tǒng)可擴展性的角度描述了云數(shù)據(jù)庫的重要特性。

將業(yè)務(wù)或系統(tǒng)遷移到云端就是購買應(yīng)對未來的可能性。對于商家在業(yè)務(wù)發(fā)展過程中，隨著數(shù)據(jù)的積累，存儲可以隨時在云端擴展，計算節(jié)點也可以自由擴展。這是商家從小到大的最佳資源利用。方法是最便宜的方法。

支持這種業(yè)務(wù)發(fā)展的技術(shù)是彈性伸縮。在彈性伸縮中，需要考慮事務(wù)執(zhí)行的順序。對于數(shù)據(jù)庫架構(gòu)來說，這個順序就是存儲和計算的分離。

5.按需計費

支持設(shè)置多個按量計費（如流量、存儲、調(diào)用次數(shù)、調(diào)用時長、內(nèi)核數(shù)、內(nèi)存資源使用量等）。這種定價策略可以讓用戶根據(jù)業(yè)務(wù)情況靈活匹配最優(yōu)的計量模式，節(jié)省用戶成本。

6.安全和資源隔離

云數(shù)據(jù)庫采用共享池化技術(shù)，提高計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源的利用率，隔離用戶并發(fā)爭用資源。此外，提供多租戶方式，實現(xiàn)安全隔離，避免信息泄露或攻擊。

以上內(nèi)容為云數(shù)據(jù)庫的設(shè)計指明了方向。

03 數(shù)據(jù)庫

它是一種無服務(wù)器架構(gòu)，它不是一個特定的編程框架或工具，而是一個軟件系統(tǒng)架構(gòu)思想和方法的核心思想是讓用戶不需要關(guān)注支持的底層主機應(yīng)用服務(wù)的運營。用戶可根據(jù)應(yīng)用需要，按需使用底層服務(wù)器（硬件和軟件系統(tǒng)），按使用量付費。此類應(yīng)用所需的計算資源由底層云計算平臺動態(tài)提供。

云原生數(shù)據(jù)庫作為后臺服務(wù)，提供了一種數(shù)據(jù)庫服務(wù)/訪問方式來連接用戶，這個方式就是方法。但是，它不僅是一種連接數(shù)據(jù)庫的服務(wù)方式，也是一種連接其他類型服務(wù)的方式。是云數(shù)據(jù)庫的服務(wù)能力。云數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)存儲、管理和計算能力轉(zhuǎn)化為服務(wù)，為用戶提供服務(wù)。

一個有能力的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需要在存儲層面解決無限的數(shù)據(jù)存儲能力；在計算層面，需要提供彈性計算能力；在內(nèi)部系統(tǒng)架構(gòu)上，需要提供監(jiān)控和調(diào)度能力。資源分配可以動態(tài)進行；對于數(shù)據(jù)庫的每個組件服務(wù)器運維技術(shù)，都必須具備被池化的能力，即具備自動管理資源的能力；對于用戶訪問層，必須能夠響應(yīng)用戶訪問事件請求，根據(jù)訪問量，利用前述的存儲、計算、管理基礎(chǔ)彈性伸縮，應(yīng)對應(yīng)用層的峰谷，并按體積收費。

如果云數(shù)據(jù)庫具有無服務(wù)器架構(gòu)的能力并支持依賴于數(shù)據(jù)庫類的應(yīng)用程序，則可以調(diào)用它。在構(gòu)建能力時，云數(shù)據(jù)庫應(yīng)具備以下特點。

圖 6-1 展示了 AWS 的功能。

▲圖6-1 數(shù)據(jù)庫有能力

在應(yīng)用層，可以以函數(shù)或事件的形式進行連接。進入服務(wù)平臺。比如AWS API接口會觸發(fā)AWS函數(shù)或者函數(shù)，這些函數(shù)會從數(shù)據(jù)庫表中獲取數(shù)據(jù)流，返回應(yīng)用時數(shù)據(jù)的格式是固定的。不同的云計算廠商有不同的設(shè)計方案，但使用的思路是相似的。

作者簡介：李海翔（網(wǎng)名：），騰訊金融云數(shù)據(jù)庫首席研究員，騰訊T14級專家，騰訊TDSQL分布式數(shù)據(jù)庫首席架構(gòu)師。中國人民大學(xué)、北京林業(yè)大學(xué)特聘碩士生導(dǎo)師，CCF數(shù)據(jù)庫專委會委員，DTCC（中國數(shù)據(jù)庫技術(shù)大會）專家委員會委員，北京市科技進步一等獎獲得者。申請并獲得專利70余項，在VLDB等數(shù)據(jù)庫會議上發(fā)表論文數(shù)篇，參與多項國家863重大項目、核高技術(shù)、工信部、科技部和其他項目。

本文摘自《分布式數(shù)據(jù)庫的原理、架構(gòu)與實踐》，經(jīng)出版社授權(quán)發(fā)表。

《分布式數(shù)據(jù)庫原理、架構(gòu)與實踐》

推薦：騰訊T14級專家，騰訊金融云數(shù)據(jù)庫首席研究員，騰訊TDSQL首席架構(gòu)師撰寫，從原理、架構(gòu)、案例三個維度深度解析分布式數(shù)據(jù)庫。