Первый стабильный выпуск отказоустойчивой СУБД CockroachDB
Состоялся первый стабильный выпуск распределенной СУБД CockroachDB, позволяющей создавать высоконадежные горизонтально масштабируемые хранилища. При помощи CockroachDB можно создавать географически распределенные системы, отличающихся высокой живучестью и не зависящие от сбоев дисков, узлов и даже выхода из строя целых центров обработки данных. Ситуации сбоев обрабатываются автоматически и работа восстанавливается с минимальными задержками. При этом CockroachDB гарантирует целостность ACID-транзакций, предоставляет возможность использования SQL для манипуляции с данными, позволяет вносить изменения в схему хранения на лету, поддерживает индексы и внешние ключи.
CockroachDB разработан под впечатлением от технологий Google Spanner и F1, но в отличие от них является полностью открытым продуктом. Код проекта написан на языке Go и распространяется под лицензией Apache 2.0. Из наиболее подходящих для CockroachDB применений отмечается организация хранения данных приложений, от которых требуется постоянная доступность и целостность данных, а также гибкая масштабируемость (расширение сводится к добавлению новых узлов, которые автоматически включаются в кластер).
CockroachDB предоставляет средства для автоматической репликации, ребалансировки хранилища, обнаружения сбоев и восстановления, при минимальной настройке и обслуживании, что отлично подходит для создания распределенных хранилищ и облачных решений, развертываемых поверх нескольких центров обработки данных. Система обработки транзакций соответствует требованиям ACID. Обмен данными между узлами производится с использованием шифрование, аутентификация выполняется на основе SSL-сертификатов, для клиентов предусмотрена система разделения привилегий. Для приложений предоставляется высокоуровневый SQL API (урезанное подмножество SQL), совместимый с клиентскими драйверами для PostgreSQL.
Из ограничений CockroachDB отмечается плохая пригодность для решений, требующих очень низкого времени отклика при выполнении операций записи и чтения. CockroachDB также раньше не был адаптирован для нагруженных систем обработки аналитической информации (OLAP), манипулирующих сразу большими срезами данных, и был плохо оптимизирован для выполнения сложных SQL-запросов со слиянием нескольких таблиц (JOIN). В версии CockroachDB 1.0 разработчики попытались решить проблемы со сложными запросами и представили новый движок распределенного выполнения запросов, допускающий выполнение операций JOIN над данными, распределенными по разным узлам. Новый движок позволяет добиться линейного ускорения аналитических запросов при добавлении новых узлов в кластер. Новая система уже используется в компании Baidu для обработки БД, расширяющейся примерно на 2 миллиардов записей в день.
На низком уровне данные хранятся в формате RocksDB (вариант LevelDB) в виде связок ключ/значение с разбивкой на сегменты, охватывающие определенный диапазон данных (по умолчанию размер сегмента - 64MB). После заполнения сегмента данные разбиваются на два новых сегмента, каждый из которых охватывает более узкий диапазон значений, и этот процесс разбиения производится непрерывно. При наличии нескольких узлов образуемые новые сегменты автоматически распределяются на узлы, на которых больше свободных ресурсов. Ребалансировка производится с использованием P2P-протокола gossip, который помогает поддерживать информацию о доступных адресах узлов и состоянии их ресурсов.
Для обеспечения отказоустойчивости данные реплицируются на несколько узлов, на основе которых строится кластер без единой точки отказа, способный работать в режиме multi-active. Для обеспечения непротиворичивости реплик при записи используется метод достижения консенсуса на основе алгоритма Raft. Для обеспечения непротиворечивости операций чтения используется собственный алгоритм синхронизации на основе временных меток. В рамках одной транзакции могут охватываться данные с разных узлов. При репликации данных учитывается топология кластера - дубликаты создаются с учетом обеспечения резервирования разных серверов, стоек и ЦОД.
