一、  POLARDB產品架構簡介

POLARDB是阿里云數據庫團隊研發的基于第三代云計算架構下的商用關系型云數據庫產品，實現100%向下兼容MySQL5.6的同時，支持單庫容量擴展至上百TB以及計算引擎能力及存儲能力的秒級擴展能力，對比MySQL有6倍性能提升及相對于商業數據庫實現大幅度降低成本。

第三代分布式共享存儲架構究竟有什么優勢？

圖為POLARDB的第三代分布式共享存儲架構

首先，受益于第三代分布式共享存儲架構，使POLARDB實現了計算節點(主要做SQL解析以及存儲引擎計算的服務器)與存儲節點(主要做數據塊存儲，數據庫快照的服務器)的分離，提供了即時生效的可擴展能力和運維能力。

眾所周知，在傳統數據庫上做擴容、備份和遷移等操作，花費的時間和數據庫的容量成正比，往往上TB的數據庫容量加個只讀副本就需要一到兩天時間。POLARDB的存儲容量可以實現無縫擴展，不管數據量有多大，2分鐘內即可實現只讀副本擴容，1分鐘內即可實現全量備份，為企業的快速業務發展提供了彈性擴展能力。

其次，與傳統云數據庫一個實例一份數據拷貝不同，POLARDB同一個實例的所有節點(包括讀寫節點和只讀節點)都實現訪問存儲節點上的同一份數據，使得POLARDB的數據備份耗時實現秒級響應。(備份時間與底層數據量無關)

最后，借助優秀的RDMA網絡以及最新的塊存儲技術，實現服務器宕機后無需搬運數據重啟進程即可服務，滿足了互聯網環境下企業對數據庫服務器高可用的需求。

二、為什么POLARDB能做到6倍于MySQL的性能？ 

這里我們將分別以存儲性能、計算性能來進行解讀詮釋。

圖為阿里云POLARDB性能全景

1.POLARDB的存儲引擎性能優化

持續釋放硬件紅利 

眾所周知，關系型數據庫是IO密集型的應用，IO性能的提高對數據庫的性能提升至關重要。過去十年我們看到在數據庫領域，SSD替換HDD的過程給數據庫數據處理的吞吐能力帶來了數量級的提升。

POLARDB采用了領先的硬件技術：包括使用3DXpoint存儲介質的Optane存儲卡、NVMeSSD和RoCE RDMA網絡。同時面向新硬件架構實現軟硬一體優化：從數據庫、文件系統到網絡通訊協議、分布式存儲系統和設備驅動，POLARDB實現縱貫軟件棧各層次的整個IO鏈條的深度優化。

為了將3DXpoint顆粒的高性能和3D NAND顆粒的低成本結合起來，POLARDB創新的在軟件層實現對高速的Optane卡和大容量高吞吐的NVMeSSD進行組合，實現一個名為混合存儲層。既保證數據寫入的低延遲、高吞吐、高QoS，又使整體方案兼具較高的性價比。

旁路內核，榨干硬件能力 

在POLARDB里，華沙機房主機 荷蘭主機，為了追求更高的性能、更低的延遲，阿里云數據庫團隊大膽的拋棄了Linux內核提供的各種機制，比如塊設備、各種文件系統例如ext4，以及TCP/IP協議棧和socket編程接口而選擇了另起爐灶。最終，POLARDB實現了一整套在用戶態運行的IO和網絡協議棧。

POLARDB用戶態協議棧解決了內核IO協議棧慢的問題。用戶程序在用戶態直接通過DMA操作硬件設備，通過輪詢的方式監聽硬件設備完成IO事件，消除了上下文切換和中斷的開銷。用戶程序還可以將IO處理線程和cpu進行一一映射，每個IO處理線程獨占CPU，相互之間處理不同的IO請求，綁定不同的IO設備硬件隊列，一個IO請求生命周期從頭到尾都在一個線程一顆CPU上處理，不需要鎖進行互斥。這種技術實現最大化的和高速設備進行性能交互，實現一顆CPU達每秒約20萬次IO處理的能力，并且保持線性的擴展能力，也就意味著4顆CPU可以達到每秒80萬次IO處理的能力，在性能和經濟型上遠高于內核。

網絡也是類似的情況。過去傳統的以太網，網卡發一個報文到另一臺機器，中間通過一跳交換機，大概需要一百到兩百微秒。POLARDB支持ROCE以太網，應用程序通過RDMA網絡，直接將本機的內存寫入另一臺機器的內存地址，或者從另一臺機器的內存讀一塊數據到本機，中間的通訊協議編解碼、重傳機制都由RDMA網卡來完成，不需要CPU參與，使性能獲得極大提升，傳輸一個4k大小報文只需要6、7微秒的時間。如同內核的IO協議棧跟不上高速存儲設備能力，再一次的，內核的TCP/IP協議棧跟不上高速網絡設備能力，被POLARDB的用戶態網絡協議棧代替。

硬件DMA和物理復制實現的數據庫多副本 

大家都知道關系型數據庫的重要特性歸納起來是“ACID”，其中A是原子性，C是約束，I是隔離性，D是持久性。