OceanBase是阿里集团开发的可扩展关系数据库，实现了数千亿条记录、数百TB数据的跨行、跨表交易。截至2012年8月，已支持收藏夹、直通车报表、天猫评价等OLTP和OLAP在线服务，在线数据量突破1000亿。

从模块划分来看，阿里数据库oceanbase可以分为四个模块：主服务器RootServer、UpdateServer更新服务器、基线数据服务器ChunkServer和MergeServer Mergeserver。OceanBase系统中的数据按照时间线分为基线数据和增量数据。基线数据是只读的，所有修改都会更新到增量数据中。增量数据通过合并操作有规律地合并到基线数据中。

阿里数据库oceanbase系统架构

OceanBase由以下部分组成：

●客户端：用户使用OceanBase的方式和MySQL数据库完全一样，支持JDBC、C客户端访问等等。基于MySQL数据库开发的应用和工具可以直接迁移到OceanBase。

●RootServer：管理集群中的所有服务器、子表的数据分发和副本管理。根服务器一般是一主一备，主备之间的数据是强同步的。

●UpdateServer：存储OceanBase系统的增量更新数据。UpdateServer一般是一主一备，主备之间可以配置不同的同步模式。部署时，UpdateServer进程和RootServer进程通常共享物理服务器。

●ChunkServer：存储OceanBase系统的基线数据。基线数据通常存储在两个或三个副本中，这是可以配置的。

●MergeServer：接收并解析用户的SQL请求，经过词法分析、语法分析、查询优化等一系列操作后，转发给对应的ChunkServer或UpdateServer。如果请求的数据分布在多个ChunkServer上，MergeServer还需要合并多个ChunkServer返回的结果。客户端与MergeServer之间采用原生MySQL通信协议，MySQL客户端可以直接访问MergeServer。

阿里数据库oceanbase支持部署多个机房。每个机房都配备了一个完整的OceanBase集群，包括RootServer、MergeServer、ChunkServer和UpdateServer。每个集群负责数据划分、负载均衡、集群服务器管理等操作。通过主集群的主更新服务器对备用集群的同步增量更新操作日志，实现集群间的数据同步。客户端配置了多个集群的RootServer地址列表，用户可以设置每个集群的流量分配比例。根据这一比率，客户端将读写操作发送到不同的群集：

阿里数据库oceanbase客服端

1)请求RootServer获取集群中MergeServer的地址列表。

2)选择一个MergeServer按照一定的策略发送读写请求。与客户端的通信协议MergeServer兼容原生MySQL协议，只需要调用标准库如MySQL JDBC驱动或MySQL C客户端即可。客户端支持两种主要策略：随机散列和一致散列。哈希的主要目的是将同一个SQL请求发送到同一个MergeServer，方便MergeServer缓存查询结果。

3)如果对MergeServer的请求失败，请从MergeServer列表中重新选择一个MergeServer，然后重试。如果对MergeServer的请求失败超过一定次数，则将MergeServer列入黑名单并从MergeServer列表中删除。此外，客户端将定期请求根服务器更新MergeServer地址列表。

如果OceanBase部署了多个集群，客户端还需要处理多个集群的流量分配。用户可以设置多个集群之间的流量分配比例，客户端得到流量分配比例后，按照这个比例向不同的集群发送请求。

根服务器

RootServer的功能主要包括集群管理、数据分发和副本管理。

RootServer管理群集中的所有MergeServer、ChunkServer和UpdateServer。每个集群中同时只允许有一个UpdateServer提供写服务，这个UpdateServer成为主UpdateServer。这种方法通过牺牲一些可用性来实现强大的一致性。RootServer通过租用机制选择唯一的主更新服务器。当原始主更新服务器失败时，RootServer可以在原始租约到期后选择新的更新服务器作为主更新服务器。此外，RootServer与Mergeserver & Chunkserver保持心跳，因此它可以感知联机和脱机Mergeserver & Chunkserver机器的列表。

阿里数据库oceanbase表中的数据使用主键进行内部排序和存储，主键由若干列组成，并且是唯一的。在OceanBase中，基线数据按主键排序，并分成数据量大致相同的数据范围，这些数据范围称为子表。每个子表的默认大小是256MB(可配置)。OceanBase的数据分发模式与Bigtable相同，不同的是OceanBase没有采用RootTable)+元数据表的二级索引结构，而是采用了根表的一级索引结构。

主键值在[1，100]之间的表分为1 ~ 25、26 ~ 50、51 ~ 80、81 ~ 100四个子表。RootServer中的根表记录了每个子表所在的ChunkServer的位置信息，每个子表包含分布在多个chunk server中的多个副本(一般为三个副本，可配置)。当其中一个ChunkServer出现故障时，RootServer可以检测到它，并触发向这个ChunkServer上的子表添加副本的操作；另外，RootServer会定期进行负载均衡，选择一些子表从负载较高的机器迁移到负载较低的机器。

RootServer采用一主一备的结构，主备之间数据同步性强，通过Linux HA(http：//www.linux-ha.org)软件实现高可用性。备用根服务器共享VIP。当主根服务器出现故障时，VIP可以自动漂移到备用根服务器所在的机器上。在备用根服务器检测到它之后，它切换到向主根服务器提供服务。

合并服务器

MergeServer的功能主要有：协议分析、SQL分析、请求转发、结果合并、多表操作等。

OceanBase客户端和MergeServer之间的协议是MySQL协议。MergeServer首先分析MySQL协议，提取用户发送的SQL语句，然后进行词法分析和语法分析，生成SQL语句的逻辑查询计划和物理查询计划，最后根据物理查询计划调用OceanBase内部的各种运算符。

MergeServer缓存子表分布信息，并根据请求中涉及的子表将请求转发给子表所在的ChunkServer。如果是写操作，它也将被转发到更新服务器。有些请求需要跨越多个子表。此时，MergeServer会将请求拆分并发送给多个chunk server，并将这些chunk server返回的结果进行合并。如果请求涉及多个表，MergeServer需要先从ChunkServer获取每个表的数据，然后进行多表关联或嵌套查询等操作。

MergeServer支持多个chunk server的并发请求，即多个请求被发送到多个chunk server，然后所有请求被一次性应答。此外，在SQL执行期间，如果子表所在的ChunkServer出现故障，MergeServer会将请求转发给子表的其他副本所在的ChunkServer。这样，ChunkServer故障不会影响用户的查询。

MergeServer本身没有状态，所以MergeServer的宕机不会影响用户，客户端会自动屏蔽故障的MergeServer。

ChunkServer

ChunkServer的功能包括：存储多个子表，提供阅读服务，执行定期合并和数据分发。

阿里数据库oceanbase将一个大表分成大小约为256MB的子表。每个子表由一个或多个SSTable(一般为一个)组成，每个SSTable由多个块组成(可配置的块，大小从4 KB到64 KB不等)。数据按照主键的顺序存储在表中。要查找一行数据，首先需要定位该行所属的子表，然后在相应的表中执行二分搜索法。SSTable支持两种缓存模式，块缓存和行缓存。块缓存最近以块为单位读取数据，行缓存最近以行为单位读取数据。

MergeServer将每个子表的读取请求发送给子表所在的ChunkServer，ChunkServer。Chunkserver首先读取SSTable中包含的基线数据，然后请求UpdateServer获取相应的增量更新数据，再将基线数据与增量更新融合得到最终结果。

因为每次读取都需要从UpdateServer获取最新的增量更新，所以为了保证读取性能，需要限制UpdateServer中的增量更新数据量，最好将数据全部存储在内存中。OceanBase会周期性的触发合并或者数据分发操作，其中ChunkServer会在前段时间从UpdateServer获取更新操作。一般情况下，OceanBase集群会在服务高峰期(凌晨1：00开始，可配置)每天执行一次合并操作。这种合并操作通常被称为每日合并。

更新服务器

UpdateServer是群集中唯一可以接受写入的模块，并且每个群集中只有一个主更新服务器。UpdateServer中的更新操作首先被写入内存表。当内存表中的数据量超过某个值时，可以生成快照文件并转储到SSD。快照文件的组织方式类似于ChunkServer中的SSTable，因此这些快照文件也称为SSTable。另外，由于数据行有些列更新了，有些列没有更新，所以存储在SSTable中的数据行是稀疏的，称为稀疏SSTable。

为了保证可靠性，主更新服务器需要在更新内存表之前写操作日志，并同步到备用更新服务器。当主更新服务器失败时，根服务器上维护的租约将失效。此时，RootServer将从备用更新服务器列表中选择最新的备用更新服务器，并切换到主更新服务器继续提供写入服务。UpdateServer停机重启后，需要先加载转储的快照文件(SSTable文件)，然后回放快照点之后的操作日志。

由于集群中只有一个提供写服务的主UpdateServer，OceanBase可以轻松实现跨银行、跨表事务，而不需要采用传统的两阶段提交协议。当然，这也带来了一系列问题。由于整个集群的所有读写操作都必须经过updateserver，因此UpdateServer的性能非常重要。OceanBase cluster通过两种机制将UpdateServer的增量更新持续分发到ChunkServer：定期合并和数据分发。然而，UpdateServer只需要在短时间内提供新添加的数据，所有这些数据通常都可以存储在内存中。此外，UpdateServer的内存操作、网络架构、磁盘操作在系统实现时也需要进行大量优化。

阿里数据库oceanbase定期整合和数据分发

定期整合和数据分发都是将增量更新从UpdateServer分发到ChunkServer的方法，它们的总体过程是相似的：

1)UpdateServer冻结当前活动内存表，生成冻结内存表，打开新的活动内存表，后续更新操作写入新的活动内存表。

2)UpdateServer通知RootServer数据版本发生变化，然后RootServer通过心跳消息通知ChunkServer。

3)每个ChunkServer开始定期的合并或数据分发操作，从UpdateServer获取每个子表对应的增量更新数据。

定期合并和数据分发的区别在于，ChunkServer在数据分发的过程中只在本地缓存UpdateServer中冻结内存表中的增量更新数据，而ChunkServer在定期合并的过程中需要将本地s表中的基线数据和冻结内存表中的增量更新数据合并一次，融合后生成新的基线数据并存储在新的s表中。定期合并对系统的服务能力影响很大，往往安排在日常服务的高峰时段进行(比如凌晨1:00开始)，而数据分发可以不受限制。

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