数据库架构设计的三种模式

参考文章：数据库架构设计的三种模式：share nothing , share everythong , share disk

Share-Nothing架构原理

背景介绍

Share nothing理论在数据库设计和优化中的实践应用，首先介绍share nothing概念。最早接触它是在 DataBaseManagentSystem一书的并行数据库章节中。并行数据库要求尽可能的去并行执行数据库操作，从而提高性能。在并行计算体系结构实现中有很多可选的体系结构。

数据库构架设计中主要有Shared Everthting、Shared Nothing、和Shared Disk：

1. Shared Everthting:一般是针对单个主机，完全透明共享CPU/MEMORY/IO，并行处理能力是最差的，典型的代表SQLServer
2. Shared Disk：各个处理单元使用自己的私有 CPU和Memory，共享磁盘系统。典型的代表Oracle Rac， 它是数据共享，可通过增加节点来提高并行处理的能力，扩展能力较好。其类似于SMP（对称多处理）模式，但是当存储器接口达到饱和的时候，增加节点并不能获得更高的性能 。
3. Shared Nothing：各个处理单元都有自己私有的CPU/内存/硬盘等，不存在共享资源，类似于MPP（大规模并行处理）模式，各处理单元之间通过协议通信，并行处理和扩展能力更好。典型代表DB2 DPF和Hadoop ，各节点相互独立，各自处理自己的数据，处理后的结果可能向上层汇总或在节点间流转。
4. 我们常说的 Sharding 其实就是Share Nothing架构，它是把某个表从物理存储上被水平分割，并分配给多台服务器（或多个实例），每台服务器可以独立工作，具备共同的schema，比如MySQL Proxy和Google的各种架构，只需增加服务器数就可以增加处理能力和容量。
5. Shared nothing架构（shared nothing architecture）是一 种分布式计算架构。这种架构中的每一个节点（ node）都是独立、自给的，而且整个系统中没有单点竞争。
6. 在一个纯Shared Nothing系统中，通过简单地增加一些廉价的计算机做为系统的节点即可以获取几乎无限的扩展。
7. Shared nothing系统通常需要将他的数据分布在多个节点的不同数据库中（不同的计算机处理不同的用户和查询）或者要求每个节点通过使用某些协调协议来保留它自己的应用程序数据备份 ，这通常被成为数据库Sharding。

 数据库三种设计模式：

1. share-memory：多个cpu共享同一片内存，cpu之间通过内部通讯机制（interconnection network）进行通讯；
2. share-disk：每一个cpu使用自己的私有内存区域，通过内部通讯机制直接访问所有磁盘系统。
3. share-nothing：每一个cpu都有私有内存区域和私有磁盘空间，而且2个cpu不能访问相同磁盘空间，cpu之间的通讯通过网络连接。

#三种体系结构如下图：

              Share disk                         share nothing                          share memory

　　Shared memory 体系结构的cpu之间通过主存进行通讯，具有很高的效率；但当更多的cpu被添加到主机上时，内存竞争contetion就成为瓶颈，cpu越多，瓶颈越 厉害。Shared disk也存在同样问题，因为磁盘系统由 Interconnection Network 连接在一起。

　　Shared memory和shared disk的基本问题是interference：当添加更多的cpu，系统反而减慢，因为增加了对内存访问（memroy access）和网络带宽（network bandwidth）的竞争。这样shared nothing体系得到了广泛的推广。

　Shared nothing体系是数据库稳定增长，当随着事务数量不断增加，增加额外的cpu和主存就可以保证每个事务处理时间不变。

　　总的来说，shared nothing降低了竞争资源的等待时间，从而提高了性能。反过来，如果一个数据库应用系统要获得良好的可扩展的性能，它从设计和优化上就要考虑 shared nothing体系结构。Share nothing means few contention.它在oracle数据库设计和优化上有很多相同之处。

　　Share nothing 对数据库应用主要体现在多用户并行访问系统时候，优化数据库操作的response time上。如果数据库操作能够顺利获得所需要的资源，不发生等待事件，自然可以减少response time. 同时也体现在操作尽量少占用资源上，避免浪费时间在无用功上。

       如Sequence的实现方式。如果使用OracleSequence ，oracle可以缓存sequence，这样最小的降低多个Session获得唯一序列的竞争。如果设计为实体化表存储sequence value方式，每次获得sequence value都需要锁住纪录，这样产生了严重资源竞争，导致hot block.同时增加了Response time.

       如存储过 程的使用，也体现着share nothing原理。将多个sql 封装在存储过程中，避免了不必要的SQL*Net message from/to client， SQL*Net data from/to client 等等待事件。这体现了设计良好的应用使用最少的资源完成工作。

       如在优化sql/表结构设计上，share nothing意味着降低查询的执行成本—— I/O和cpu usage.这主要体现在降低consistent gets上。在物理设计上，share nothing体现在避免磁盘热点块，协调进程对磁盘的竞争，平衡磁盘利用率上。

Oracle自身设计上很多都体现了Share Nothing特性；在设计可扩展的数据库应用的时候也要注意到这点。

最后

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