業(yè)界首個《云原生數(shù)據(jù)庫白皮書》

來源：華為云計算技術有限公司和中國信息通信研究院云計算與大數(shù)據(jù)研究所時間：2022-08-19 14:06:52 作者：

　　云原生的本意是指應用“生于云，長于云”，“原生”要求應用或服務從一開始就基于云架構來設計和構建。早在容器技術流行之前，Netflix這樣的互聯(lián)網(wǎng)公司就已經(jīng)在實踐云原生的技術和應用構建方式，云原生數(shù)據(jù)庫基于這個理念應運而生。

　　云原生數(shù)據(jù)庫是指為云架構而設計和構建的數(shù)據(jù)庫，云架構場景下要求有更高的擴展性、多租戶、分布式部署等能力。

　　隨著信息技術的飛速發(fā)展以及智能終端的不斷普及，全球數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，數(shù)據(jù)庫作為支撐數(shù)據(jù)處理的核心技術需要不斷創(chuàng)新變革。云原生數(shù)據(jù)庫能夠充分結合云基礎設施的優(yōu)勢能力和特點構建數(shù)據(jù)處理和管理能力，使得企業(yè)數(shù)據(jù)管理模式邁入新臺階。

　　日前，華為云與中國信通院云計算與大數(shù)據(jù)研究所共同發(fā)布了業(yè)界首個《云原生數(shù)據(jù)庫白皮書》。白皮書首先闡述了云原生數(shù)據(jù)庫的發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀，之后從云原生數(shù)據(jù)庫應用場景、技術架構、關鍵技術以及不同場景下的生產(chǎn)實踐詳細地介紹了云原生數(shù)據(jù)庫的技術模式，最后通過結合當前應用現(xiàn)狀及問題，指明了未來云原生數(shù)據(jù)庫的技術方向，力求梳理云原生數(shù)據(jù)庫全流程概念及方法。

　　概念源于國外，國內發(fā)展迅猛

　　云原生數(shù)據(jù)庫起源于 Amazon，隨之受到國內廠商的廣泛關注。

　　以華為云、阿里云、騰訊云等為代表的頭部廠商投入大量資源進行研發(fā)。僅三年左右的時間，市場已經(jīng)形成較為成熟的云原生數(shù)據(jù)庫應用模式并應用在不同的場景中。

　　根據(jù)中國信息通信研究院面向國內企業(yè)的調研，受訪組織認為云原生數(shù)據(jù)庫領域較有影響力的廠商和產(chǎn)品排名前四位的分別是華為云 GaussDB、阿里云 PolarDB、騰訊云 TDSQL-C 以及 AWS 的 Aurora。

　　可以看出，國產(chǎn)云原生數(shù)據(jù)庫雖然起步較國外稍晚，但在國內的發(fā)展迅猛，影響力已逐步超過國外云原生數(shù)據(jù)庫。

　　云原生數(shù)據(jù)庫的應用場景廣泛，使用方式多樣。信通院對云數(shù)據(jù)庫的使用者進行調研后發(fā)現(xiàn)，云原生數(shù)據(jù)庫的使用者行業(yè)分布廣泛，其中來自互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的占比 55.4% ，這里面包含了互聯(lián)網(wǎng)電商、社交文娛、計算機軟件、信息技術服務等多個細分行業(yè)。

　　互聯(lián)網(wǎng)一直是走在信息化前沿的行業(yè)，也是率先使用云原生數(shù)據(jù)庫的領域?；ヂ?lián)網(wǎng)的主要特點有：業(yè)務快速更新迭代、應用場景變化多樣、重視企業(yè)運營成本。因此，企業(yè)在進行選型時較看重云原生數(shù)據(jù)庫的擴展性、易用性和運維運營成本。

　　據(jù)中國信通院調研，使用云原生數(shù)據(jù)庫的企業(yè) 2021 年在數(shù)據(jù)庫上投入的資金從 50 萬左右到 500 萬以上不等，企業(yè)人數(shù)從 10 到 10 萬人以上均有，以上可以看出云原生數(shù)據(jù)庫適用于不同規(guī)模的企業(yè)。其智能運維、性能優(yōu)越的特性受到大型企業(yè)的追捧；其彈性伸縮、按需計費的特性也使得小型企業(yè)能夠按需使用，降低運營成本。

　　尚未使用云原生數(shù)據(jù)庫的企業(yè)中，25% 以上的企業(yè)是由于對于云原生數(shù)據(jù)庫不夠了解。相關技術企業(yè)在完善云原生數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的同時仍需在宣傳方面加大投入力度，使得云原生數(shù)據(jù)庫獲得更多的市場認可。

　　云原生數(shù)據(jù)庫邁向新時代

　　隨著市場需求的升級和技術的成熟，云原生 2.0 的時代已經(jīng)到來。企業(yè)智能升級進入新的階段，企業(yè)云化從“ON Cloud”走向“IN Cloud”， “以資源為中心”演進到“以應用為中心”。

　　以應用為中心的云原生數(shù)據(jù)庫，不再是簡單的資源供給，在架構和技術能力上要能感知應用特征，一切設計圍繞應用出發(fā)，讓應用能更智能、更高效地使用數(shù)據(jù)庫，構建敏捷智能的企業(yè)數(shù)字化業(yè)務。云原生 2.0 應用驅動數(shù)據(jù)庫從資源為中心到應用為中心，從地域為中心到流量為中心，從負載為中心到數(shù)據(jù)為中心，能夠從以下方面為企業(yè)帶來新的價值：

　　一是彈性成本。通過多層級的資源彈性以及與之匹配的多樣化的計費模式，實現(xiàn)真正的按需使用。

　　二是安全可靠易擴展。結合云平臺的高可用和規(guī)?；芰?，保障企業(yè)應用的安全運行，支撐業(yè)務快速增長。

　　三是降低企業(yè)使用門檻。通過架構上、技術上的融合創(chuàng)新，讓應用在架構設計、業(yè)務處理、業(yè)務切換、運維監(jiān)控等方面完全透明，提升業(yè)務應用的敏捷程度，一站式數(shù)據(jù)處理，滿足企業(yè)多元化需求。

　　云原生數(shù)據(jù)庫市場潛力可觀

　　據(jù)中國信通院統(tǒng)計分析，2021年，中國公有云數(shù)據(jù)庫市場規(guī)模為144.59億元，較2020年增速34.3%，預計到2025年，中國公有云數(shù)據(jù)庫市場總規(guī)模將達到503.31億元。

　　Gartner預測，到2025年，基于云原生平臺的數(shù)字化業(yè)務比例將達到95%，將帶來云原生數(shù)據(jù)庫市場的快速增長。云原生數(shù)據(jù)庫將成為云上數(shù)據(jù)庫使用的標準范式。

　　據(jù)中國信通院統(tǒng)計，在受訪的企業(yè)中，57.9%的企業(yè)會考慮使用云原生數(shù)據(jù)庫并將其應用到主要業(yè)務系統(tǒng)中去。80%以上的企業(yè)認為云原生數(shù)據(jù)庫是未來的發(fā)展方向，也有受訪者認為在某些場景上還需要一些時間。

　　云原生數(shù)據(jù)庫和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫云服務的形式在未來一段時間會是并存的關系。但是，隨著數(shù)據(jù)庫與云計算技術的不斷發(fā)展，云原生數(shù)據(jù)庫因其智能運維、彈性伸縮及安全穩(wěn)定等特性，在企業(yè)核心業(yè)務和高負載場景下的占比會逐漸增加，從而成為企業(yè)數(shù)據(jù)庫使用的標準范式。

　　云原生數(shù)據(jù)庫技術發(fā)展趨勢

　　（一）內存池化，全棧解耦，追求極致的彈性伸縮

　　在架構上云原生數(shù)據(jù)庫要實現(xiàn)內存池化和全棧解耦。當前主流商用的云原生數(shù)據(jù)庫都完成了計算層和存儲層的解耦，接下來計算資源層中算力與內存也會解耦，計算能力池化、內存容量池化、存儲能力池化，達到“計算 - 內存 - 外存”三層資源徹底解耦可分別進行彈性熱伸縮。

　　（二）基于內存池的 HTAP，釋放軟硬協(xié)同的潛能

　　將內存池技術和 HTAP 結合是其中一個趨勢。云原生數(shù)據(jù)庫在 OLTP 和 OLAP 能力融合的基礎上，未來更進一步結合內存池軟硬協(xié)同，實現(xiàn)網(wǎng)絡吞吐的大幅度縮減，同時也將內存池的性能優(yōu)勢發(fā)揮到極致。

　　（三）智能彈性，實現(xiàn)更細粒度、更精準的資源調度

　　Serverless 數(shù)據(jù)庫未來還需要具備智能彈性的能力，能夠根據(jù)用戶的歷史負載計算出用戶畫像，快速判斷未來的負載曲線，提前為彈性伸縮準備好資源，避免負載沖擊到資源規(guī)格上限，減少系統(tǒng)資源浪費，追求更極致的彈性。

　　（四）全場景智能數(shù)據(jù)庫，發(fā)揮 AI 與數(shù)據(jù)庫的融合價值

　　未來，云原生數(shù)據(jù)庫將持續(xù)與 AI 內外協(xié)作，向全場景智能數(shù)據(jù)庫邁進。全場景智能數(shù)據(jù)庫包含兩個方面：一是 AI for DB，讓數(shù)據(jù)庫管理更加智能高效。具備自檢測、自診斷、自調優(yōu)、自運維及自安全的能力，覆蓋數(shù)據(jù)庫全生命周期的管理與優(yōu)化。二是 DB for AI，提供庫內 AI 引擎。庫內全流程 AI 框架，數(shù)據(jù)不出庫，端到端完成數(shù)據(jù)清洗、

　　特征工程、模型選擇和模型訓練，安全可靠、簡單高效；庫內原生支持常用 AI 算子，滿足絕大部分機器學習使用場景。

　　（五）結合全密態(tài)和防篡改技術，保障云上數(shù)據(jù)安全

　　全密態(tài)數(shù)據(jù)庫通過支持密文形態(tài)下的數(shù)據(jù)查詢和計算，使得攻擊者在獲取內存數(shù)據(jù)后仍然無法解析出有效的明文信息，更重要的是，數(shù)據(jù)加解密所需的密鑰均由最終用戶持有，可以有效地解決第三方信任問題。

具體內容如下