數據庫高可用（High Availability）是指數據庫系統在面對硬件或軟件故障時仍能保持持續可用的能力。其對用戶的正常運營和數據管理具有重要意義，一旦缺失則可能造成無法估量的重大損失和嚴重后果。如：數據庫故障或停機，將使得業務系統無法進行正常的數據存取，從而導致用戶的業務中斷，影響用戶的正常運營；缺乏有效的備份和冗余機制，可能導致重要數據的永久丟失，對用戶而言，數據丟失不僅意味著損失重要信息，而且可能帶來法律合規的問題；故障恢復時間太長，當數據庫出現故障或停機時，恢復過程可能會非常漫長和復雜，導致期間無法進行正常業務操作。因此一套成熟的企業級數據庫系統必須要有完善的數據庫高可用機制。

數據庫高可用保障著業務連續性，能夠在節點故障發生時快速切換到備用節點或系統，減少業務中斷的時間和影響；保障數據安全性和完整性，通過數據冗余、故障檢測和故障恢復等機制，防止數據丟失和損壞。高可用數據庫需具備快速的故障恢復能力，能夠迅速切換到備用系統或節點，降低故障對業務的影響，提高系統的容錯性和可靠性。

數據庫如何達到高可用？簡而言之靠兩部分支撐：冗余和管理。數據冗余也可以稱為數據復制（因為主要實現機制是數據復制，當然也有通過寫多份來實現的，本文只關注數據復制），是高可用實現的基礎，數據存儲多份，當有一個或者一部分節點發生故障，其他節點依然有備份數據提供支持。高可用管理是對高可用實現的統籌編排與管理，負責狀態判斷，故障切換等工作。數據庫高可用功能如下圖所示。

1. 數據復制/冗余：數據復制通過在多個節點上復制和同步數據，可以提供冗余備份和容錯能力。

2. 高可用架構：依照用戶需求設計高可用架構，確保系統在面對故障或異常情況時能夠保持可靠的運行和服務，一般分為集中式和分布式。

3. 負載均衡：將用戶請求合理分發到不同的數據庫節點，確保每個節點的負載是均衡的狀態。

4. 自動故障檢測：監測數據庫節點的狀態，一旦發現節點故障，自動觸發故障切換，將請求切換到備用節點或系統上，最大程度地減少故障對業務的影響，實現快速的故障恢復。

5. 故障切換：當節點發生故障時，可以自動將請求切換到其他健康的節點上，實現故障切換和持續的服務。

GBASE南大通用專注于數據庫軟件產品和服務，公司GBase系列數據庫產品均擁有成熟的數據庫高可用技術和方案，滿足金融、電信、政務、能源、交通、國防軍工等行業應用，為用戶業務提供不間斷的數據庫服務。其中：

• GBase 8a是南大通用自主研發的面向商業分析和商業智能市場成熟的分析型MPP數據庫。GBase 8a的高可用機制包括數據冗余、多級別高可用架構、高可用管理等。

數據冗余：

• 可提供1個或3個副本數據冗余。

• 副本間數據自動同步。

• 多分片機制降低節點故障的木桶效應。

• 集群副本數和分片數可進行靈活配置，可配置副本分片到集群的任意一個節點上，可以根據配置在主機性能高和存儲空間大的節點分配更多的主本和副本。

多級別高可用架構：

• 節點級別高可用，調度節點（GCluster）通過 Failover 機制保障執行 SQL 的數據一致性。管理節點（GCware）通過虛同步機制保障集群元數據的一致性。計算節點（GNode）通過自動同步來保障主副本數據的一致性。

• 雙活集群架構，支持兩個同構集群間的準實時數據同步。M-S 架構同步，主集群數據可寫，備份集群數據可查詢。基于數據塊的增量同步，針對于傳統的基于邏輯日志的同步，大大提高海量數據同步的效率。

• 虛擬集群鏡像架構，支持兩個鏡像集群之間實時數據同步。虛擬集群的鏡像集群支持數據實時一致性，互為鏡像的兩個集群同時寫入。鏡像表數據是數據的實時備份，對鏡像集群任意一端發起數據變更都會實時同步到鏡像表；主表有了鏡像關系后，對于查詢模塊相當于主表多出了備份分片。查詢模塊可以利用多出的備份提升查詢高可用能力；支持以庫、表為單位創建和刪除鏡像關系。以庫為單位時，庫下所有表都將自動創建鏡像；庫下所有函數、存儲過程和視圖都會同步在目標鏡像庫下創建。

高可用管理：

• 復制引擎自動管理數據同步。

• 節點發生故障時，系統自動切換至其它節點進行工作，保證業務連續性，最大限度防止由于故障切換后木桶效應而引起的顯著的性能抖動。

• 節點故障對應用透明，不會中斷正在執行業務，一旦故障節點恢復正常，GBase 8a會從其他節點上的數據恢復該節點數據，在完成更新后立即提供服務。

• GBase 8s 是南大通用自主研發的、成熟穩定的企業級國產交易型數據庫，擁有自主知識產權，產品安全級別達到EAL4級。GBase 8s的高可用可實現故障秒級切換，高可用等級99.999%，高可用機制包括數據冗余、靈活的高可用集群架構、高可用管理等。

 數據冗余：

• GBase 8s采用邏輯日志復制技術實現節點高可用。

• 邏輯日志的更新模式支持同步、半同步、異步模式。

靈活高可用集群架構：

• 同城主備容災高可用（HAC），RPO=0，RTO<30秒。

• 異地災備高可用（RHAC），RPO<100秒，RTO<5分。

• 支持兩地三中心高可用部署，遠程容災距離可達1000公里以上。

• 支持數據庫集群異地雙活能力，保證雙活集群間的數據一致性。

• 集群主節點執行讀寫業務的同時，備節點可承擔查詢、報表等讀業務。

高可用管理：

• 所有的高可用能力均內置于數據庫服務自身，不需要部署第三方組件，提升高可用方案的穩定性，降低維護成本。

• 提供連接管理器（CM）部件，實現故障接管和負載均衡能力，且對應用透明。

• GBase 8c是基于openGauss構建的一款多模多態的分布式數據庫，支持主備式、分布式的高可用部署形態。GBase 8c主備式形態提供主備同步、異步以及級聯備機多種部署方式；分布式形態集群全局無單點，高可用可達到99.99%，分布式集群支持兩地三中心，支持異地多活，業務連續在線，數據永不丟失。

數據冗余：

• 主備式高可用支持數據多副本冗余，主備副本之間通過日志進行數據交換，保證集群任意節點故障均不影響數據庫對外提供服務，數據無丟失，滿足ACID特性。

• 分布式高可用采用分布式全組件冗余。

多態高可用架構：

• 主備式高可用，支持數據多副本冗余，包括：協調器、數據節點、集群狀態管理器、集群管理器，并且均做到了備份冗余。當主節點故障，備節點可以自動升級為主，并繼續對外提供服務。該過程對應用透明，整個主備切換過程應用無感知，不影響對外服務。

• 分布式高可用，在軟件層針對分布式集群中的每個組件，均做了組件級冗余。

CN：協調器，采用完全對等的部署方式；多個CN做服務冗余，支持負載均衡；

DN：數據節點，采用主備的高可用架構，主備之間可以配置同步或異步方式；

GTM：全局事務管理器，采用主備的高可用架構，主備之間可以配置同步或異步方式；

HA Center：集群狀態管理器，采用Raft的復制協議；

GHA Server：集群管理器，采用主備的高可用架構，主備之間可以配置同步或異步方式。

• 高可用多種方案可以滿足各種應用場景下對數據庫的不同需求，包括同機房容災、同城容災、異地災備、異地多活等。

高可用管理：

• 全局事務管理器管理數據庫分布式強一致事務，對于追求性能的新興數據庫業務，也可實現強一致事務，而不是最終一致性；

• 集群狀態管理器存儲各個節點的高可用狀態，負責在故障情況下判斷集群各個節點狀態，自身基于RAFT復制協議；

• 集群管理器，用以管理整個集群各個節點的高可用狀態（主備、是否宕機等）。

數據庫的高可用性對于用戶系統穩健運營至關重要。南大通用GBASE數據庫通過實現數據復制、自動故障檢測和切換、負載均衡和故障切換等高可用冗余和管理機制，保障各行業用戶業務7*24小時穩定、連續正常運行。

數據庫高可用提升永無止境，南大通用將繼續努力不斷改進，打磨適于用戶應用的安全穩定的數據庫產品、解決方案和服務，滿足客戶的需求和期望，也為國家信息技術產業的發展貢獻力量。