TiDB和MongoDB分片集群架构比较

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最近阅读了TiDB源码的说明文档，跟MongoDB的分片集群做了下简单对比。

首先展示TiDB的整体架构

MongoDB分片集群架构如下：

更加具体点如下：

下面从介绍TiDB组件的角度切入，将其跟MongoDB分片集群做对比。

TiDB 集群主要分为三个组件：

TiDB Server

TiDB Server 负责接收 SQL 请求，处理 SQL 相关的逻辑，并通过 PD 找到存储计算所需数据的 TiKV 地址，与 TiKV 交互获取数据，最终返回结果。 TiDB Server 是无状态的，其本身并不存储数据，只负责计算，可以无限水平扩展，可以通过负载均衡组件（如LVS、HAProxy 或 F5）对外提供统一的接入地址。

// 类比MongoDB分片集群中的mongos或者叫router server

PD Server

Placement Driver (简称 PD) 是整个集群的管理模块，其主要工作有三个： 一是存储集群的元信息（某个 Key 存储在哪个 TiKV 节点）；二是对 TiKV 集群进行调度和负载均衡（如数据的迁移、Raft group leader 的迁移等）；三是分配全局唯一且递增的事务 ID。

PD 是一个集群，需要部署奇数个节点，一般线上推荐至少部署 3 个节点。

//类比MongoDB分片集群中的config server

TiKV Server

TiKV Server 负责存储数据，从外部看 TiKV 是一个分布式的提供事务的 Key-Value 存储引擎。存储数据的基本单位是 Region，每个 Region 负责存储一个 Key Range （从 StartKey 到 EndKey 的左闭右开区间）的数据，每个 TiKV 节点会负责多个 Region 。TiKV 使用 Raft 协议做复制，保持数据的一致性和容灾。副本以 Region 为单位进行管理，不同节点上的多个 Region 构成一个 Raft Group，互为副本。数据在多个 TiKV 之间的负载均衡由 PD 调度，这里也是以 Region 为单位进行调度。

//类比MongoDB分片集群中的replica set

// Region概念类似MongoDB分片中的chunk，但又有些不一样。chunk是个逻辑概念，数据存储并不是以chunk为单位。而Region是正式在TIKV上的数据单位。两种都是数据迁移的最小单位。默认也是64MB

核心特性

水平扩展

无限水平扩展是 TiDB 的一大特点，这里说的水平扩展包括两方面：计算能力和存储能力。TiDB Server 负责处理 SQL 请求，随着业务的增长，可以简单的添加 TiDB Server 节点，提高整体的处理能力，提供更高的吞吐。TiKV 负责存储数据，随着数据量的增长，可以部署更多的 TiKV Server 节点解决数据 Scale 的问题。PD 会在 TiKV 节点之间以 Region 为单位做调度，将部分数据迁移到新加的节点上。所以在业务的早期，可以只部署少量的服务实例（推荐至少部署 3 个 TiKV， 3 个 PD，2 个 TiDB），随着业务量的增长，按照需求添加 TiKV 或者 TiDB 实例。

// TIDB相比MongoDB分片，优势在于其具有更强的业务负载均衡的能力，TIDB是每个region作为一个raft group，会根据raft group leader所在TIKV节点的负载来调整leader节点，从而实现业务负载均衡。

高可用

高可用是 TiDB 的另一大特点，TiDB/TiKV/PD 这三个组件都能容忍部分实例失效，不影响整个集群的可用性。下面分别说明这三个组件的可用性、单个实例失效后的后果以及如何恢复。

• TiDB

TiDB 是无状态的，推荐至少部署两个实例，前端通过负载均衡组件对外提供服务。当单个实例失效时，会影响正在这个实例上进行的 Session，从应用的角度看，会出现单次请求失败的情况，重新连接后即可继续获得服务。单个实例失效后，可以重启这个实例或者部署一个新的实例。

// MongoDB分片集群通过Driver就可以实现负载均衡，不需要单独部署负载均衡组件。 Driver同时连接多个mongos实现负载均衡。

• PD

PD 是一个集群，通过 Raft 协议保持数据的一致性，单个实例失效时，如果这个实例不是 Raft 的 leader，那么服务完全不受影响；如果这个实例是 Raft 的 leader，会重新选出新的 Raft leader，自动恢复服务。PD 在选举的过程中无法对外提供服务，这个时间大约是3秒钟。推荐至少部署三个 PD 实例，单个实例失效后，重启这个实例或者添加新的实例。

// 跟config server的高可用一样，但config server心跳超时需要10s，选出主一般需要30s时间。由于mongos缓存了cs上的元数据，所以cs选主期间，业务正常的读写均不受影响。很好奇，选主如何在3s之内搞定。

• TiKV

TiKV 是一个集群，通过 Raft 协议保持数据的一致性（副本数量可配置，默认保存三副本），并通过 PD 做负载均衡调度。单个节点失效时，会影响这个节点上存储的所有 Region。对于 Region 中的 Leader 结点，会中断服务，等待重新选举；对于 Region 中的 Follower 节点，不会影响服务。当某个 TiKV 节点失效，并且在一段时间内（默认 10 分钟）无法恢复，PD 会将其上的数据迁移到其他的 TiKV 节点上。

// 这是TiDB相比MongoDB分片的不同的地方，PD在某个TiKV节点失效超时后，将其上原有的数据副本迁移到其他存活的TiKV节点实现数据副本完整性。而MongoDB分片集群的数据高可用依赖shard的配置，如果shard是单一的mongod进程，那么该shard故障后，其上的数据都不可用或丢失，如果shard是复制集，则数据是安全的，但副本数会减少，需要人工处理故障节点。所以，分片集群中shard一定要配置为复制集的形式

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