業(yè)界首個(gè)《云原生數(shù)據(jù)庫白皮書》

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

　　云原生的本意是指應(yīng)用“生于云，長于云”，“原生”要求應(yīng)用或服務(wù)從一開始就基于云架構(gòu)來設(shè)計(jì)和構(gòu)建。早在容器技術(shù)流行之前，Netflix這樣的互聯(lián)網(wǎng)公司就已經(jīng)在實(shí)踐云原生的技術(shù)和應(yīng)用構(gòu)建方式，云原生數(shù)據(jù)庫基于這個(gè)理念應(yīng)運(yùn)而生。

　　云原生數(shù)據(jù)庫是指為云架構(gòu)而設(shè)計(jì)和構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫，云架構(gòu)場景下要求有更高的擴(kuò)展性、多租戶、分布式部署等能力。

　　隨著信息技術(shù)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(shù)需要不斷創(chuàng)新變革。云原生數(shù)據(jù)庫能夠充分結(jié)合云基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)勢能力和特點(diǎn)構(gòu)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(tái)階。

　　日前，華為云與中國信通院云計(jì)算與大數(shù)據(jù)研究所共同發(fā)布了業(yè)界首個(gè)《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(yīng)用場景、技術(shù)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)以及不同場景下的生產(chǎn)實(shí)踐詳細(xì)地介紹了云原生數(shù)據(jù)庫的技術(shù)模式，最后通過結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀及問題，指明了未來云原生數(shù)據(jù)庫的技術(shù)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(nèi)發(fā)展迅猛

　　云原生數(shù)據(jù)庫起源于 Amazon，隨之受到國內(nèi)廠商的廣泛關(guān)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(jìn)行研發(fā)。僅三年左右的時(shí)間，市場已經(jīng)形成較為成熟的云原生數(shù)據(jù)庫應(yīng)用模式并應(yīng)用在不同的場景中。

　　根據(jù)中國信息通信研究院面向國內(nèi)企業(yè)的調(diào)研，受訪組織認(rèn)為云原生數(shù)據(jù)庫領(lǐng)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(nèi)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(yīng)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(jìn)行調(diào)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(jì)算機(jī)軟件、信息技術(shù)服務(wù)等多個(gè)細(xì)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(lǐng)域?；ヂ?lián)網(wǎng)的主要特點(diǎn)有：業(yè)務(wù)快速更新迭代、應(yīng)用場景變化多樣、重視企業(yè)運(yùn)營成本。因此，企業(yè)在進(jìn)行選型時(shí)較看重云原生數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展性、易用性和運(yùn)維運(yùn)營成本。

　　據(jù)中國信通院調(diào)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(yùn)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(jì)費(fèi)的特性也使得小型企業(yè)能夠按需使用，降低運(yùn)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(guān)技術(shù)企業(yè)在完善云原生數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的同時(shí)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(rèn)可。

　　云原生數(shù)據(jù)庫邁向新時(shí)代

　　隨著市場需求的升級(jí)和技術(shù)的成熟，云原生 2.0 的時(shí)代已經(jīng)到來。企業(yè)智能升級(jí)進(jìn)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(jìn)到“以應(yīng)用為中心”。

　　以應(yīng)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(gòu)和技術(shù)能力上要能感知應(yīng)用特征，一切設(shè)計(jì)圍繞應(yīng)用出發(fā)，讓應(yīng)用能更智能、更高效地使用數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建敏捷智能的企業(yè)數(shù)字化業(yè)務(wù)。云原生 2.0 應(yīng)用驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)庫從資源為中心到應(yīng)用為中心，從地域?yàn)橹行牡搅髁繛橹行模瑥呢?fù)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(jià)值：

　　一是彈性成本。通過多層級(jí)的資源彈性以及與之匹配的多樣化的計(jì)費(fèi)模式，實(shí)現(xiàn)真正的按需使用。

　　二是安全可靠易擴(kuò)展。結(jié)合云平臺(tái)的高可用和規(guī)?；芰ΓＵ掀髽I(yè)應(yīng)用的安全運(yùn)行，支撐業(yè)務(wù)快速增長。

　　三是降低企業(yè)使用門檻。通過架構(gòu)上、技術(shù)上的融合創(chuàng)新，讓應(yīng)用在架構(gòu)設(shè)計(jì)、業(yè)務(wù)處理、業(yè)務(wù)切換、運(yùn)維監(jiān)控等方面完全透明，提升業(yè)務(wù)應(yīng)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(jì)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(yù)計(jì)到2025年，中國公有云數(shù)據(jù)庫市場總規(guī)模將達(dá)到503.31億元。

　　Gartner預(yù)測，到2025年，基于云原生平臺(tái)的數(shù)字化業(yè)務(wù)比例將達(dá)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(biāo)準(zhǔn)范式。

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

　　云原生數(shù)據(jù)庫和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫云服務(wù)的形式在未來一段時(shí)間會(huì)是并存的關(guān)系。但是，隨著數(shù)據(jù)庫與云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，云原生數(shù)據(jù)庫因其智能運(yùn)維、彈性伸縮及安全穩(wěn)定等特性，在企業(yè)核心業(yè)務(wù)和高負(fù)載場景下的占比會(huì)逐漸增加，從而成為企業(yè)數(shù)據(jù)庫使用的標(biāo)準(zhǔn)范式。

　　云原生數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展趨勢

　　（一）內(nèi)存池化，全棧解耦，追求極致的彈性伸縮

　　在架構(gòu)上云原生數(shù)據(jù)庫要實(shí)現(xiàn)內(nèi)存池化和全棧解耦。當(dāng)前主流商用的云原生數(shù)據(jù)庫都完成了計(jì)算層和存儲(chǔ)層的解耦，接下來計(jì)算資源層中算力與內(nèi)存也會(huì)解耦，計(jì)算能力池化、內(nèi)存容量池化、存儲(chǔ)能力池化，達(dá)到“計(jì)算 - 內(nèi)存 - 外存”三層資源徹底解耦可分別進(jìn)行彈性熱伸縮。

　　（二）基于內(nèi)存池的 HTAP，釋放軟硬協(xié)同的潛能

　　將內(nèi)存池技術(shù)和 HTAP 結(jié)合是其中一個(gè)趨勢。云原生數(shù)據(jù)庫在 OLTP 和 OLAP 能力融合的基礎(chǔ)上，未來更進(jìn)一步結(jié)合內(nèi)存池軟硬協(xié)同，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)吞吐的大幅度縮減，同時(shí)也將內(nèi)存池的性能優(yōu)勢發(fā)揮到極致。

　　（三）智能彈性，實(shí)現(xiàn)更細(xì)粒度、更精準(zhǔn)的資源調(diào)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(fù)載計(jì)算出用戶畫像，快速判斷未來的負(fù)載曲線，提前為彈性伸縮準(zhǔn)備好資源，避免負(fù)載沖擊到資源規(guī)格上限，減少系統(tǒng)資源浪費(fèi)，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(jià)值

　　未來，云原生數(shù)據(jù)庫將持續(xù)與 AI 內(nèi)外協(xié)作，向全場景智能數(shù)據(jù)庫邁進(jìn)。全場景智能數(shù)據(jù)庫包含兩個(gè)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(diào)優(yōu)、自運(yùn)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(nèi) AI 引擎。庫內(nèi)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(xùn)練，安全可靠、簡單高效；庫內(nèi)原生支持常用 AI 算子，滿足絕大部分機(jī)器學(xué)習(xí)使用場景。

　　（五）結(jié)合全密態(tài)和防篡改技術(shù)，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(jì)算，使得攻擊者在獲取內(nèi)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(nèi)容如下