1、GaussDB 软件体系架构概览

# GaussDB 软件体系架构 - 考试核心要点

## 一、 核心优势与关键能力

掌握GaussDB的五大核心优势，这些是产品的主要卖点和技术亮点，极有可能成为考点。

* **高可用**:
    * 支持同城双活/异地容灾，是国内首家实现同城双集群RPO=0的数据库。
    * **关键指标**: 同城RPO=0，RTO<60s；异地RPO<10s，RTO<10min。

* **高性能**:
    * 拥有国内首个自研的In-place Update存储引擎UStore，可实现全天候稳定高性能低时延输出。
    * **性能数据**: 单节点达到150万tpmC；分布式环境下32节点可达1500万tpmC。

* **高安全**:
    * 是国内唯一获得最高安全认证（源码级）CC EAL4+的数据库。
    * 具备动态脱敏、统一审计、全密态、防篡改等多维度安全能力。

* **高弹性**:
    * 采用原生分布式架构，支持云化弹性伸缩和秒级在线扩容。
    * 能够支持1000+节点的大规模分布式集群。

* **高智能**:
    * 是国内首个AI-Native数据库。
    * 提供智能索引推荐、智能故障根因分析等功能，可将故障诊断效率提升5倍。

* **易部署易迁移**:
    * 高度兼容Oracle和MySQL，并提供DRS+UGO工具实现一站式“去O”迁移。

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## 二、 体系架构与核心组件

理解GaussDB的两种部署架构及其组件是考试的基础。

**1. 部署架构形态**:
* **集中式**: 适用于小规模业务，结构简单，成本较低。
* **分布式**: 适用于大規模业务，可水平扩展。

**2. 集中式架构核心组件**:
* **DN (Data Node)**: 数据节点，负责存储业务数据、执行数据查询任务以及返回执行结果。
* **CMS (Cluster Manager)**: 集群管理模块，负责管理和监控系统运行情况，确保系统稳定，并进行主备切换控制。
* **OM (Operation Manager)**: 运维管理模块，提供集群日常运维、配置管理的管理接口、工具。
* **ETCD**: 一致性组件，作为副本一致性仲裁组件。

**3. 分布式架构核心组件**:
* **CN (Coordinator Node)**: 协调节点，接收来自应用的访问请求，分解任务并调度到各DN上并行执行。
* **DN (Data Node)**: 数据节点，负责存储业务数据并执行来自CN的任务分片。
* **GTM (Global Transaction Manager)**: 全局事务管理器，负责生成和维护全局事务ID，确保全局事务一致性。
* **CMS, OM, ETCD**: 功能与集中式架构中相同。

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## 三、 内核架构关键知识点

### 1. 进程与线程模型
* GaussDB采用**单进程多线程**架构。
* **优势**: 相比多进程架构，线程启动开销小、线程间通信方便、线程切换开销小。
* 实现了**线程池**机制，将会话与处理线程分离，能在大并发连接下保证系统响应能力。

### 2. 存储引擎
* **AStore**:
    * 基于**追加更新 (Append Update)**。
    * 新、老版本记录混合存储。
    * 适合**插入删除多、更新少**的业务场景。

* **UStore**:
    * 又名**原地更新 (In-place Update)** 存储引擎。
    * 将最新版本的“有效数据”和历史版本的“垃圾数据”**分离存储**。
    * 适合**更新频繁**的业务场景，存储空间膨胀和性能抖动较小。

* **闪回功能**:
    * **仅支持UStore存储引擎**。
    * 基于多版本控制机制实现闪回查询和闪回表。
    * 基于系统回收站实现闪回DROP/TRUNCATE功能。

### 3. 内存管理
* 采用**内存上下文**机制进行内存池化管理，能有效防止内存泄漏和OOM，并减少内存碎片。
* 所有内存上下文对象被组织为**树形结构**，当上下文生命周期结束时，一次性将所有内存释放给操作系统。

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## 四、 高并发与高性能关键技术

### 1. "四把锁"优化

GaussDB针对开源数据库存在的四个性能瓶颈进行了深度优化：
* **索引根节点页面锁**: 采用B-Link Tree协议，不会对根节点页面加锁。
* **事务锁**: 采用CSN（Commit Sequence Number）替代事务快照，开销固定（8字节），与活跃事务数量无关，大规模分布式下性能提升明显。
* **锁表锁**: 将锁直接加在数据行的元数据（Meta）上，无锁表结构，加锁没有额外的并发开销。
* **日志缓冲区锁**: 写日志路径采用**无锁设计**，可以支撑极高的写入性能。

### 2. 日志并行流水线
* 通过**WAL Insert lock锁分区**和**WalWriter预扩线程分离**技术，将原有的串行机制流水线化、并行化处理，解除了全局单一锁瓶颈，降低了事务处理关键路径上的时延。

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## 五、 高可用与分布式事务

### 1. 高可用机制
* **主备复制协议**: 支持**Quorum协议**（多数派提交） 和**Paxos协议**。Paxos协议可实现DN自选主，RTO稳定在10秒内。
* **并行回放**: 通过无锁并行日志恢复技术，实现业内最快的故障恢复，RTO可达**<10s**。
* **跨AZ/Region容灾**: 提供同城高可用（RPO=0, RTO<60s）、两地三中心（RPO<10s, RTO<10min） 等多种部署方案。
* **ALT (Application Lossless Transparent)**: 应用无损透明技术，通过快速应用程序通知和快速连接故障切换，实现数据库HA切换时应用无感知，将应用侧的连接切换时间从**分钟级提升至秒级**。

### 2. 分布式事务
* **写一致性**: 采用**两阶段提交**保证分布式事务的原子性。
* **读一致性**:
    * 使用**GTM-lite**提供全局**CSN (Commit Sequence Number)**来保证读的强一致性。
    * **优势**: 替代了传统的活跃事务列表方案，通过CSN进行可见性判断，无需遍历列表，网络开销与事务规模无关，解决了大规模集群下的性能瓶颈。

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