1、GaussDB 软件体系架构概览

# GaussDB 数据库考试重点笔记

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## 一、概述与定位

### 产品定位

* 华为自研的新一代企业级关系型数据库
* 支持 **SQL2003 标准**
* 兼容 **x86 / 鲲鹏** 架构
* 支持 **高并发事务处理 + 强一致性**
* 适用于 **金融、电信、政府核心系统**

### 核心优势

| 能力  | 关键特性                          |
| --- | ----------------------------- |
| 高可用 | 同城双活 / 异地容灾，RPO=0，RTO<60s     |
| 高性能 | 自研 Ustore 引擎（In-place Update） |
| 高安全 | CC EAL4+ 认证，全密态、防篡改           |
| 高智能 | AI-Native，智能索引推荐、智能诊断         |
| 高兼容 | 一站式迁移工具 DRS + UGO             |
| 高弹性 | 云化原生分布式架构，支持秒级扩容              |

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## 二、系统架构

### 集中式系统角色

| 组件   | 功能                             |
| ---- | ------------------------------ |
| OM   | 运维管理模块（Operation Manager）      |
| CM   | 集群管理模块（Cluster Manager），主备切换控制 |
| DN   | 数据节点（Data Node），存储数据、执行查询      |
| ETCD | 一致性组件，用于共享配置和服务发现              |

### 分布式系统角色

| 组件      | 功能                                  |
| ------- | ----------------------------------- |
| CN      | 协调节点（Coordinator Node），接收SQL、调度任务   |
| DN      | 数据节点（Data Node），执行数据操作              |
| GTM     | 全局事务管理器（Global Transaction Manager） |
| ETCD    | 分布式键值存储，服务注册和发现                     |
| CM / OM | 集群管理、监控与主备切换                        |

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## 三、数据分布方式

| 类型          | 描述          |
| ----------- | ----------- |
| Replication | 每个DN保存全量表数据 |
| Hash        | 按哈希分布到不同DN  |
| List        | 按指定值分布      |
| Range       | 按区间范围分布     |

### SQL 示例

```sql
CREATE TABLE sales_fact(
  region_id INTEGER,
  depart_id INTEGER,
  product_id INTEGER,
  sale_amt NUMERIC(9,2),
  sale_qty INTEGER
)
DISTRIBUTE BY HASH(region_id, depart_id, product_id);
```

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## 四、部署形态

| 部署形态    | 场景           | 核心指标             |
| ------- | ------------ | ---------------- |
| 单机      | 测试或低可靠环境     | 低成本              |
| 主备      | 1+1 或 1+2 热备 | RPO=0，RTO<60s    |
| 分布式     | 大规模业务扩展      | 准线性扩展            |
| 两地三中心   | 同城双活 + 异地容灾  | RPO≤10s，RTO≤120s |
| 同城三AZ多活 | 三活部署         | RPO=0，RTO<60s    |

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## 五、SQL 引擎

### SQL 执行流程

1. **词法分析（Lexical）**：识别关键字、标识符
2. **语法分析（Syntax）**：生成 Parse Tree
3. **语义分析（Semantic）**：生成 Query Tree

### 查询优化

* 目标：以最低代价获得最优执行计划
* 关键步骤：

* 收集统计信息（n_distinct、MCV、直方图）
  * 行数估算（Row Estimation）
  * 代价估算（Cost Estimation）
  * 路径搜索（动态规划 / 遗传算法）
  * 执行计划生成（PlanTree）

### 分布式执行流

* CN 生成并下发执行计划
* 三种数据流：

* Broadcast 流
  * Aggregation 流
  * Redistribution 流

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## 六、执行引擎

### 执行算子类型

| 类别   | 功能    | 示例                          |
| ---- | ----- | --------------------------- |
| 扫描算子 | 读取数据  | SeqScan、IndexScan           |
| 控制算子 | 控制流程  | Limit、Union                 |
| 物化算子 | 缓存结果  | Sort、Agg                    |
| 连接算子 | 实现表关联 | HashJoin、MergeJoin、NestLoop |

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## 七、存储引擎

### 架构与特性

* 由日志系统、事务系统、索引系统、主备复制系统组成
* 行存引擎类型：

* **Astore**：Append Update
  * **Ustore**：In-place Update（原地更新）

### 对象层级

Database → Schema → Tablespace → Table

### 索引类型

* 单列索引、多列索引
* 全文索引、函数索引
* 分区索引、全局二级索引

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## 八、日志与复制机制

### WAL（Write Ahead Log）

* **no-force-at-commit** 策略
* 保证宕机可恢复
* 主备同步与PITR关键组件

### 主备复制流程

1. 主机：WAL → flush → WalSender 发送
2. 备机：WalReceiver → 写盘 → replay
3. 支持同步 / 异步模式

### 逻辑复制

* 支持 DML / DDL
* 解析 XLOG 生成逻辑日志
* 支持跨数据库与异构同步

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## 九、事务与一致性

### GTM-Lite 全局事务

* 提供全局一致性事务
* 核心机制：**CSN（Commit Sequence Number）**
* 特点：

* 无锁并发
  * 分布式强一致
  * 无中心节点瓶颈

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## 十、运维与安全

### 在线扩容（Scale-out）

* 支持 1000+ 节点线性扩展
* 阶段：

1. 加节点
  2. 数据重分布（在线不中断）

### 备份与恢复

* 支持全量 + 增量备份、PITR
* 介质：NAS、OBS、第三方存储
* 支持闪回查询 / 表 / Drop / Truncate

#### 参数示例

* 全量备份：每周一次
* 增量备份：每15分钟一次
* 保留时间：3个月

### 在线升级类型

| 类型   | 中断时间 | 用途    |
| ---- | ---- | ----- |
| 就地升级 | 30分钟 | 大版本更新 |
| 灰度升级 | <10秒 | 小版本更新 |
| 滚动升级 | <10秒 | 分区级升级 |
| 热补丁  | 无    | 紧急修复  |

### 全密态数据库

* 密钥仅在用户侧保存
* 数据全程密文传输、存储、查询

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## 十一、智能运维平台

### 核心功能

* 统一管理：实例、参数、备份、容灾
* 智能运维：慢SQL诊断、索引推荐、趋势预测、SQL限流
* 全链路监控与多指标分析

### 监控与告警

* 监控项：CPU、IO、锁、事务、会话
* 告警类型：

* 实例告警（RPO异常、备份失败）
  * 系统告警（CPU高、服务异常）
* 支持协议：Syslog、SNMP

### WDR报告（Workload Diagnosis Report）

* 提供性能体检报告
* 关键内容：

* 事务统计、读写IO、等待事件Top10
  * CPU/内存占比、WAL写入次数

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## 十二、考试题示例

**题目：** 在GaussDB的分布式架构中，哪个组件用于共享配置和服务发现？
**答案：** ETCD

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## 十三、常见缩略语

| 缩写   | 含义                         |
| ---- | -------------------------- |
| SQL  | Structured Query Language  |
| DBMS | Database Management System |
| OBS  | Object Storage Service     |
| RTO  | Recovery Time Objective    |
| RPO  | Recovery Point Objective   |
| ODBC | Open Database Connectivity |
| JDBC | Java Database Connectivity |

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# GaussDB 易错与高频考点速记表

| 分类    | 高频考点              | 易错点提示                             |
| ----- | ----------------- | --------------------------------- |
| 架构    | CN、DN、GTM、ETCD 功能 | 混淆 CN 与 DN 职责                     |
| 存储    | Astore vs Ustore  | Astore 追加更新、Ustore 原地更新           |
| 日志    | WAL机制             | 记住 no-force-at-commit 策略          |
| 主备    | WAL复制机制           | 主：flush + send，备：receive + replay |
| 分布    | Hash/List/Range   | Hash最常用；Replication保存全量数据         |
| SQL引擎 | 优化流程              | “统计→估算→代价→搜索→计划” 顺序               |
| 事务    | GTM-Lite          | 关键字：CSN、无锁、多版本                    |
| 安全    | 全密态数据库            | 密钥仅用户持有，服务端不可见                    |
| 运维    | 在线升级              | 热补丁无中断，滚动升级<10s                   |
| 运维    | 备份策略              | 增量15分钟，全量每周，保留3个月                 |
| WDR报告 | 报告内容              | 事务数、等待事件Top10、IO、CPU占比            |

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## 记忆口诀（建议考试背诵）

* **组件职责口诀：**
  CN调度，DN存储，GTM事务，ETCD发现，CM切换，OM运维。

* **优化步骤口诀：**
  统信（统计信息） → 估行（行数估算） → 算价（代价估算） → 搜路（路径搜索） → 出计（生成计划）。

* **备份策略口诀：**
  周全量、15分增、三月留、灾可复。

* **安全重点口诀：**
  密钥用户持，服务端不知，全程密文行。

FYF

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