本文来自微信公众号“twt企业IT社区（talkwithtrend.com）”，【作者】朱向东，银行高级工程师。
【摘要】随着大中型企业数据规模和业务需求的不断增长，设计合理的存储架构对于保证数据库性能、可扩展性和数据一致性至关重要。针对PostgreSQL、MySQL等开源数据库场景，通过综合考虑存算架构选择、分布式数据存储、高可用性和容灾性以及数据备份等关键设计要点，大中型企业可以优化存储架构的设计，提高数据库性能、可扩展性和数据一致性，并降低总体拥有成本（TCO）。
一、引言
随着开源数据库的普及和应用范围的扩大，大中型企业在选择和设计存储架构时面临着挑战。合理的存储架构不仅能够满足数据库的性能和容量需求，还能够降低总体拥有成本（TCO）。因此，本文将探讨如何针对PostgreSQL、MySQL等开源数据库场景设计合理的存储架构。
二、PostgreSQL/MySQL在金融行业应用的场景和存储需求
1.金融行业应用场景分析
金融行业对数据库的要求非常严格，需要处理大量的交易数据、客户信息和风险数据等。PostgreSQL/MySQL在金融行业的应用场景包括交易处理系统、风险管理系统、报表生成和数据分析等。这些场景对数据库的性能、可用性和数据安全性提出了高要求。
2.存储需求分析
在金融行业应用场景下，PostgreSQL/MySQL对存储层面的需求一般包括以下几个方面：
（1）高可靠性和数据完整性：金融行业对数据的可靠性和完整性要求非常高。存储需要具备数据冗余和故障恢复能力，以确保数据的持久性和可靠性。这可以通过采用具有冗余功能的存储设备，如磁盘阵列（RAID）或分布式存储系统来实现。
（2）高性能和低延迟：金融行业的数据访问通常需要快速响应和低延迟，特别是在高并发的交易环境中。存储需要具备高IOPS和低读写延迟的特性，以支持实时交易处理和数据查询。固态硬盘（SSD）等高性能存储介质可以提供更快的数据访问速度。
（3）扩展性和容量规划：金融行业的数据量通常非常庞大，并且可能会随着业务的增长而迅速增加。存储需要具备良好的扩展性，能够容纳大规模的数据。容量规划是必要的，以确保存储具备足够的存储空间来满足未来的需求。
（4）数据安全和合规性：金融行业对数据的安全性和合规性要求非常严格。存储需要提供数据加密、访问控制和审计等安全特性，以确保数据的保密性、完整性和可追溯性。此外，符合行业监管要求的合规性功能也是重要考虑因素之一。
（5）容灾和备份需求：金融行业对业务连续性和灾难恢复能力有较高的要求。存储需要支持容灾和备份功能，如数据复制、异地备份和快速恢复等，以保障数据的安全性和业务的持续性。
三、存算一体和存算分离架构分析
1.存算一体架构
存算一体架构是指将存储和计算功能集成在一起的架构，通过共享存储资源来提高数据访问效率。在这种架构下，数据库系统直接在存储设备上执行计算操作，避免了数据的传输延迟和网络带宽的压力。存算一体架构适用于计算密集型的场景，可以提供较低的访问延迟和较高的计算性能，可以简化系统的部署和管理，减少资源的浪费。
存算一体架构的优点：
（1）部署简单：存算一体架构只需要部署一套节点，减少了部署和配置的复杂性。
（2）简化系统架构和管理：存算一体架构将存储和计算功能整合在一起，简化了系统的架构和管理。
（3）响应速度快：由于计算节点直接访问存储，数据的读取和写入延迟较低。
（4）提高数据隐私和安全性：存算一体架构可以将数据在存储和计算过程中保持在同一设备或系统中，减少了数据在传输过程中的风险。这有助于提高数据的隐私和安全性，降低数据泄露和攻击的风险。
存算一体架构的缺点：
（1）扩展性受限：存算一体架构扩容大多采用烟囱式扩展，若节点算力和存力不足时，需要更多的节点扩展存储和计算资源。当业务规模增长时，可能需要更多的节点来扩展存储和计算资源。
（2）数据一致性：由于存储和计算在同一节点上，节点故障可能导致数据不可用或丢失，对数据一致性要求较高的场景可能需要额外的冗余和备份机制。
（3）资源冗余：存算一体架构中的节点通常需要同时具备存储和计算能力，导致资源冗余，无法灵活地根据需求进行资源分配。
存算一体架构适用于以下场景：
（1）小规模系统：对于规模相对较小的系统，存算一体架构可以提供简化的部署和管理。
（2）对时延较敏感：如果系统对于读写时延较为敏感，存算一体架构可以提供较快的响应速度。
（3）资源有限：如果企业资源有限，无法建立大规模的存算分离架构，存算一体架构可以是一种经济高效的选择。
2.存算分离架构
存算分离架构是指将存储和计算功能分离部署的架构，通过网络连接进行数据传输和计算。存储节点负责数据的存储和管理，而计算节点负责数据的计算和处理。可以提供更好的灵活性和可扩展性，允许独立地扩展存储和计算资源。
存算分离架构的优点：
（1）灵活扩展：存算分离架构可以独立地扩展存储和计算资源，根据需求进行资源分配和调整，提供更好的灵活性和可扩展性。
（2）优化资源利用率：存算分离架构允许根据实际需求独立配置存储和计算资源。这样可以更好地匹配不同任务对存储和计算资源的需求，避免资源的浪费和闲置。通过优化资源利用率，可以提高整个系统的性能和效率。
（3）分布式计算：存算分离架构支持分布式计算，可以将计算任务分布到多个计算节点上进行并行计算，提高系统的计算能力和处理速度。
存算分离架构的缺点：
（1）部署和管理复杂：存算分离架构需要部署和管理两种不同类型的节点，增加了系统的部署和运维复杂性。
（2）数据传输开销：存算分离架构需要通过网络进行数据传输，可能引入额外的网络延迟和带宽开销。
存算分离架构适用于以下场景：
（1）大规模系统：对于规模较大的系统，存算分离架构能够提供更好的可扩展性和并行计算能力。
（2）数据一致性要求高：如果系统对于数据一致性和可靠性要求较高，存算分离架构可以采用分布式数据存储和一致性协议来满足需求。
（3）高性能计算：存算分离架构支持分布式计算，适用于需要高性能计算能力的场景，如科学计算、大数据分析等。
四、采用存算分离架构在开源数据库场景下的合理性
针对开源数据库如PostgreSQL和MySQL在金融行业等大中型企业的应用场景，设计合理的存储架构是非常重要的。采用存算分离架构在如下场景下具有一定的合理性。
1.资源隔离和优化
开源数据库通常对计算资源的需求较高，而存储资源的需求相对较低。通过存算分离架构，可以根据实际需求独立分配存储和计算节点的资源，避免资源的浪费。这样可以提高系统的性能和效率，实现整体TCO最优。
2.弹性扩展和负载均衡
存算分离架构可以根据需求灵活扩展存储和计算节点，以适应不断增长的数据负载。通过水平扩展存储节点和计算节点，可以提高系统的负载能力和可扩展性。同时，通过负载均衡技术将数据请求均匀地分布到多个计算节点上，可以提高系统的性能和吞吐量。
3.系统稳定性和可靠性
存算分离架构可以降低系统的复杂性，减少因计算节点故障而影响到存储节点的风险。通过多副本复制和故障切换机制，可以确保数据的备份和故障自动切换，提高系统的可用性和容灾性。这对金融行业等对数据可靠性要求较高的场景非常重要。
4.管理和维护的灵活性
存算分离架构可以独立地管理和维护存储节点和计算节点。这样可以降低系统维护的复杂性，提高管理效率。在存算分离架构下，可以独立对存储节点和计算节点进行管理和维护。例如，在进行数据库升级或性能优化时，可以只影响计算节点而不影响存储节点，从而减少系统的停机时间和业务中断。这种灵活性对于大中型企业的存储设备架构设计非常有价值。
5.集中式存储对接开源数据库
通过集中式存储设备对接开源数据库，存储设备负责数据的持久化存储和管理，开源数据库负责数据的计算和处理。这种架构的合理性在于：
数据一致性：通过将数据存储在集中式存储设备中，可以实现数据的一致性和统一管理。这对于金融行业等对数据一致性要求较高的场景非常重要。
存储效率：集中式存储设备可以提供高效的数据压缩和存储优化算法，从而节省存储空间和降低成本。开源数据库可以通过与集中式存储设备的对接，充分利用存储设备的优化能力。
灵活性和扩展性：通过集中式存储设备对接开源数据库，可以灵活地扩展存储容量和性能。当数据量增长时，可以简单地添加新的存储节点或扩展现有存储设备的容量，而无需对开源数据库进行改动。
故障恢复和容灾性：集中式存储设备通常具备高可靠性和容灾性，可以通过数据备份、冗余和故障切换机制来保障数据的安全性和可用性。这对于金融行业等对数据安全和容灾要求较高的场景非常关键。
五、实现整体TCO最优的设计思路
在设计存储架构时应考虑金融行业的应用场景和存储设备的需求。存算一体和存算分离是常见的存储架构设计思路，具有不同的特点和适用场景。在很多情况下，采用存算分离架构可以带来灵活性、可扩展性、数据安全性和高性能等优势。然而，具体的架构设计需要根据企业的实际情况和业务需求进行综合考虑，以实现整体TCO的最优化。在降低总体拥有成本（TCO）方面，可以考虑以下几点：
1.综合需求分析：根据PostgreSQL/MySQL在金融行业应用的具体场景和存储需求，综合考虑快速扩容、容灾和数据备份等因素。对于大中型企业而言，可根据实际情况评估存储容量、性能和可靠性的需求，并结合预算和资源限制进行综合分析。
2.存算分离架构选择：根据实际需求和业务特点，评估存算一体和存算分离架构的特点。如果开源数据库对计算资源的需求较高，而存储资源的需求相对较低，存算分离架构可能更适合。考虑到数据一致性、存储效率、灵活性和容灾性等因素，可以选择集中式存储对接开源数据库的方案。
3.存储设备选择：根据需求分析选择合适的存储设备。存储设备应具备良好的扩展性、高可靠性和灵活性，以满足快速扩容、容灾和数据备份等需求。同时，存储设备应提供高效的数据压缩和存储优化算法，以降低存储成本。
4.数据备份和恢复：设计容灾和备份策略，确保数据的安全性和业务连续性。根据业务需求选择合适的容灾技术，如数据复制、异地备份等方式来实现容灾和备份。合理的容灾和备份策略可以减少数据丢失的风险，降低业务中断的影响。
5.性能优化和监控：定期进行性能优化和监控，确保存储设备的性能和稳定性。通过监控系统和日志分析，及时发现和解决潜在问题，提高整体系统的可用性和性能。性能优化和监控可以帮助降低维护成本，提高系统效率。
6.厂商选择和合同管理：在选择存储设备厂商时，需要评估其技术能力、服务质量和合作伙伴关系等因素。与厂商建立良好的合作关系，并进行合同管理，可以优化采购和维护成本。
7.资源共享和虚拟化：考虑资源共享和虚拟化技术，可以提高资源利用率，降低硬件成本。通过合理的资源分配和管理，实现存储设备的最优化利用。
六、结论
面对PosgtreSQL、MySQL等开源数据库的金融行业应用，需要综合考虑金融行业对开源数据库的需求和存储设备的要求，设计合理的存储架构对于大中型企业至关重要。存算分离架构在一些场景中具有一定的优势，并且在实现整体TCO的最优化方面具有一定的潜力。金融行业在选择存储架构时，应根据实际需求、预算和技术能力进行全面评估。
