OpenStack數(shù)據(jù)庫服務與Trove的介紹

對于公有云計算平臺來說，只有計算、網絡與存儲這三大服務往往是不太夠的，在目前互聯(lián)網應用百花齊放的背景下，幾乎所有應用都使用到數(shù)據(jù)庫，而數(shù)據(jù)庫承載的往往是應用最核心的數(shù)據(jù)。此外，在大數(shù)據(jù)分析越來越盛行的背景下，對數(shù)據(jù)庫的可靠便捷管理也變得更為重要。因此，DBase as a Service（DBaaS，數(shù)據(jù)庫服務）也就順理成章地成為了云計算平臺為用戶創(chuàng)造價值的一個重要服務。
　　對比Amazon AWS中各種關于數(shù)據(jù)的服務，其中最著名的是RDS（SQL-base）和DynamoDB（NoSQL），除了實現(xiàn)了基本的數(shù)據(jù)管理能力，還具備良好的伸縮能力、容災能力和不同規(guī)格的性能表現(xiàn)。因此，對于最炙手可熱的開源云計算平臺Openstack來說，也從Icehouse版加入了DBaaS服務，代號Trove。直到去年底發(fā)布的Openstack Liberty版本，Trove已經經過了4個版本的迭代發(fā)布，目前已經成為Openstack官方可選的核心服務之一。本文將深入介紹Trove的原理、架構與功能，并通過實踐來展示Trove的應用。
　　Trove的設計目標
　　“Trove is Database as a Service for OpenStack. It’s designed to run entirely on OpenStack， with the goal of allowing users to quickly and easily utilize the features of a relational or non-relational database without the burden of handling complex administrative tasks. ”這是Trove在官方首頁上對這個項目的說明，有兩個關鍵點。一個是從產品設計上說，它定位不僅僅是關系型數(shù)據(jù)庫，而且還涵蓋非關系數(shù)據(jù)庫的服務。另一個是從產品實現(xiàn)上說，它是完全基于Openstack的。
　　從第一點可以看出Trove解決問題的高度已經超越了同類產品。因為我們從其他云計算平臺對比去看，關系型和非關系型數(shù)據(jù)庫都是由不同的服務去提供（比如AWS的RDS和DynamoDB），而且實現(xiàn)上也往往互相獨立的系統(tǒng)，不僅UI不同，API也不一樣。而Trove的目標是抽象盡可能多的東西，對外提供統(tǒng)一的UI和API，盡量減少冗余實現(xiàn)，提升平臺內聚。只要具備了實例、數(shù)據(jù)庫、用戶、配置、備份、集群、主從復制這些概念，不管是關系型還是非關系型數(shù)據(jù)庫，都能統(tǒng)一管理起來。從最新的Liberty版本發(fā)布的情況下，目前開源的主流關系型和非關系型數(shù)據(jù)庫也得到了支持，比如Mysql（包括Percona和MariaDB分支）、Postgresql、Redis、MongoDB、CouchDB、Cassandra等等。不過根據(jù)官方的介紹，目前只有Mysql是得到了充分的生產性測試，其他的還處于實驗性階段。
　　而第二點完全基于Openstack的，可以說是一個較大的創(chuàng)新。試想，假設你是一個云計算服務商，如果現(xiàn)在要提供數(shù)據(jù)庫服務，只需要在原有平臺軟件上升級與配置一下就行，其他什么都不需要，不需要采購數(shù)據(jù)庫服務器硬件，不需要規(guī)劃網絡，不需要規(guī)劃IDC，這是一種什么樣的感覺？Trove完全構建于Openstack原有的幾大基礎服務之上。打個比喻類似于Google著名的Bigtable服務是構建于GFS、Borg、Chubby等幾個基礎服務之上。所以，Trove實際上擁有了云平臺的一些基礎特性，比如容災隔離、動態(tài)調度、快速響應等能力，而且從研發(fā)的角度看，也大大減少了重復造輪子的現(xiàn)象。
　　
　　Trove的架構介紹
　　實際上Trove的架構（最新版本）與Openstack Nova項目的架構是如出一轍，可以說是Nova的一個簡化版。也是典型的Openstack項目架構風格。Trove所管理的各個數(shù)據(jù)庫引擎的差異性主要體現(xiàn)在trove-guestagent的具體manager和strategies代碼實現(xiàn)上。架構如圖所示：
　　
　　trove-api是接入層，輕量級請求通過在接入層直接處理或者通過直接訪問guestagent處理，比如獲取實例列表、獲取實例規(guī)格列表等；而比較重的請求則通過message bus（Openstack默認實現(xiàn)是Rabbitmq）中轉給trove-taskmanager進行調度處理。trove-taskmanager是調度處理層，主要是處理較重的請求，比如創(chuàng)建實例、實例resize等。
　　taskmanager會通過Nova、Swift的API訪問Openstack基礎的服務，而且是有狀態(tài)的，是整個系統(tǒng)的核心。trove-conductor是guestagent訪問數(shù)據(jù)庫的代理層，主要是為了屏蔽掉guestagent直接對數(shù)據(jù)庫的訪問。
　　在Trove目前的實現(xiàn)中，一個數(shù)據(jù)庫實例一一對映到一個vm，而guestagent也是運行在vm里面。vm鏡像包含了經過裁剪的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫引擎和guestagent（鏡像具體實現(xiàn)沒有標準，數(shù)據(jù)庫引擎和guestagent也都可以在vm啟動時通過網絡動態(tài)裝載）。而實例所在分區(qū)的硬盤是通過Cinder提供的云硬盤。每個vm都會關聯(lián)一個安全組防火墻，只允許數(shù)據(jù)庫服務的端口通過（比如Mysql，默認是TCP 3306端口）。從這里可以看出，Trove創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫實例是非常靈活的，后期的調度也非常方便，這些都得益于Nova和Cinder。
　　Trove功能介紹
　　正如前面說的，實際上Trove是在主流的關系和非關系型數(shù)據(jù)庫的一些核心概念基礎上抽象出的一個系統(tǒng)框架，所以其實現(xiàn)的功能也是圍繞著這些核心概念的。Trove的概念關系圖：
　　
　　因此Trove的主要功能也是圍繞這幾個概念實現(xiàn)的。datastore管理，Instance管理，configuration管理，database管理，user管理，replication管理，backup管理，cluster管理等等。
　　從最新的Liberty版本看，目前Trove的功能還是比較多的，而且擴展性很強?？上У氖菍嵗y(tǒng)計監(jiān)控功能卻沒有看到，而統(tǒng)計監(jiān)控功能的缺失，應該也是導致了實例容災的自動切換還沒有實現(xiàn)，相信這些都會在不久的新版本中逐漸完善。不過從另外一個角度看，由于數(shù)據(jù)庫對用戶來說是非常關鍵的服務，涉及到核心數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)一致性問題，目前交由用戶上層去確認和切換實例也不失一個明智的選擇。下面以Mysql數(shù)據(jù)庫作為例子，對Trove的一些重要功能進行分析。