传统数据库逐渐“难适应”，云原生数据库脱颖而出
前言
數據庫一直是應用開發中非常重要的一部分。從MySQL到亞馬遜的RDS(關系型數據庫服務，Relational Database Service)，業界有很多數據庫系統供開發者存儲、查詢和管理數據。隨著海量計算的持續發展，給傳統數據庫帶來了不少挑戰，而云原生數據庫卻可以應對這些挑戰。
亞馬遜云科技提供了100余種產品免費套餐。其中，計算資源Amazon EC2首年12個月免費，750小時/月；存儲資源 Amazon S3 首年12個月免費，5GB標準存儲容量；數據庫資源 Amazon RDS 首年12個月免費，750小時；Amazon Dynamo DB 25GB存儲容量 永久免費。——戳這里
傳統數據庫產品為何難以適應這個時代
什么是傳統數據庫
傳統數據庫是依照某種數據模型組織起來并存放二級存儲器中的數據集合。這種數據集合具有如下特點：盡可能不重復，以最優方式為某個特定組織的多種應用服務，其數據結構獨立于使用它的應用程序，對數據的增、刪、改、查由統一軟件進行管理和控制。
傳統數據庫的缺點
在云計算誕生之前的很長時間里，傳統自建數據庫可以說是所有開發者的唯一選擇。 然而隨著用戶的數量增長以及業務復雜度的提升，傳統自建數據庫的缺點越發明顯。
以下只是列舉出傳統自建數據庫的一些常見的缺點，傳統的數據庫技術和商業發展模式已經不能適應這個時代了。
- 系統安全性：需要對抗DDoS攻擊，傳統自建數據庫需要自行實現，且實現成本較高，同時也需自行修復數據庫安全漏洞。
- 硬件成本：為了能部署數據庫，開發者需要購買費用高昂的數據庫服務器。一次性的硬件成本很高。而且考慮到硬件損耗，后期還會有維修和更換硬件的成本。
- 運維成本：需要花費大量的人力物力來維護硬件、維護操作系統、維護數據庫軟件。
- 可擴展性：傳統自建數據庫采用物理硬盤作為存儲空間，受單盤容量的限制，并不支持彈性升級，要增減節點，也比較難實現，如果某個數據庫超過了這個存儲的限制，需要運維和開發的人員一起進行數據歸檔來降低數據庫容量。
- 可靠性：單機實例，沒有數據災備。需要額外成本建立異地的數據災備。不管是主從架構、還是負載均衡還是自動容災方面，傳統自建數據庫都需要自行實現。
傳統數據庫面臨的挑戰
一方面是傳統數據庫不能滿足互聯網企業新需求。互聯網企業因業務快速擴展，需實時處理海量數據，并發訪問量非常大。傳統數據庫基于專用服務器和高端存儲構成共享存儲環境，設備造價昂貴，且性能和擴展性極其有限，無法滿足互聯網行業對數據庫高并發、實時在線需求。
另一方面是傳統數據庫不能適應云計算技術新需求。云計算公司依托技術積累，發起由IOE架構向基于廉價PC服務器技術的變革，降低IT服務支出，倡導以軟件為中心的架構演變，降低數據庫維護升級的風險。傳統數據庫環境是集中在一個地點的高穩定、高可靠、高可用高端企業級設備，制約云計算企業未來業務發展，增加長期運營成本。
最后則是傳統數據庫在實際使用中遇到的瓶頸：
云原生數據庫到底是什么？
什么是云原生
云原生（Cloud Native）是一種構建和運行應用程序的方法，是一套技術體系和方法論。Cloud Native是一個組合詞，Cloud+Native。Cloud是適應范圍為云平臺，Native表示應用程序從設計之初即考慮到云的環境，原生為云而設計，在云上以最佳姿勢運行，充分利用和發揮云平臺的彈性+分布式優勢。
云原生的特點
說起云原生的定義，最早要從2013年說起，期間在不斷定義完善。可以看出“云原生”的定義，也是隨著時代和技術的發展，不斷演化。容器技術、微服務、可持續交付、DevOps，這四點構成云原生的四要素特點。
- 容器化： 微服務的最佳載體，Docker起到應用隔離作用，為微服務及其所需的所有配置、依賴關系和環境變量移動到全新、無差別的運行環境，移植性強。
- DevOps： 強調高效地協調開發與運維的合作。通過自動化發布管道、CI 工具快速將應用部署到生產環境中。
- 持續交付： 在敏捷開發中，針對客戶的需求變化，發布非常頻繁，那么就需要用到持續交付。當存在多個版本同時提供服務的情況，需要支持灰度發布/金絲雀發布等。
- 微服務： 一個微服務基本是一個能獨立發布的應用服務，應用間通過RESTful API 通信，可以被獨立部署、更新、擴容和重啟。
什么是云原生數據庫
云原生數據庫，是一種通過云平臺構建、部署和分發的數據庫服務。它以 PaaS 的形式進行分發，也經常被叫做 DBaaS。相比于傳統數據庫，云原生數據庫提供了更好的訪問性和可伸縮性。
云原生數據庫的特點
- 自動容錯： 云原生數據庫自動容錯機制包括宕機自動遷移，故障自動隔離，負載均衡，自動限流降級等。
- 彈性伸縮： 可以根據 CPU load，memory 使用率等做到自動伸縮，秒級擴容。能夠根據業務CPU Load、 Memory 負載時自動伸縮，做到秒級擴縮容能力，靈活的動態分配或釋放資源，結合彈性計費策略，可以大幅度降低用戶的使用成本。
- 彈性計費： 支持按量（如流量、存儲量、調用次數、調用時長、核數、內存資源占用量等）制定多種定價策略，使用戶可根據業務情況靈活匹配出最優計量模式，節約用戶成本。
- 易于管理： 能夠做到從自助運維到自動運維的轉變，具備自動化異常分析診斷能力，在運維操作中實現白屏化、智能化、規模化、少人化。
- 安全隔離： 云數據庫采用共享池化技術來提高計算、存儲、網絡等資源的利用率，此外還需要考慮多租戶安全穩定的隔離性，避免信息泄露或遭受攻擊。
- 極致體驗： 用戶對于數據庫的申請、創建、監控、報警、故障定位都以最簡單的方式完成，給用戶以極致便捷的體驗。
相比傳統數據庫，云原生數據優勢又是什么？
選擇云原生數據庫有以下幾個優點：
易處置性簡單來講，易處置性是指數據庫在無需事先通知的情況下，即時處理崩潰或啟動進程的能力。盡管現在有先進的技術，但是像磁盤故障、網絡隔離故障，以及虛擬機異常等，仍然不可避免。
對于傳統數據庫，這些故障尤其有害，因為用單個機器運行整個數據庫，即便一個很小的問題都可能影響所有功能。而云原生數據庫的設計具有顯著的易處置性，即允許虛擬機在即時通知下立即重啟或重新調度。實際上，易處置性已從單個虛擬機擴展到了整個數據中心。隨著我們的環境持續朝著更加穩定的方向發展，云原生數據庫將發展到對此類故障無感知的狀態。
增強的安全性 DBaaS運行在受高度監控和安全的環境里，受到反惡意軟件、反病毒軟件和防火墻的保護。除了全天候的監控和定期的軟件升級以外，云環境還提供了額外的安全性。相反，傳統數據庫容易遭受數據丟失和被不受限制的訪問。基于服務提供商通過即時快照副本提供的數據能力，用戶可以達成“RPO=0，RTO<60秒”的目標。
可擴展性能夠在運行時進行按需擴展的能力是任何企業成長的先決條件。因為這種能力讓企業可以專注于追求商業目標，而不用擔心存儲空間大小的限制。
傳統數據庫將所有文件和資源都存儲在同一主機中，而云原生數據庫則不同，它不僅允許你以不同的方式存儲，而且不受存儲問題的影響。
更好的可訪問性傳統數據庫最重要的限制之一，是它只能通過連接數據庫系統本身進行訪問。而云原生數據庫提供對數據庫全天候的訪問，以便你隨時進行任何修改，而你只需要一個可以訪問internet的計算機。這樣一來，就消除了可能發生的潛在的延遲，同時也為多個開發人員之間的協作開辟了途徑。
顯著的成本節約建立一個數據中心是一項獨立而完備的工程，需要大量的硬件投資，還需要能可靠管理和維護數據中心的訓練有素的運維人員。此外，持續的運維會給你的財務帶來相當大的壓力。而使用云原生的DBaaS平臺，你可以以較低的前期成本，獲得一個可擴展的數據庫，這可以讓你騰出雙手，實現更優化的資源分配。
云原生數據庫實力派Amazon Aurora
云原生數據庫鼻祖——亞馬遜云科技
說到云原生數據庫，就不得不提的還是亞馬遜云科技了，作為云計算市場的開創者，亞馬遜云科技引領了整個云計算市場的發展，同時云計算也成就了亞馬遜云科技。
Gartner最近發布了2021年數據庫管理系統（DBMS）市場研究報告（以下簡稱報告）。根據報告，2021年數據庫市場收入接近800億美元，增幅達到22.3%。這是數據庫市場連續5年保持高速增長。報告另一組令人關注的數據是，2021年托管云服務（dbPaaS）的收入增至392億美元，占整體收入的49%以上。云對數據庫市場的顛覆已經展露無遺。
2021年DBMS市場份額前五名中，亞馬遜云科技（AWS）的表現值得關注，其2021年增長率達42.3%，幾乎是市場增長的兩倍。在連續三年增長的增長下，AWS已躍居第二，占比23.9%，與第一名微軟僅差0.1%。第三名甲骨文占20.6%，第四名谷歌，第五名IBM。
在非關系數據庫領域，AWS以64億美元獲得了43%的份額占比，在該細分領域以主導優勢占據首位。這個增長背后是大數據、物聯網、機器學習的興起，非關系型數據的處理需求迅速增長。Gartner數據顯示，2021年非關系型數據庫的市場收入達到148億美元，占總體數據庫市場的19%。2017年時，這一比例僅為8%。
截至目前，亞馬遜云科技目前提供十多種專門構建的數據庫服務，支持關系、鍵值、文檔、內存、圖、時間序列、寬列和分類賬八大數據類型。
為什么亞馬遜云科技要提供這么多的數據庫產品？在筆者看來，正如亞馬遜首席技術官兼副總裁 Dr. Werner Vogels 所言，“開發者希望他們的應用程序能夠很好地被構建和有效擴展，為此，他們需要能夠在同一應用程序中使用多個數據庫和數據模型。很少有一個數據庫能夠滿足多個不同應用場景的需要，一刀切的數據庫時代已經過去，開發人員正在使用大量的專用數據庫來構建高度分布式的應用程序。
附亞馬遜數據庫免費試用鏈接及上手教程：
https://aws.amazon.com/cn/getting-started/databases/get-started/?nc=sn&loc=4&trk=fab55528-7c2e-4517-b90e-65b760ecfc1c&sc_channel=el
云原生數據庫在線大會：https://www.awsevents.cn/CloudNative/listDetails.html?trk=1227489f-bfd0-430a-85df-750d92bb9d11&sc_channel=el
云時代Amazon Aurora的發展
如今，企業面臨著指數級遞增的海量存儲需求，業務也面臨更多的熱點和突發流量帶來的挑戰。由于企業需要降本增效，進行更智能的數據決策，傳統的商業數據庫已經難以滿足和響應快速增長的業務訴求。
云原生數據庫不僅減少了數據庫參數的重復配置，而且具有快速部署、高擴展性、高可用性、可遷移性和易運維性以及資源隔離等特點。尤其是基于容器化、微服務、Serverless 等理念設計的具備彈性伸縮與全球部署能力的云原生數據庫，能隨時隨地從多前端訪問，提供云服務的計算節點，并且可以靈活及時調動資源進行擴縮容，助力企業降本增效，成為行業發展新趨勢。
在此背景下，云原生數據庫成為大勢所趨，不管是老牌的數據庫廠商，還是大型云計算企業都在向這一趨勢靠攏。
全球知名咨詢公司Gartner指出，云將主導數據庫市場的未來，到2022年，75%的數據庫將被部署或遷移至云平臺，只有25%的數據庫會在本地運行。云化無疑代表了未來，企業如何在云原生架構下使用數據庫，就成為必須要思考的問題。
此時，為適應變化，關系型數據庫需要革新和自我進化。而開路者就是連續 11 年被 Gartner 評為“全球云計算領導者”的亞馬遜云科技（Amazon Web Services）。
亞馬遜云科技在 2014 年推出關系型數據庫Amazon Aurora。它兼容 MySQL 和 PostgreSQL，采用共享存儲和讀寫分離的方式，不僅提升了數據庫性能，而且解決了可擴展性問題，讓傳統互聯網公司可以無縫遷移到云上，這讓它成為云計算時代的一個代表。
憑借既有傳統商業數據庫的高性能和可用性，以及具有開源數據庫的簡單性和成本效益，Amazon Aurora 成為亞馬遜云科技歷史上用戶數量增速最快的云服務，且躋身最受初創公司青睞的八項亞馬遜云科技全球服務。
通過DB-Engines趨勢圖，我們可以發現Amazon Aurora的增長趨勢明顯，受歡迎程度之高。
企業選擇Amazon Aurora背后的原因
為什么它能受到諸多企業青睞？這離不開 Amazon Aurora 強大的性能特性和先進的架構設計以及廉價的成本。
- 兼容MySQL
Aurora完全兼容使用InnoDB存儲引擎的MySQL 5.6，使得使用MySQL編寫的大部分代碼、應用、驅動等無需改變或者很少改變即可實現遷移到Aurora，反之依然。 - 高性能
Amazon通過緊密集成數據庫引擎和基于SSD的虛擬化存儲層（專為數據庫工作負載而開發），其性能和可用性相較于MySQL有大幅提升，從而降低了存儲系統的寫入次數、盡量避免了鎖定并消除了數據庫處理線程帶來的延遲。在相同硬件條件下，Aurora提供了相對于標準MySQL高達五倍的吞吐量，每分鐘能完成600萬的插入操作和3000萬的查詢操作。 - 高可用性和高耐久性
Aurora能夠在多個可用區上自動復制數據，并持續地把數據備份Amazon S3上，在不影響性能的情況下實現99.999999999%的耐久性。 Aurora提供了高于99.99%的可用性，可在60秒內自動檢測大多數數據庫故障并恢復正常，而不會出現崩潰恢復或需要重建數據庫緩存的情況。Aurora還能夠持續監測實例健康狀況，如果出現故障，它會自動切換至只讀副本而不會丟失數據。 - 高擴展性
使用Amazon RDS服務擴展了Aurora的容量，還能夠增加15個Aurora 副本，以及自動擴展存儲容量而無需任何中斷，從而避免停機或性能降低的情況。 - 高安全性
Aurora運行在Amazon VPC里，它能夠將Aurora限制在自己的虛擬網絡里；在數據傳輸過程中自動加密數據。Amazon RDS為Aurora集成了AWS身份識別和訪問管理(IAM)服務，該服務能夠非常安全地控制用戶對Amazon AWS服務和資源的訪問權限。 - 非常廉價
Aurora提供了同高端商用數據庫同樣的功能，但只有高端商用數據庫產品成本的十分之一。用戶無需前期投入，只需為自己所使用的每個Aurora數據庫實例支付每小時的使用費，也沒有最低承諾費用或預付費用。 - 無服務器架構
Amazon Aurora 架構支持 Serverless 無服務器架構。 它采用計算與存儲分離的架構，可以做到存儲層的快速擴展，提升數據分析能力。同時，它還采用了獨特的日志即數據庫理念，省去節點跟存儲層數據傳輸的量，以達到性能提升。
如果說云時代的到來推動了數據庫的變革，那么與 Serverless 的結合，則再次為數據庫的發展添了把火。
亞馬遜云科技在 2018 年推出 Amazon Aurora Serverless v1。據悉，它是 Amazon Aurora 的一種按需自動擴展配置版本，它會根據應用程序的需求自動啟動、關閉以及擴展或縮減容量，讓開發者無需管理任何數據庫實例，即可在云中運行數據庫。
如此看來云原生數據庫真的很強，接下來我們通過以下幾個實例來看看亞馬遜云科技的云原生數據庫的具體優勢，這些優勢解決了哪些企業的痛點。
三星使用Amazon Aurora降低成本。隨著用戶數量激增至11億以上，這家電子巨頭決定將其龐大的數據庫從單一的傳統聯網數據中心 (IDC)解決方案轉移出去，因為這一解決方案不僅成本高昂，而且難以擴展，因此難以適應不斷增長的流量需求。三星電子將其全球三星賬戶數據遷移到了一個專為云構建且與MySQL和PostgreSQL兼容的關系數據庫一Amazon Aurora中。此后，三星運維成本大幅降低，因為三星得以從本地傳統數據庫的限制性許可成本中解放出來。
九州通采用 Amazon Aurora，輕松實現數據庫的讀寫分離及按需擴展。使用 Amazon Aurora 數據庫服務，單個 Amazon Aurora 集群可以支持多達 15 個只讀節點，支持在線自動擴展與收縮。整體數據庫性能提升 5 倍，TCO 降低了 50%，實現了跨可用區部署、負載均衡 / 自動故障轉移，精細監控 / 按需自動伸縮等。同時，還有效降低主庫工作負載壓力。此外，在性能和成本上取得高效平衡。借助 Amazon Aurora Auto Scaling 功能，實現只讀副本按需伸縮，滿足業務需求的同時，節省服務器成本。
虎牙直播在全球化過程中，也選擇了 Amazon Aurora。2018 年初，虎牙直播上線海外產品 Nimo TV，年底，月活用戶達千萬級。產品成功登陸東南亞及拉美地區，2019 年進入西班牙市場。據悉，在數據庫后臺，虎牙直播使用 DynamoDB 存儲用戶的動態信息，包括支付、狀態、好友關注等信息。相對靜態的信息存儲在 Amazon Aurora 上，如用戶的基礎信息。Amazon Aurora 能自動擴容，且因為計算和存儲分離，當數據量較大時，能單獨升級計算實例，確保性能。同時，異常情況下，通常只需 10 秒左右就能自動實現故障轉移，對終端用戶沒有任何影響。并且，利用其全球數據庫功能，可以提升本地用戶體驗。虎牙直播在亞馬遜云科技亞太（新加坡）區域部署數據庫，在其他區域建立副本，提高當地用戶的使用體驗。
最近，亞馬遜云科技宣布無服務器數據庫服務Amazon Aurora Serverless v2（Amazon Aurora Serverless 第二個版本）正式可用，新一代Amazon Aurora Serverless可在幾分之一秒內自動擴展到數十萬個事務，支持最嚴苛的應用程序。Amazon Aurora Serverless v2可根據應用程序的需求，以細粒度的增量擴展容量，與為峰值負載預置數據庫容量的方式相比，可幫助客戶節省高達90%的成本。Amazon Aurora Serverless v2同時兼備Amazon Aurora的高可用性、性能和彈性，以及低延遲和快速查詢等功能。使用Amazon Aurora Serverless v2無需預付費用，客戶只需為使用的數據庫容量付費。
更值得一提的是，Amazon Aurora Serverless v2 支持跨 AZ 的高可用部署和讀取擴展，通過持續的監控和盡可能大的利用緩沖池，v2 原地擴展可以做到秒級別。
目前，Amazon Aurora Serverless v2在兼容MySQL和PostgreSQL的Amazon Aurora上正式可用，現已在美國東部（俄亥俄）、美國東部（弗吉尼亞北部）、美國西部（加利福尼亞北部）、美國西部（俄勒岡）、亞太地區（香港）、亞太地區（孟買）、亞太地區（首爾）、亞太地區（新加坡）、亞太地區（悉尼）、亞太地區（東京）、加拿大（中區）、歐洲（法蘭克福）、歐洲（愛爾蘭）、歐洲（倫敦）、歐洲（巴黎）、歐洲（斯德哥爾摩）和南美洲（圣保羅）區域推出，并將很快在其它亞馬遜云科技區域推出。
總結
伴隨數字化轉型步入“深水區”，企業的業務需求迭代迅速，數據量和并發訪問量呈指數級增長，傳統關系型數據庫遇到捉襟見肘的擴展能力、大數據處理性能低等挑戰。數據對于企業的重要性越來越高，企業對于以數據庫為核心的專業服務需求也愈發迫切。傳統數據庫逐漸難以適應現在企業的需求，而亞馬遜云原生數據庫Aurora的到來解決了企業在數字化時代的使用傳統數據庫面臨的一切問題。
對于中小企業來說，新冠疫情的沖擊反而加速了企業上云的步伐，但在上云的過程中，技術門檻和高額的試錯成本，都有可能變成壓垮中小企業的稻草。而恰恰亞馬遜云原生數據Aurora可以很好地幫助這些中型企業渡過這些難關。
粉絲福利
亞馬遜云科技專為開發者們打造了多種學習平臺：
專屬福利
福利一： 100余種產品免費套餐。其中，計算資源Amazon EC2首年12個月免費，750小時/月；存儲資源 Amazon S3 首年12個月免費，5GB標準存儲容量。
https://aws.amazon.com/cn/free/?nc2=h_ql_pr_ft&all-free-tier.sort-by=item.additionalFields.SortRank&all-free-tier.sort-order=asc&awsf.Free%20Tier%20Types=*all&awsf.Free%20Tier%20Categories=*all&trk=e0213267-9c8c-4534-bf9b-ecb1c06e4ac6&sc_channel=el
福利二： 最新優惠大禮包，200數據與分析抵扣券，200數據與分析抵扣券，200數據與分析抵扣券，200機器學習抵扣券，200$微服務與應用開發抵扣券。https://www.amazonaws.cn/campaign/?sc_channel=el&sc_campaign=credit-acts-ldr&sc_country=cn&sc_geo=chna&sc_category=mult&sc_outcome=field&trkCampaign=request-credit-glb-ldr&trk=f45email&trk=02faebcb-3f61-4bcb-b68e-c63f3ae33c99&sc_channel=el
福利三： 解決方案CloudFormation一鍵部署模版庫
https://aws.amazon.com/cn/quickstart/
總結
以上是生活随笔為你收集整理的传统数据库逐渐“难适应”，云原生数据库脱颖而出的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇： 正弦波产生电路_文氏桥振荡
- 下一篇： linux cmake编译源码,linu