从myspace数据库看分布式系统数据结构变迁

MySpace已经成为全球众口皆碑的社区网站之王。尽管一流和营销和管理经验自然是每个IT企业取得成功的首要因素，但是我们却抛弃这一点，而主要着眼于探讨在数次面临系统扩张的紧急关头MySpace是如何从技术方面采取应对策略的。
MySpace信息系统发展历程：
第一代架构—添置更多的Web服务器
MySpace最初的系统很小，只有两台Web服务器（分担处理用户请求的工作量）和一个数据库服务器（所有数据都存储在这一个地方）。那时使 用的是Dell双CPU、4G内存的系统。在早期阶段，MySpace基本是通过添置更多Web服务器来对付用户暴增问题的。但到在2004年早期，在 MySpace用户数增长到五十万后，其数据库服务器已经开始疲于奔命了。
第二代架构—增加数据库服务器
与增加Web服务器不同，增加数据库并没那么简单。如果一个站点由多个数据库支持，设计者
必须考虑的是，如何在保证数据一致性的前提下让多个数据库分担压力。
MySpace运行在三个SQL Server数据库服务器上—一个为主，所有的新数据都向它提交，然后由它复制到其它两个；另两个数据库服务器全力向用户供给数据，用以在博客和个人资料 栏显示。这种方式在一段时间内效果很好——只要增加数据库服务器，加大硬盘，就可以应对用户数和访问量的增加。
这一次的数据库架构按照垂直分割模式设计，不同的数据库服务于站点的不同功能，如登录、用户资料和博客。垂直分割策略利于多个数据库分担访问压 力，当用户要求增加新功能时，MySpace只需要投入新的数据库加以支持。在账户到达二百万后，MySpace还从存储设备与数据库服务器直接交互的方 式切换到SAN（存储区域网络）—用高带宽、专门设计的网络将大量磁盘存储设备连接在一起，而数据库连接到SAN。这项措施极大提升了系统性能、正常运行 时间和可靠性。然而，当用户继续增加到三百万后，垂直分割策略也变得难以维持下去。
第三代架构—转到分布式计算架构
几经折腾，最终，MySpace将目光移到分布式计算架构——它在物理上分布的众多服务器，整体必须逻辑上等同于单台机器。拿数据库来说，就不 能再像过去那样将应用拆分，再以不同数据库分别支持，而必须将整个站点看作一个应用。现在，数据库模型里只有一个用户表，支持博客、个人资料和其他核心功 能的数据都存储在相同数据库。
既然所有的核心数据逻辑上都组织到一个数据库，那么MySpace必须到新的办法以分担负荷——显然，运行在普通硬件上的单个数据库服务器是 无能为力的。这次，不再按站点功能和应用分割数据库，MySpace开始将它的用户按每百万一组分割，然后将各组的全部数据分别存入独立的SQL Server实例。目前，MySpace的每台数据库服务器实际运行两个SQL Server实例，也就是说每台服务器服务大约二百万用户。据MySpace的技术人员说，以后还可以按照这种模式以更小粒度划分架构，从而优化负荷分 担。
第四代架构—求助于微软方案
2005年早期，账户达到九百万，MySpace开始用微软的C#编写ASP.NET程序。在收到一定成效后，MySpace开始大规模迁移到 ASP.NET。用户达到一千万时，MySpace再次遭遇存储瓶颈问题。SAN的引入解决了早期一些性能问题，但站点目前的要求已经开始周期性超越
SAN的I/O容量——即它从磁盘存储系统读写数据的极限速度。
第五代架构—增加数据缓存层并转到支持64位处理器的SQL Server 2005
2005年春天，MySpace账户达到一千七百万，MySpace又启用了新的策略以减轻存储系统压力，即增加数据缓存层——位于Web服务 器和数据库服务器之间，其唯一职能是在内存中建立被频繁请求数据对象的副本，如此一来，不访问数据库也可以向Web应用供给数据。
2005年中期，服务账户数达到两千六百万时，MySpace因为我们对内存的渴求而切换到了还处于beta测试的支持64位处理器的SQL Server 2005。升级到SQL Server 2005和64位Windows Server 2003后，MySpace每台服务器配备了32G内存，后于2006年再次将配置标准提升到64G。
事实上，MySpace的Web服务器和数据库仍然经常发生超负荷，其用户频繁遭遇“意外错误”和“站点离线维护”等告示，他们不得不在论坛抱怨不停……
MySpace正是在这样不断重构站点软件、数据库和存储系统中，才一步步走到今天。事实上，MySpace已经成功解决了很多系统扩展性问 题，其中存在相当的经验值得我们借鉴。M
ySpace系统架构到目前为止保持了相对稳定，但其技术人员仍然在为SQL Server支持的同时连接数等方面继续攻坚，尽可能把事情做到最好。
虽然自2005年早期，站点账户数超过7百万后，系统架构到目前为止保持了相对稳定，但MySpace仍然在为SQL Server支持的同时连接数等方面继续攻坚。
里程碑一：50万账户
MySpace最初的系统很小，只有两台Web服务器和一个数据库服务器。那时使用的是Dell双路CPUsql数据库迁移另一个硬盘、4G内存的系统。
单个数据库就意味着所有数据都存储在一个地方，再由两台Web服务器分担处理用户请求的工作量。但就像MySpace后来的几次底层系统修订时 的情况一样，三服务器架构很快不堪重负。此后一个时期内，MySpace基本是通过添置更多Web服务器来对付用户暴增问题的。
但到在2004年早期，MySpace用户数增长到50万后，数据库服务器也已开始汗流浃背。
但和Web服务器不同，增加数据库可没那么简单。如果一个站点由多个数据库支持，设计者必须考虑的是，如何在保证数据一致性的前提下，让多个数据库分担压力。
在第二代架构中，MySpace运行在3个SQL Server数据库服务器上——一个为主，所有的新数据都向它提交，然后由它复制到其他两个；另两个全力向用户供给数据，用以在博客和个人资料栏显示。这 种方式在一段时间内效果很好——只要增加数据库服务器，加大硬盘，就可以应对用户数和访问量的增加。
里程碑二：1-2百万账户
MySpace注册数到达1百万至2百万区间后，数据库服务器开始受制于I/O容量——即它们存取数据的速度。而当时才是2004年中，距离上 次数据库系统调整不过数月。用户的提交请求被阻塞，就像千人乐迷要挤进只能容纳几百人的夜总会，站点开始遭遇”主要矛盾”，Benedetto说，这意味 着MySpace永远都会轻度落后于用户需求。
有人花5分钟都无法完成留言，因此用户总是抱怨说网站已经完蛋了。这一次的数据库架构按照垂直分割模式设计，不同的数据库服务于站点的不同功能，如登录、用户资料和博客。于是，站点的扩展性问题看似又可以告一段落了，可以歇一阵子。
垂直分割策略利于多个数据库分担访问压力，当用户要求增加新功能时，MySpace将投入新
的数据库予以支持它。账户到达2百万 后，MySpace还从存储设备与数据库服务器直接交互的方式切换到SAN（Storage Area Network，存储区域网络）——用高带宽、专门设计的网络将大量磁盘存储设备连接在一起，而数据库连接到SAN。这项措施极大提升了系统性能、正常运 行时间和可靠性。
里程碑三：3百万账户
当用户继续增加到3百万后，垂直分割策略也开始难以为继。尽管站点的各个应用被设计得高度独立，但有些信息必须共享。在这个架构里，每个数据库 必须有各自的用户表副本——MySpace授权用户的电子花名册。这就意味着一个用户注册时，该条账户记录必须在9个不同数据库上分别创建。但在个别情况 下，如果其中某台数据库服务器临时不可到达，对应事务就会失败，从而造成账户非完全创建，最终导致此用户的该项服务无效。
另外一个问题是，个别应用如博客增长太快，那么专门为它服务的数据库就有巨大压力。
2004年中，MySpace面临Web开发者称之为”向上扩展”对”向外扩展”（译者注：Scale Up和Scale Out，也称硬件扩展和软件扩展）的抉择——要么扩展到更大更强、也更昂贵的服务器
上，要么部署大量相对便宜的服务器来分担数据库压力。一般来说，大型站 点倾向于向外扩展，因为这将让它们得以保留通过增加服务器以提升系统能力的后路。
但成功地向外扩展架构必须解决复杂的分布式计算问题，大型站点如Google、Yahoo和Amazon，都必须自行研发大量相关技术。以Google为例，它构建了自己的分布式文件系统。
另外，向外扩展策略还需要大量重写原来软件，以保证系统能在分布式服务器上运行。”搞不好，开发人员的所有工作都将白费”，Benedetto 说。因此，MySpace首先将重点放在了向上扩展上，花费了大约1个半月时间研究升级到32CPU服务器以管理更大数据库的问题。Benedetto 说，”那时候，这个方案看似可能解决一切问题。”如稳定性，更棒的是对现有软件几乎没有改动要求。
糟糕的是，高端服务器极其昂贵，是购置同样处理能力和内存速度的多台服务器总和的很多倍。而且，站点架构师预测，从长期来看，即便是巨型数据库，最后也会不堪重负，Benedetto说，”换句话讲，只要增长趋势存在，我们最后无论如何都要走上向外扩展的道路。”
因此，MySpace最终将目光移到分布式计算架构——它在物理上分布的众多服务器，整体必须逻辑上等同于单台机器。拿数据库来说，就不能再像 过去那样将应用拆分，再以不同数据库分别支持，而必须将整个站点看作一个应用。现在，数据库模型里只有一个用户表，支持博客、个人资料和其他核心功能的数 据都存储在相同数据库。
既然所有的核心数据逻辑上都组织到一个数据库，那么MySpace必须到新的办法以分担负荷——显然，运行在普通硬件上的单个数据库服务器是 无能为力的。这次，不再按站点功能和应用分割数据库，MySpace开始将它的用户按每百万一组分割，然后将各组的全部数据分别存入独立的SQL Server实例。目前，MySpace的每台数据库服务器实际运行两个SQL Server实例，也就是说每台服务器服务大约2百万用户。Benedetto指出，以后还可以按照这种模式以更小粒度划分架构，从而优化负荷分担。
当然，还是有一个特殊数据库保存了所有账户的名称和密码。用户登录后，保存了他们其他数据的数据库再接管服务。特殊数据库的用户表虽然庞大，但它只负责用户登录，功能单一，所以负荷还是比较容易控制的。