DSQL がシーケンスを確実にスケーリングする方法

DSQL は、従来の単一ノードの調整を放棄し、範囲ベースの割り当てとコンセンサス主導の ID 生成を採用することで、分散環境でのシーケンスの拡張を保証し、一意性を犠牲にすることなくボトルネックを排除します。これがどのように機能するかを理解することは、インフラストラクチャの上限に達することなく成長する必要があるデータ集約型アプリケーションを構築するチームにとって不可欠です。

データベース シーケンスとは何ですか? データベース シーケンスが大規模に破壊されるのはなぜですか?

リレーショナル データベースのシーケンスは、一意の順序付けされた数値を生成するカウンターであり、主キーに最もよく使用されます。単一サーバーの世界では、これは簡単です。1 つのノードがカウンターを所有し、それをアトミックにインクリメントし、要求した人に値を渡します。シンプルで信頼性が高く、2 番目のノードを追加した瞬間には完全に存続できなくなります。

問題は、データベースを複数のノードまたはリージョンに分散した瞬間に発生します。新しいシーケンス値を必要とするすべてのノードは、2 つのノードが同じ番号を発行しないように中央機関と調整する必要があります。軽い負荷では、その調整は見えません。地理的に分散したクラスタ間で 1 秒あたり数百万回の挿入が行われるなど、負荷が高い場合、中央の権限が書き込みパス全体を抑制するチョークポイントになります。

従来のデータベース エンジンは、ノードごとの奇数/偶数の割り当て、シーケンス範囲の手動分割、UUID のシーケンス全体の放棄などの回避策でこの問題を修正します。妥協するたびに運用が複雑になり、注文の保証が犠牲になったり、ボトルネックを別のボトルネックに置き換えたりします。 DSQL は根本的に異なるアプローチを採用しています。

DSQL は調整を減らすために範囲割り当てをどのように使用しますか?

DSQL のシーケンス スケーリングの背後にある中心的な洞察は、ノードがすべての値を調整する必要はなく、範囲に基づいて調整するだけでよいということです。各挿入が中央シーケンス機関へのラウンドトリップをトリガーする代わりに、各ノードはシーケンス値のブロックを事前に要求し、ブロックが使い果たされるまでローカルで発行します。

範囲割り当てまたはバッチ予約として知られるこのアプローチは、分散調整イベントの数を大幅に削減します。 1,000 のシーケンス値の範囲を要求するノードは、1,000 回の個別の調整ラウンドトリップを 1 回の調整ラウンドトリップに置き換えます。スループットの計算はすぐに明らかです。シーケンスが制限要因ではなくなり、代わりにコンピューティングまたはストレージが実際の上限になります。

「分散シーケンス設計の目標は、調整を高速化することではありません。調整を稀にすることです。DSQL は、ボトルネックを高速化することではなく、ボトルネックの必要性を体系的に排除することによってスケールを達成します。」

ノードに割り当てられた範囲がなくなると、ノードは新しいブロックを要求します。ノードがミッドレンジでクラッシュした場合、それらの未使用の値は単純にスキップされます。保証された一意性は保証された連続性よりも重要であるため、DSQL はシーケンス内のギャップを許容します。最新のアプリケーション ロジックでは、完全にギャップのないシーケンスが必要になることはほとんどありません。 2 つの行が同じキーを共有しないことが必要です。

分散型コンセンサスはシーケンスの安全性においてどのような役割を果たしますか?

範囲の割り当てによりスループットは解決されますが、2 つのノードが同時に同じ範囲を要求できないという新たな課題が生じます。ここで、分散型コンセンサス プロトコル (通常は Paxos または Raft の亜種) が DSQL の正確性の保証にとって重要になります。

ノードが新しい範囲から値の発行を開始できる前に、その範囲の割り当てがコンセンサス層を通じてコミットされる必要があります。クラスタ メンバーの大部分は、要求ノードが続行する前に予約を確認する必要があります。これにより、ネットワークの分割、ノードの障害、または同時の範囲要求が存在する場合でも、2 つのノードが重複するシーケンス範囲から動作することがなくなります。

実際の結果は、分散アーキテクチャの水平書き込みスループットをサポートしながら、従来の単一ノード シーケンスの一貫性保証を提供するシステムです。アプリケーションは、何も知る必要がなく、競合のない一意の識別子を認識します。

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