本文介绍了PolarDB-X的技术架构及优势。
架构演进理念
当前，分布式领域有3大技术方向：Sharding技术，NewSQL原生分布式技术，云原生DB技术。每种分布式都有其独特的优势和特点。PolarDB-X的架构继承了DRDS和X-DB技术的稳定性，结合了PolarDB的云原生技术，融入了NewSQL对于分布式数据一致性的能力，为用户提供新的云原生+分布式的产品体验。
整体架构
PolarDB-X的整体架构如下：
核心组件
元数据服务（Global Meta Service，GMS），主要提供分布式的元数据，提供全局授时服务（TSO）、维护Table/Schema、Statistic等Meta信息、维护账号、权限等安全信息。
计算节点（Compute Node，CN），主要提供分布式SQL引擎，包含核心的优化器和执行器。基于无状态的SQL引擎提供分布式路由和计算，解决分布式事务2PC协调、分布式DDL执行、全局索引维护等。
存储节点 （Data Node，DN），主要提供数据存储引擎，基于多数派Paxos共识协议提供高可靠存储、分布式事务的MVCC多版本存储，另外提供计算下推能力满足分布式的计算下推要求（比如Project/Filter/Join/Agg等下推计算），可支持本地盘和共享存储。
日志节点（Change Data Capture，CDC），主要提供兼容MySQL生态的主备复制协议，兼容Binlog协议和数据格式、支持主备复制Replication的协议和交互。
列存节点（Columnar）, 主要提供持久化列存索引，实时消费分布式事务的binlog日志，基于对象存储介质构建列存索引，能满足实时更新的需求、以及结合计算节点可提供列存的快照一致性查询能力。
核心模块
如同大多数传统单机关系型数据库，PolarDB-X分为网络层、SQL解析层、优化层、执行层、存储层，其中优化层包含逻辑优化和物理优化，执行层包含单机两阶段执行、单机并行执行和多机并行执行，存储层包含应用了多种传统单机数据库优化和执行技术。
生态工具
PolarDB-X高度兼容MySQL协议和生态，可支持MySQL开源生态中常用的MySQL驱动（JDBC/ODBC）、多语言兼容（Java/GO/C/C++/Python等）、数据导入导出工具、各种客户端GUI等。PolarDB-X提供完整的生态工具方案。
闭环的生态工具：
数据管理DMS，基于阿里巴巴集团十余年的数据库服务平台的云版本，提供免安装、免运维、即开即用、多种数据库类型与多种环境统一的Web数据库管理终端，可以为企业用户快速复制搭建与阿里集团同等安全、高效、规范的数据库DevOps研发流程解决方案。
数据库自治服务（Database Autonomy Service，简称DAS），一种基于机器学习和专家经验实现数据库自感知、自修复、自优化、自运维及自安全的云服务，帮助用户消除数据库管理的复杂性及人工操作引发的服务故障，有效保障数据库服务的稳定、安全及高效。
数据传输服务（Data Transmission Service，简称DTS），支持关系型数据库、NoSQL、大数据等数据源，集数据迁移、订阅及实时同步功能于一体，能够解决公共云、混合云场景下，远距离、毫秒级异步数据传输难题。其底层基础设施采用阿里双11异地多活架构，为数千下游应用提供实时数据流。
数据库备份（Database Backup，简称DBS），低成本、企业级的云原生备份平台。它可以为多种环境的数据库提供强有力的保护，包括本地数据中心、其他云厂商、公共云及混合云。
产品架构
PolarDB-X作为阿里云的成熟云产品，在产品化的配套能力上支持比较完整，包括白屏化的运维操作、多样化的交付形态、完整的OpenAPI、配套的生态工具等。
PolarDB-X部署架构整体基于Kubernetes，运行在高性能的物理机，产品架构设计如下：
PolarDB-X实例由多个节点组成，产品购买以节点为单位，初次购买必须包含2个节点，后续扩容和缩容最小为1个节点。每个节点会有多种规格，比如4c16g、8c32g、16c64g等。
PolarDB-X根据资源隔离诉求的不同，可以分为：通用规格、独享规格、独占物理机规格。 比如通用规格，同一硬件资源下的不同PolarDB-X实例，会互相充分利用彼此空闲的计算资源（如CPU），通过复用计算资源享受规模红利，性价比会更高。而独享规格每个PolarDB-X实例会独占所分配到的计算资源（如CPU），而不会与同一服务器上的其他集群共享资源，性能表现更加稳定。
PolarDB-X支持公有云、混合云的多样化交付。在公有云，支持多地域、多可用区的交付，同时在网络和安全层面，支持VPC、IP白名单、非对称账号密码、TDE加密等方式，确保数据服务安全。 在混合云，支持基于DBStack轻量化输出，可在用户已有机器硬件上完成数据库部署和运维。
架构优势
高可用
经过阿里多年双十一验证的X-DB（X-Paxos共识协议能力），提供数据强一致，保证节点故障切换时RPO=0。另外支持多样化的部署和容灾能力，比如基于Paxos强同步的同城三机房、三地五中心，另外搭配binlog异步复制的两地三中心、异地灾备、异地多活等。尤其在异地长距离传输上，基于Batching & Pipelining 进行网络优化来提升性能。
高兼容
PolarDB-X主要兼容MySQL，包括SQL、函数类型等，技术上引入全局时间授时服务，提供全局一致性的分布式事务能力，通过TSO+2PC提供数据库完整的ACID能力，满足分布式下的Read-Committed/Repeatable-Read的隔离级别。同时在分布式事务的基础上，提供全局二级索引能力，通过事务多写保证索引和主表数据强一致的同时，引入基于代价的CBO优化器实现索引选择。除此以外，在元数据和生态对接层面，PolarDB-X基于Online DDL的技术提供了分布式下元数据的一致性。同时硬件层面，兼容主流国产操作系统和芯片认证，比如麒麟、鲲鹏、海光等。
另外在业界主流的分布式数据库里，分布式下的redolog/binlog等数据库变更日志其实一直被厂商所忽视，从关系数据库的发展历史来看，生态和标准对于市场规模化非常重要，PolarDB-X支持binlog日志服务，兼容和拥抱MySQL数据库生态，用户可以将PolarDB-X当做一个MySQL库，采用标准的binlog dump协议获取binlog日志。
高扩展
PolarDB-X基于Share-Nothing的架构支持水平扩展，同时支持数据库在线扩缩容能力，在OLTP场景下可支持千万级别的并发、以及PB级别的数据存储规模，同样在OLAP场景下，引入MPP并行查询技术，扩展机器后查询能力可线性提升，满足TPC-H等的复杂报表查询诉求。
HTAP
随着移动互联网和Iot设备的普及，数据会产生爆炸式的增长趋势，传统的OLTP和OLAP的解决方案是基于简单的读写分离或者ETL模型，将在线库的数据T+1的方式抽取到数据仓库中进行计算，这种方案存在存储成本高、实时性差、链路和维护成本高等缺陷。PolarDB-X设计中支持OLTP和OLAP的混合负载的能力，可以在一个实例里同时运行TPC-C和TPC-H的benchmark测试，保证AP的查询不影响TP流量的稳定性。核心技术层面，也有所创新，比如我们会在计算层精确识别出TP和AP的流量，结合多副本的特性和多副本的一致性读能力，智能将TP和AP路由到不同的副本上，同时在AP链路上默认开启MPP并行查询技术，从而在满足隔离性的基础上，线性提升AP的查询能力。在存储层上，我们也在完善计算下推能力，未来也会提供高性能列存引擎，实现行列混合的HTAP能力。
极速弹性
PolarDB-X结合PolarDB云原生的技术，可以基于PolarDB的共享存储+RDMA网络优化能力，提供秒级备份、极速弹性、以及存储按需扩展的能力。基于共享存储的基础上，结合分布式的多点写入能力，可以在不迁移数据的前提下提供秒级弹性的能力，给到用户完全不一样的弹性体验。
开放生态
PolarDB-X全面拥抱和坚定MySQL的开源生态，做到代码完全自主可控的同时满足分布式MySQL的兼容性，架构做到简单开放，只要具备一定MySQL背景的人员即可完成持续运维。除此以外，PolarDB-X和阿里云的数据库生态有完整的闭环对接，支持如DTS/DBS/DMS等，可打通阿里云的整个大生态。