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1、TIDB基本介绍

TiDB 是 PingCAP 公司自主设计、研发的开源分布式关系型数据库，是一款同时支持在线事务处理与在线分析处理 (Hybrid Transactional and Analytical Processing, HTAP) 的融合型分布式数据库产品，具备水平扩容或者缩容、金融级高可用、实时 HTAP、云原生的分布式数据库、兼容 MySQL 5.7 协议和 MySQL 生态等重要特性。目标是为用户提供一站式 OLTP （Online Transactional Processing）、OLAP （Online Analytical Processing）、HTAP 解决方案。

TiDB 适合高可用、强一致要求较高、数据规模较大等各种应用场景。

• OLTP（Online Transactional Processing）：强调支持短时间内大量并发的事务操作（增删改查）能力，每个操作涉及的数据量都很小（比如几十到几百字节）。强调事务的强一致性。
• OLAP（Online Analytical Processing）：偏向于复杂的只读查询，读取海量数据进行分析计算，查询时间往往较长。

 

2、TIDB整体架构

与传统的单机数据库相比，TiDB 具有以下优势：

• 纯分布式架构，拥有良好的扩展性，支持弹性的扩缩容
• 支持 SQL，对外暴露 MySQL 的网络协议，并兼容大多数 MySQL 的语法，在大多数场景下可以直接替换 MySQL
• 默认支持高可用，在少数副本失效的情况下，数据库本身能够自动进行数据修复和故障转移，对业务透明
• 支持 ACID 事务，对于一些有强一致需求的场景友好，例如：银行转账
• 具有丰富的工具链生态，覆盖数据迁移、同步、备份等多种场景

在内核设计上，TiDB 分布式数据库将整体架构拆分成了多个模块，各模块之间互相通信，组成完整的 TiDB 系统。对应的架构图如下：

• Application via mysql protocol：客户端使用 mysql 协议发出 SQL 请求。
• TiDB Server（TIDB cluster）：SQL 层，对外暴露 MySQL 协议的连接 endpoint，负责接受客户端的连接，执行 SQL 解析和优化，最终生成分布式执行计划。TiDB 层本身是无状态的，实践中可以启动多个 TiDB 实例，通过负载均衡组件（如 LVS、HAProxy 或 F5）对外提供统一的接入地址，客户端的连接可以均匀地分摊在多个 TiDB 实例上以达到负载均衡的效果。TiDB Server 本身并不存储数据，只是解析 SQL，将实际的数据读取请求转发给底层的存储节点 TiKV（或 TiFlash）。
• PD (Placement Driver) Server：整个 TiDB 集群的元信息管理模块，负责存储每个 TiKV 节点实时的数据分布情况和集群的整体拓扑结构，提供 TiDB Dashboard 管控界面，并为分布式事务分配事务 ID。PD 不仅存储元信息，同时还会根据 TiKV 节点实时上报的数据分布状态，下发数据调度命令给具体的 TiKV 节点，可以说是整个集群的“大脑”。此外，PD 本身也是由至少 3 个节点构成，拥有高可用的能力。建议部署奇数个 PD 节点。（即每条SQL具体在哪个存储节点执行是由 PD 决定的）
• 存储节点

• TiKV Server：负责存储数据，从外部看 TiKV 是一个分布式的提供事务的 Key-Value 存储引擎。存储数据的基本单位是 Region，每个 Region 负责存储一个 Key Range（从 StartKey 到 EndKey 的左闭右开区间）的数据，每个 TiKV 节点会负责多个 Region。TiKV 的 API 在 KV 键值对层面提供对分布式事务的原生支持，默认提供了 SI (Snapshot Isolation) 的隔离级别，这也是 TiDB 在 SQL 层面支持分布式事务的核心。TiDB 的 SQL 层做完 SQL 解析后，会将 SQL 的执行计划转换为对 TiKV API 的实际调用。所以，数据都存储在 TiKV 中。另外，TiKV 每个节点中的数据都会自动维护多副本（即在不同的region里。默认为三副本，主副本加起来三份，即实际每份数据都会存三份），天然支持高可用和自动故障转移。
• TiFlash：TiFlash 是一类特殊的存储节点。和普通 TiKV 节点不一样的是，在 TiFlash 内部，数据是以列式的形式进行存储，主要的功能是为分析型的场景加速。

• Region：是Tikv存储数据的基本单位（也是节点间同步数据的最小单位，Region实际上是一个逻辑上的单位），每个Region承载一段特定的数据，并分布在TiKV集群的不同节点上。Region的ID、范围、所在的节点信息等元信息会存储在PD中，TiKV Client通过查询PD获取Region的元信息，从而确定数据所在的节点。

 

2.1、TIDB行记录映射到KV

每行数据按照一定规则进行编码成 key-value 形式，key 格式：t + tableId + _ + r + rowID

Key: tablePrefix{tableID}_recordPrefixSep{rowID}
Value: [col1,col2,col3,col4]

示例如下：

 

3、TIDB的五大核心特性

TiDB 具备如下众多特性，其中两大核心特性为：水平扩展与高可用

1. 一键水平扩容或者缩容
   得益于 TiDB 存储计算分离的架构的设计，可按需对计算、存储分别进行在线扩容或者缩容，扩容或者缩容过程中对应用运维人员透明。通过简单地增加新节点即可实现 TiDB 的水平扩展，按需扩展吞吐或存储，轻松应对高并发、海量数据场景。
2. 金融级高可用
   数据采用多副本存储，数据副本通过 Multi-Raft 协议同步事务日志，多数派写入成功事务才能提交，确保数据强一致性且少数副本发生故障时不影响数据的可用性。可按需配置副本地理位置、副本数量等策略满足不同容灾级别的要求。相比于传统主从 (M-S) 复制方案，基于 Raft 的多数派选举协议可以提供金融级的 100% 数据强一致性保证，且在不丢失大多数副本的前提下，可以实现故障的自动恢复 (auto-failover)，无需人工介入。
3. 实时 HTAP
   提供行存储引擎 TiKV、列存储引擎 TiFlash 两款存储引擎，TiFlash 通过 Multi-Raft Learner 协议实时从 TiKV 复制数据，确保行存储引擎 TiKV 和列存储引擎 TiFlash 之间的数据强一致。TiKV、TiFlash 可按需部署在不同的机器，解决 HTAP 资源隔离的问题。
4. 云原生的分布式数据库
   TiDB 是为云而设计的数据库，支持公有云、私有云和混合云，配合 TiDB Operator 项目 可实现自动化运维，使部署、配置和维护变得十分简单。
5. 兼容 MySQL 5.7 协议和 MySQL ⽣态

 

 

 

 

 

 

 

 

6、TIDB安装

6.1、部署本地测试集群（playground安装，不推荐使用）

软硬件配置要求可参考：https://docs.pingcap.com/zh/tidb/v6.5/hardware-and-software-requirements

下面我们只是使用 playground 安装单机版的一个测试集群用于验证基本功能。（实际上不太建议使用该方式部署，跟实际生产情况差别挺大）

TIDB 目前未支持直接安装在 window 系统上，我们可以安装在虚拟机上。TIDB 安装需要内存比较高，下面我们以 4G 的 CentOS7 操作系统为例。

安装 tidb 可参考官方文档：https://docs.pingcap.com/zh/tidb/stable/quick-start-with-tidb

示例如下：

出现下图则安装完成：

 

重新开启一个会话访问 TiDB 数据库，直接输入 tiup client 即可访问数据库，也可使用 MySQL 客户端连接 TiDB（前提是Linux上已经安装了mysql，否则可能会报找不到mysql命令）：mysql --host 127.0.0.1 --port 4000 -u root

 

6.1.1、外部无法连接tidb数据库解决方法（如dbeaver无法连接）

TiUP Playground 默认监听 127.0.0.1，服务仅本地可访问，即只有在安装了 tidb 的服务器上才能访问（假设安装在虚拟机上则只有虚拟机上才能访问）。若需要使服务可被外部访问，可使用 --host 参数指定绑定外部可访问的 IP（这样安装在虚拟机上时外部也能访问到该 tidb 服务）

例如可使用命令：

// host 后面为虚拟机 IP
tiup playground v6.5.4 --db 2 --pd 3 --kv 3 --host 192.168.118.159

可参考：https://asktug.com/t/topic/1003354/2

 

6.1.2、tiup playground停止后如何保留数据

Playground 集群在命令行退出时，会默认清空所有的集群数据。如果想要启动一个数据不被自动删除的 Playground 集群，需要在启动时指定集群 tag，指定后可以在 ~/.tiup/data 路径下找到该集群的数据。

在集群启动时指定 tag 的方法如下：

// tag 后面为指定存储数据的目录，且为相对路径，该目录存储在 ~/.tiup/data 目录下
tiup playground v6.5.4 --db 2 --pd 3 --kv 3 --host 192.168.118.159 --tag tidbfile

此时在关闭 tiup playground 会话后，该集群数据会被保留，再次启动时只需指定相同的 tag 目录即可。

参考：https://asktug.com/t/topic/1020688

 

6.2、部署单机集群（推荐）

下面我们用一台虚拟机部署集群，模拟生产环境下的部署步骤。

操作步骤跟官网基本差不多，具体可参考：https://docs.pingcap.com/zh/tidb/v6.5/quick-start-with-tidb#在单机上模拟部署生产环境集群

第1-3步：

修改修改 /etc/ssh/sshd_config：

重启 sshd 服务，查看当前支持部署的 TiDB 版本，这里我选择了部署 v6.5.4 版本。

编辑配置文件，命名为 topo.yaml，配置文件实际只需修改对应部署的服务器的 ip即可，实际内容如下：

# # Global variables are applied to all deployments and used as the default value of
# # the deployments if a specific deployment value is missing.
global:
 user: "tidb"
 ssh_port: 22
 deploy_dir: "/tidb-deploy"
 data_dir: "/tidb-data"

# # Monitored variables are applied to all the machines.
monitored:
 node_exporter_port: 9100
 blackbox_exporter_port: 9115

server_configs:
 tidb:
   instance.tidb_slow_log_threshold: 300
 tikv:
   readpool.storage.use-unified-pool: false
   readpool.coprocessor.use-unified-pool: true
 pd:
   replication.enable-placement-rules: true
   replication.location-labels: ["host"]
 tiflash:
   logger.level: "info"

pd_servers:
 - host: 192.168.118.160

tidb_servers:
 - host: 192.168.118.160

tikv_servers:
 - host: 192.168.118.160
   port: 20160
   status_port: 20180
   config:
     server.labels: { host: "logic-host-1" }

 - host: 192.168.118.160
   port: 20161
   status_port: 20181
   config:
     server.labels: { host: "logic-host-2" }

 - host: 192.168.118.160
   port: 20162
   status_port: 20182
   config:
     server.labels: { host: "logic-host-3" }

tiflash_servers:
 - host: 192.168.118.160

monitoring_servers:
 - host: 192.168.118.160

grafana_servers:
 - host: 192.168.118.160

• 执行集群部署命令：tiup cluster deploy wentidb v6.5.4 ./topo.yaml --user root -p

• 启动集群，执行以下命令后，稍等段时间可能会自动弹出密码被自动修改的提示，请记住密码。

（使用 --init 后缀时是以安全方式启动集群。推荐在集群第一次启动时使用该命令，该命令会在启动时自动生成 TiDB root 用户的密码，并在命令行界面返回密码。使用安全启动方式后，不能通过无密码的 root 用户登录数据库，你需要记录命令行返回的密码进行后续操作。）

此时即已完成部署，可通过 mysql 或者 外部也可通过 dbeaver 等工具连接 tidb 数据库，如果连接不上，则可能是防火墙未关闭，可关闭防火墙再试试。

这种部署方式跟 playground 部署不同，重启集群并不会清空数据，而且只需重启虚拟机则 TIDB 也会自动启动。