在当今数据驱动的商业环境中，数据库的性能和可靠性是企业成功的关键。GBase 8s作为一款的国产数据库系统，其SSC集群架构通过优化网络交互，显著提升了性能和可用性。本文将分两部分聚焦于GBase 8s SSC集群的网络交互信息概述和网络吞吐量计算。
在GBase 8s SSC集群中，主节点向从节点只传输网络心跳、逻辑日志当前位置信息等内容即可，并不需要传输逻辑日志，SSC从节点只需根据主节点的最新LSN号从共享磁盘读取逻辑日志即可，这样减少了网络的信息传递，也减少网络延迟等网络因素对同步性能的影响，因此，在SSC集群中，节点间网络传输相比逻辑日志写入要少很多，网络的传输量并不大，尽可能减少了网络性能对SSC集群性能的影响。
在只有一个从节点的SSC集群情况下，假定TPCC测试在400并发下性能为100万tpmc，主从节点间的网络吞吐量理论最大约为3.5MB/s，SSC主节点发送PPS为16666.7包/s。此场景下忽略了其他主从间其他的消息交互，实际测试场景下，网络吞吐量要高于此理论值。
同时，在SSC从节点支持更新的场景下，假定TPCC中只包含neworder业务并且直接在SSC从节点执行测试，如果TPCC性能达到100万tpmc，则网络吞吐量为248.9 MB/s，SSC从节点发送PPS达到400000包/s。
一、SSC集群架构与工作原理
GBase 8s SSC集群为共享存储集群，允许多个数据库实例同时访问、操作同一数据库，具有高可用、高性能、负责均衡等特性，且支持故障自动切换和故障自动重加入。
1、SSC集群架构
图1 SSC集群架构图
2、SSC集群工作原理
图2 SSC集群工作原理
相比与HAC和RHAC集群，SSC集群并不需要在主从节点间传输逻辑日志文件，主节点只需向从节点发送逻辑日志当前位置信息即可，而SSC从节点可以根据接收到的LSN从共享存储获取，具体的工作原理如下：
（1）主节点完成数据更细，并发送当前LSN (Log Sequence Number)给SSC从节点。
（2） SSC从节点接收到主节点发送的LSN，并从磁盘读取更新的逻辑日志。
（3）SSC从节点重做逻辑日志更新内存中数据。
（4）SSC从节点返回LSN ACK。
除此之外，与其他集群类型类似，SSC集群主节点和从节点之间，需要定时发送心跳信息，以维护集群状态。
二、网络交互的优化
无负载场景
SSC集群在没有业务情况下，主节点每秒通过网络给从节点发送网络心跳，在有业务时，当逻辑日志buffer刷新到磁盘时，主节点向从节点发送当前的LSN。主从间的消息时序图如下：
图3 时序图
心跳包由MACH11_PING和IamAlive类型消息组成，其中MACH11_PING类型消息长度为24字节，IamAlive类型消息长度为16字节。SSC从节点收到心跳包后回复ACK包，包括MACH11_PINGACK和IamAlive类型消息。
在有业务时，主节点发送的数据包由logLPG和MACH11_PING类型消息组成，SSC从节点收到后回复的数据包由logLSN和MACH11_PINGACK类型消息组成，各种消息的长度如下表：
消息类型 | 消息长度（字节） |
MACH11_PING | 24 |
MACH11_PINGACK | 16 |
IamAlive | 16 |
logLPG | 28 |
logLSN | 24 |
每个数据包的组成如下图
图4 数据包组成图
其中SMX Header的长度为20个字节。
由上可知，在无业务的情况下，各种数据包在网络发送时长度如下：
- 主节点发送的心跳包的长度为20+24+16=60字节，加上以太网首部、网络IP首部和TCP首部的长度总和至少为54字节（14+20+20），心跳网络包的长度为54+60=114字节；
- SSC从节点对心跳的ACK网络包长度为54+16+16=86字节；
在有业务的情况下，各种数据包在网络发送时长度如下：
- LSN网络包的长度为54+20+28+24=126字节；
- SSC从节点的LSN ACK网络包长度为54+24+16=94字节。
三、SSC从节点支持更新操作
当在SSC集群 UPDATABLE_SECONDARY 被设置为非零时，SSC从节点支持更新操作，详细的过程如下：
（1）SSC从节点server接收到更新操作时，进行语法、语义解析并将语法树转CB，包括生成执行计划。
（2）SSC从节点将执行计划和相关相信同步给主节点。
（3）主节点接收到SSC从节点发送的消息后，执行更新操作。
（4）主节点完成数据更新后，同步结果给SSC从节点。
以DML操作为例，当SSC从节点执行更新操作时，主从节点间的消息时序图如下：
图5 SSC从节点更新时序图
SSC从节点执行DML操作时，各类消息的长度如下表：
消息类型 | 消息组成 | 消息长度（字节） |
ProxyWriteBeginWork | Vector[0]: 消息头 Vector[1]: Begin消息内容 | 176 |
ProxyWriteInsert | Vector[0]: 消息头 Vector[1]: DML消息首部 Vector[2]: 行镜像 Vector[3]: col bitmap buffer长度 Vector[4]: col bitmap buffer内容 Vector[5]: 隔离级别（可选，每个事务发一次） | 108 + 行长 + col_bitmap_buffer长度 |
ProxyWriteDelete | Vector[0]: 消息头 Vector[1]: DML消息首部 Vector[2]: 行镜像 Vector[3]: col bitmap buffer长度 Vector[4]: col bitmap buffer内容 Vector[5]: 隔离级别（可选，每个事务发一次） | 108 + 行长 + col_bitmap_buffer长度 |
ProxyWriteUpdate | Vector[0]: 消息头 Vector[1]: DML消息首部 Vector[2]: 行前镜像 Vector[3]: 行后镜像 Vector[4]: col bitmap buffer长度 Vector[5]: col bitmap buffer内容 Vector[6]: 隔离级别（可选，每个事务发一次） | 108 + 行长*2 + col_bitmap_buffer长度 |
ProxyWriteSync | Vector[0]: 消息头 Vector[1]: Sync消息内容（可选，主回复SSC从节点时添加此内容） | 28（SSC→Pri） 68（Pri→SSC） |
ProxyWriteFlush2LSN | Vector[0]: 消息头 Vector[1]: LSN | 36 |
ProxyWriteCommit | Vector[0]: 消息头 | 28 |
每个数据包的组成同图4，SMX Header的长度为20个字节，如图5所示，一条单Insert sql的事务需要发送3个网络包，假定操作表有三列且行长为40（此时col bitmap buffer的长度为4），则3组网络包具体信息如下：
第一组网络包信息如下：
- SSC从节点发送给主节点的网络包由ProxyWriteBeginWork、ProxyWriteInsert和ProxyWriteSync三类消息组成，加上以太网首部、网络IP首部和TCP首部的长度总和至少为54字节（14+20+20），此包的长度为54+20+176+(108+40+4)+28=430字节。
- 主节点的回复网络包由ProxyWriteSync类型消息组成，此包的长度为54+20+68=142字节。
第二组网络包信息如下：
- SSC从节点发送给主节点的网络包由ProxyWriteCommit类型消息组成，此包的长度为54+20+28=102字节。
- 主节点的回复网络包由ProxyWriteSync类型消息组成，此包的长度为54+20+68=142字节。
第三组网络包信息如下：
- SSC从节点发送给主节点的网络包由ProxyWriteBeginWork、ProxyWriteFlush2LSN和ProxyWriteCommit三类消息组成，此包的长度为54+20+176+36+28=314字节。
- 主节点的回复网络包由ProxyWriteSync类型消息组成，此包的长度为54+20+68=142字节。
南大通用GBase 8s SSC集群的网络交互机制是其高性能的关键。通过减少不必要的数据传输，SSC集群能够在保持数据一致性的同时，实现快速的业务处理和故障恢复。下篇文章，我们将深入探讨SSC集群在不同业务场景下的网络吞吐量，敬请期待。
