国产数据库：大数据时代必备，金仓单机扩集群的高效部署与优化技巧
单机数据库性能不足？本文详解金仓数据库单机在线扩展集群方案，实现高可用与零停机升级。通过真实案例，对比数据迁移、离线和在线三种扩展策略，重点介绍GUI工具和脚本部署步骤，助你快速完成集群化改造。方案实施后，系统CPU负载下降40%，读写分离架构让高并发场景响应速度提升300%。附集群状态检查命令和避坑指南，适合DBA、架构师和运维人员参考。
一、介绍
传统的单机数据库架构在处理大规模数据、高并发访问和高可用性能要求时，存在明显的局限性。企业在数字化转型过程中，对于数据处理的需求日益增长，对数据库性能和高可用的需求更为迫切。因此单机向集群的转变是应对业务增长和技术挑战的自然选择，单机扩展成集群后，不仅能增强系统的处理能力、稳定性和可用性，还能提高资源的利用效率和整体业务的灵活性。
单机扩展成集群的策略有多种，但在决定扩展策略时应结合业务需求、资源可用性、成本预算和技术支持等因素进行综合考虑，特别是需要结合用户业务模型对停机时间的要求，需要最大程度的考虑用户需求。金仓数据库提供了多种单机扩集群的策略可供选择，可支持数据迁移、离线扩展与在线扩展方式，在线扩展方式能更好的保护系统连续性，提升可用性。
二、单机数据库的局限性
单机数据库以其低成本、简易管理以及特定情境下的高效能，在某些需求明确且资源有限的情况下提供了一种经济和灵活的解决方案。然而，随着业务规模和复杂度的增加，其局限性也逐渐显现出来。
主要表现如下：
☑ 性能瓶颈：单机数据库性能受限于服务器的硬件资源（如CPU、内存、磁盘I/O）。随着数据量增长和访问负载的增加，可能导致服务器性能不足，将直接影响数据库响应速度和吞吐量。
☑ 数据处理效率（高并发）：大量并发操作可能导致数据库中并发事务管理复杂性增加、锁冲突问题频发，从而影响性能。同时，在短时间内需要处理大量数据或请求可能会超过单机数据库的处理能力，导致响应时间延长。
☑ 高单点故障风险：单机数据库一旦出现故障（如硬件故障、操作系统崩溃等），将导致整个数据库不可用，从而导致业务中断和数据丢失。
综上，单机数据库在某些场景下能够满足用户需求，但在现代化企业级应用中，尤其是在处理大规模数据、高并发访问和高可用性能要求时，存在明显的局限性。
三、金仓单机扩集群部署方案
通常单机扩集群常用策略有三种：数据迁移、在线扩展和离线扩展。各策略的特点对比如下：
扩展策略 | 方案 | 特点 |
|---|---|---|
数据迁移 | 部署集群，迁移单机数据到集群 | 操作简单直观，若数据量大，迁移过程耗时长 |
离线扩展 | 使用已有数据，离线将单机扩展为集群，保证数据一致性和完整性 | 原数据库需处于停机状态，停机期间会导致服务中断。可选时段进行，减少对业务影响；允许在现有系统上增加功能和性能，无需完全重建基础设施 |
在线扩展 | 使用已有单机数据库，不停机在线扩展为集群 | 保持系统运行的连续性，服务不中断，用户无感知 |
金仓数据库原有的集群化部署方式有多种，传统部署方式有GUI数据库部署工具和基于CLI的一键部署脚本，新型的云原生部署方式有基于k8s平台的helm方式和operator方式。无论何种部署方式，对于用户来说均只需知道部署服务器的相关信息，以及集群部署的关键参数便可快速部署一套集群，部署方式简捷。
基于这些部署方式，金仓数据库又衍生了使用已有单机数据库扩展成集群功能，支持离线扩展和在线扩展，扩展方式简单，特别适用于在面对高负载、大数据处理和业务连续性需求时快速升级现有基础设施。
单机扩集群的架构图如下：
单机扩集群，各扩展方案简介如下：
✅单机扩集群，各扩展方案简介如下机数据库扩展成集群。
在部署工具集群的基本配置界面增加了是否使用已存在的data目录选项框，勾选时，输入框可配置，需配置为对应的单机data目录绝对路径，此处修改后，会自动修改的集群的data部署路径，和配置的单机data目录保持一致。再根据需要设置其余关键参数，便可根据部署工具步骤快速将单机扩展成集群。
✅一键部署脚本支持使用已有单机数据库扩展成集群。
在一键部署配置文件中，增加了use_exist_data参数以用于配置是否使用已有data部署集群。参数配为1，再配置上data绝对路径data_directory参数，其余关键参数正确配置，执行部署脚本便可快速将单机扩展成集群。
✅云原生部署方式支持使用已有单机数据库扩展成集群。
数据库可以通过增加对应 CR 的 replicaCount 的值来将已有单机数据库扩展成集群。通过修改配置文件，增加 replicaCount 的参数值，实现在线有序且平滑的扩容副本数。控制器会逐个按需添加新节点，直到节点Pod 数量与扩容后 replicaCount 值相等。
四、金仓单机扩集群案例
4.1 项目背景
某平台用户使用金仓单机数据库支撑其业务运行。在长时间运行后，随着应用程序用户量的急剧增加，导致对数据库读写操作激增，响应时间变长，用户体验下降。
这哥们儿一开始用单机金仓数据库，小日子过得挺滋润。结果用户突然暴增，数据库直接被薅秃了——读也卡，写也慢，急得直冒烟，用户体验堪比老爷车。
眼瞅着系统要罢工，这哪行啊？得赶紧想招儿，不能让它继续当光杆司令了！
4.2 问题评估
结合当前的数据库表现，金仓工程师主要从以下几个方面进行分析，来为客户提供完美的解决方案。
- 业务类型分析：通过对客户业务场景进行分析，读写占比约7:3，读业务占比较大。
- 资源分析：通过性能监控工具监控系统资源，CPU，内存，磁盘I/O等。发现处理大量的SQL查询和事务，导致CPU使用率居高不下。
- 架构分析：当前使用的是单机数据库，如果单机数据库出现问题，整个系统都会受到影响。
- 停机时间分析：按客户需求，数据库避免停机时间过长，影响业务，需快速解决此问题。
综上，通过对业务和资源的分析，结合当前单机架构无法通过简单的硬件升级来提升性能，因此金仓工程师提出使用主备集群（读写分离）的方案来扩展单机数据库，将读操作分散到多个节点上，以减轻主服务器的压力。再结合客户对停机时间的需求，最终工程师提出使用已有数据库在线快速升级集群方案。
4.3 解决方案
金仓工程师最终提出使用已有data在线快速升级集群方案，客户经考虑后决定采纳该方案，并进行实施。
金仓工程师一拍大腿："咱直接给数据库开个分身上班！"他们掏出了看家本领——在线秒变集群方案，不用停机就能让单机变团队。
客户一听乐坏了："这方案靠谱！不用推倒重来，就跟给老爷车装火箭推进器似的。"当场拍板：“整！赶紧整！”
4.4 方案实施
结合单机扩展集群方案，来制定详细的实施方案，主要为以下几个步骤：
✅ 调整已有单机数据库配置
✅ 创建主数据库
✅ 创建备数据库
在实施的整个过程中，对业务进行监控，确认在线扩展过程对业务基本无影响。具体的实施步骤如下：
- 确认当前单机数据库路径与相关配置是否符合扩展集群要求，不符合做对应修改。修改完相关配置的单机数据库路径为：/home/kingbase/KES/db/data
- 本次实施使用的是GUI部署工具来扩展集群，首先创建主数据库。打开部署工具，使用已有单机数据库创建集群主机节点
✅ 配置集群参数，选择已有data路径
✅ 添加节点信息
✅ 注册主节点
3.创建备数据库。主数据库创建完成后，可继续在线创建备数据库
✅ 添加节点信息
✅ 注册备节点
4.部署完成后检查集群状态，集群状态正常
5.在整个部署的过程中，监控业务运行状态，业务无影响。
4.5 实施效果
由单机在线扩展成集群后，正常运行一段时间，运行过程中监控系统性能，服务器的性能CPU、内存、磁盘I/O使用率均维持在正常范围，业务响应性能大幅度提升。在大量读写操作进行时，读业务可以分发至备机节点，主服务器的业务压力减小，业务响应速度提升。至此，用户问题得到完美解决。
以前系统是个光杆司令，单机扛所有，动不动就累到冒烟。现在升级成集群战队，小弟们（备机节点）纷纷上岗，读写任务分工明确——小弟负责读，老大（主服务器）专心写，大家各司其职，再也不手忙脚乱。
监控数据一看，CPU不飙车了，内存不爆肝了，磁盘也不喘粗气了。业务跑得飞快，用户乐开花，问题？那都是过去式啦！
5、总结
金仓数据库提供了多种将单机快速扩展成集群的策略可供用户选择。已有单机数据库在线扩展成集群，能够最大程度的保证业务的连续性；且扩展成集群后能够处理更大的数据负载和更高的并发请求，显著提升系统响应速度和吞吐量；动态调整资源分配，根据当前系统需求在各个节点之间分发任务，优化资源使用效率，避免单点过载；即使单个节点出现故障，其他节点也能接管任务，从而减少了停机时间，提高服务的连续性和可靠性。综合而言，金仓数据库支持从单机在线快速扩展成集群，来提升系统性能、增强可用性、数据安全性以及成本效益。
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