Riak的分佈式數據庫模型 - 分佈式數據庫相關理論 Part3

Riak 是什麼

Riak 是一個 erlang 開發的開源的分佈式 key-value 數據庫，
在 High Availability, Fault Tolerance, Scalability 方面表現優異。
其實現受 Amazon Dynamodb 啓發，是一個頗有表明性的分佈式數據庫。

Riak 集羣是一個去中心化的集羣。每一個服務器節點都是平等的，能夠自由地添加和刪除。
這使得 Riak 的故障轉移(Failure Over)和擴展很是容易。
在 CAP 理論方面，Riak 能夠自由地在 CP 和 AP 之間作平衡。

理解 Riak 的分佈式數據庫模型

Riak 的數據冗餘

下面仍是讓咱們從簡單的例子開始，來理解下 Riak 的分佈式數據庫模型，包括數據的存儲，節點服務器的，CAP理論的關係等。

首先讓咱們先定義一個概念：N，表示數據的"份數"。在分佈式數據庫中，一份數據每每會存儲多份拷貝(所謂冗餘，或者 replications)

如今，假設咱們有一個服務器節點(node1)，存有三個數據(key分別是 P0, P1, P2)，N = 1。那麼能夠想象，這三個數據都是存放在 node1 中。以下圖所示：

當 N = 2 時，假設 P0, P1, P2 的冗餘數據分別是 R0, R1, R2， 那麼能夠想象，這6個數據也應該都存儲在 node1 中，如 下圖所示：

這時候，讓咱們把服務器節點增長到2個(node1, node2)，那麼能夠想象，6個數據有不少中組合方式，例以下面這兩種：

也許你發現了，他們有個共同點：同一個數據的冗餘數據放在不一樣的服務器節點中。這樣就算一個節點刪除(當機)了，集羣的數據仍然能保證完整性。
這爲故障轉移(Failure over)提供了基礎。

那麼如今的問題來了，是否有什麼科學(公式化)的方式來找到分配這些數據的組合(之一)呢？

Riak Ring

Riak 經過被稱做 Riak Ring 的東西來解決這個問題。

首先，Riak 將全部的 key 經過 hash 函數映射到一個 160 bit 的整數空間中。
即一個 key 對應着一個 0 ~ 2^160 - 1 的整數。

而後，Riak 引入了 vnode(虛擬節點) 的概念，vnode 個數是能夠配置的，默認是 64。
160 bit 的整數會均勻的分佈到全部的 vnode。

最後，這些 vnode 會"均勻地"分配到 物理節點上。具體的分配的方法很巧妙，經過 Riak Ring 這樣的東西。

下面咱們用一幅圖來具體解釋下 Riak Ring。圖中，假設 vnode 32 個，服務器節點 4個。

讓咱們把 160 bit 想像成一個環，環上的一小段表明一個 vnode。四種顏色分別表明 4 個服務器節點。

2^160 個整數按照從小到大的順序均勻地分佈到 32 個 vnode 中，例如 2^159 是第 17 個 vnode 上的第一個整數。

32 個 vnode 按照從小到大的順序依次被分配到 4 個服務器節點上。即：

• 1, 5, 9...29 vnode 分配給第1個服務器節點(node1)
• 2, 6, 10...30 vnode 分配給第1個服務器節點(node2)
• 3, 7, 11...31 vnode 分配給第1個服務器節點(node3)
• 4, 8, 12...32 vnode 分配給第1個服務器節點(node4)

如今還剩下一個問題：

冗餘數據的存儲

咱們先假設 N = 3(即有2份冗餘存儲)

假設要存儲的數據，key 爲 test-key ，根據 Riak Ring 算出來，應該存儲在 vnode6(即：node2)上。
那麼 拷貝1 存儲在 vnode7(即：node3)上，拷貝2 存儲在 vnode8(即：node4)上。

因此 Riak 對於冗餘數據的存儲策略是：將冗餘數據依次存到下一個vnode中。