TiDB 是 PingCAP 公司基于 Google Spanner / F1 论文实现的分布式 NewSQL 数据库。

TiDB 具备如下 NewSQL 核心特性

  • SQL支持 （TiDB 是 MySQL 兼容的）

  • 水平线性弹性扩展（容量、并发、吞吐量）

  • 分布式事务，数据强一致性保证

  • 故障自恢复的高可用 （auto failover）

TiDB 是传统的数据库中间件、数据库分库分表等 Sharding 方案非常优雅而理想的替换和解决方案。

TiDB 整体架构

TiDB 集群主要分为三个组件：

TiDB Server

TiDB Server 负责接收 SQL 请求，处理 SQL 相关的逻辑，并通过 PD 找到存储计算所需数据的 TiKV 地址，与 TiKV 交互获取数据，最终返回结果。 TiDB Server 是无状态的，其本身并不存储数据，只负责计算，可以无限水平扩展，可以通过负载均衡组件（如LVS、HAProxy 或 F5）对外提供统一的接入地址。

PD Server

Placement Driver (简称 PD) 是整个集群的管理模块，其主要工作有三个： 一是存储集群的原信息（某个 Key 存储在哪个 TiKV 节点）；二是对 TiKV 集群进行调度和负载均衡（如数据的迁移、Raft group leader 的迁移等）；三是分配全局唯一且递增的事务 ID

PD 是一个集群，需要部署奇数个节点，一般线上推荐至少部署 3 个节点。

TiKV Server

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 使用 Raft 协议做复制，保持数据的一致性和容灾。副本以 Region 位单位进行管理，不同节点上的多个 Region 构成一个 Raft Group，互为副本。 数据在多个 TiKV 之间的负载均衡由 PD 调度，这里也是以 Region 为单位进行调度。

水平扩展

无限水平扩展是 TiDB 的一大特点，这里说的水平扩展包括两方面：计算能力和存储能力。 TiDB Server 负责处理 SQL 请求，随着业务的增长，可以简单的添加 TiDB Server 节点，提高整体的处理能力，提供更高的吞吐。 TiKV 负责存储数据，随着数据量的增长，可以部署更多的 TiKV Server 节点解决数据 Scale 的问题。PD 会在 TiKV 节点之间以 Region 为单位做调度，将部分数据迁移到新加的节点上。 所以在业务的早期，可以只部署少量的服务实例（推荐至少部署 3 个 TiKV， 3 个 PD，2 个 TiDB），随着业务量的增长，按照需求添加 TiKV 或者 TiDB 实例。

高可用

高可用是 TiDB 的另一大特点，TiDB/TiKV/PD 这三个组件都能容忍部分实例失效，不影响整个集群的可用性。下面分别说明这三个组件的可用性、单个实例失效后的后果以及如何恢复。

TiDB

TiDB 是无状态的，推荐至少部署两个实例，前端通过负载均衡组件对外提供服务。当单个实例失效时，会影响正在这个实例上进行的 Session，从应用的角度看，会出现单次请求失败的情况，重新连接后即可继续获得服务。单个实例失效后，可以重启这个实例或者部署一个新的实例。

PD

PD 是一个集群，通过 Raft 协议保持数据的一致性，单个实例失效时，如果这个实例不是 Raft 的 leader，那么服务完全不受影响；如果这个实例是 Raft 的 leader，会重新选出新的 Raft leader，自动恢复服务。PD 在选举的过程中无法对外提供服务，这个时间大约是3秒钟。推荐至少部署三个 PD 实例，单个实例失效后，重启这个实例或者添加新的实例。

TiKV

TiKV 是一个集群，通过 Raft 协议保持数据的一致性（副本数量可配置，默认保存三副本），并通过 PD 做负载均衡调度。单个节点失效时，会影响这个节点上存储的所有 Region。对于 Region 中的 Leader 结点，会中断服务，等待重新选举；对于 Region 中的 Follower 节点，不会影响服务。当某个 TiKV 节点失效，并且在一段时间内（默认 10 分钟）无法恢复，PD 会将其上的数据迁移到其他的 TiKV 节点上。

部署建议

TiDB 集群各个组件的硬件消耗情况及推荐配置

组件 消耗硬件资源 推荐硬件配置
TiDB CPU、内存 8+ 核/16G+ 内存
TiKV CPU、内存、磁盘 IO 8+ 核/16G+ 内存/200G+ 硬盘（建议 SSD）
PD CPU、内存、磁盘 IO 8+ 核/16G+ 内存/200G+ 硬盘（建议 SSD）

备注：

  • TiKV 硬盘大小建议不要超过500G（防止硬盘损坏时，数据恢复耗时过长）

整体部署方案

组件 生产环境所需机器情况 测试环境所需机器情况
TiDB 至少 2 台，保证高可用，可按所需并发和吞吐，动态增加机器 可以 1 台
PD 必须 3 台，保证高可用 可以 1 台
TiKV 至少 3 台，保证高可用，可按所需计算资源和存储容量，动态增加机器 至少 3 台

备注：

  • TiDB 实例可以和任意一台 PD 部署在同一台机器，也可以单独部署。

  • PD 和 TiKV 实例，建议每个实例单独部署一个硬盘，避免 IO 冲突，影响性能。

  • TiDB 和 TiKV 实例，建议分开部署，以免竞争 CPU 资源，影响性能。

举例：生产环境部署（推荐至少 6 台机器）

机器1 机器2 机器3 机器4 机器5 机器6
TiKV1 TiKV2 TiKV3 PD1 PD2 PD3
- - - TiDB1 TiDB2 -

其中 TiDB1 和 TiDB2 通过负载均衡组件对外统一提供 SQL 接口

举例：测试验证环境部署（推荐至少 4 台机器）

机器1 机器2 机器3 机器4
TiKV1 TiKV2 TiKV3 PD1
- - - TiDB1