GBase 8s 事务型数据库产品介绍

一、产品基础定位与核心概述

1. 产品定义

GBase 8s 是国产事务型安全数据库，支持共享存储集群、两地三中心部署，具备百 TB 级数据承载能力，适配金融、电信核心交易场景和对信息安全性有较高要求的业务场景，可在 80% 以上场景替换 Oracle 及 Oracle RAC 集群。

2. 三大重要特性

1. 强一致性 + 高性能 面向事务密集型业务，满足金融核心交易严苛的事务一致性与并发性能需求。
2. 健壮的高可用能力 支持本地共享存储集群（SSC）架构，完整适配两地三中心容灾部署方案。
3. 完善国产生态支持 兼容全栈国产处理器、国产操作系统、国产中间件软硬件生态。

3. 三大核心价值

1. 金融级核心业务能力 严格满足事务 ACID 特性，系统可用性达 99.999%，适配核心交易系统高可靠要求。
2. 海量数据、海量并发 最大支撑 200TB 业务数据，可承载 10000 并发连接请求，支撑高吞吐业务。
3. 计算与存储分离，弹性扩展 支持分钟级弹性扩容、读写分离架构，混合业务性能线性扩展系数可达 0.7。

4. 整体架构分层

4.1. 上层应用接入层

• 接口层：兼容 JDBC、ODBC、ADO.NET、OCI 等标准驱动；适配东方通、中创、Druid、MyBatis 等国产中间件。
• 连接层：配套 Connection Manager 连接管理器统一管理数据库连接。

4.2. 数据库集群部署架构

1. 本地部署 Primary 主服务节点搭配多组 SSC 共享存储节点，对接本地共享存储设备。
2. 同城中心 部署 HAC 同城高可用组件，实现同城就近容灾切换。
3. 异地灾备中心 部署 RHAC 异地容灾组件，通过网络链路完成异地数据同步，达成两地三中心架构。

4.3. 底层基础环境

硬件架构支持 x86_64；操作系统适配 Linux、UOS、麒麟；芯片兼容鲲鹏、龙芯、飞腾、申威、兆芯、海光等全品类国产 CPU。

5. 发展历程（2005-2020 关键节点）

年份	核心里程碑事件
2005	南大通用正式启动 GBase 8s 数据库研发工作
2009	发布 8s V8.3 版本，同步获取商用密码资质
2011	迭代 8s V8.3 版本，取得等保三级资质
2012	迭代 8s V8.3 版本，获取 3C 认证证书
2014	迭代 8s V8.3 版本，完成单品测试、入围 AK 名录
2015	推出 8s V8.4 版本，重点增强安全特性，拿下等保四级资质
2016	发布 8s V8.7 共享存储集群版本；完成等保三级资质、对比测试、组合测试、入围 AK 名录
2017	发布 8s V8.8 版本，全面强化安全特性；推出专用机版本，取得等保四级资质、SM 资质，完成一致性测试、升级测试
2019.12	8s V8.8 深度增强 Oracle 兼容性；完成等保四级续证、SM 资质续证、商用密码型号续证
2020	8s V8.8 首家参与信创标准测试，完成 BMZYJ 相关认证适配

二、核心产品架构

GBase 8s 采用自研多进程 / 多线程架构，区别于传统数据库单进程 / 每连接单进程低效模型，分为三层核心模块：共享内存、虚拟处理器 VP、分层存储。

1. 整体架构四层总览

层级	核心定位	关键组件
客户端 & 运维接入层	连接入口、运维管控、SQL 执行入口	企业管理器、DB-ACCESS、ONSTAT、Listener、CPU VP、SQLEXEC
共享内存区	数据缓存、元数据管理、事务调度核心中枢	Buffer Pool、日志缓冲区、锁表、LRU 队列、各类元数据表与缓存
VP 虚拟处理器层	多类型任务分工调度	不同虚拟处理器各司其职，算力、IO、管控、扩展能力解耦，调度更精细，故障隔离性强
持久化存储层	数据与日志落地、备份恢复	数据文件、物理日志文件、逻辑日志文件、ON-BAR 备份工具

2. 客户端 & 运维接入层

承载客户端连接、运维管控、SQL 执行全链路入口能力：

1. 运维工具组件 企业管理器、DB-ACCESS、ONSTAT：配套运维管理、会话查看、状态监控、数据库交互式访问工具； Listener：监听客户端网络连接请求，完成连接接入分发；
2. 核心执行 VP

• CPU VP：负责 SQL 计算、事务逻辑、业务运算核心算力调度；
• SQLEXEC：承接 SQL 语句解析、执行计划生成、SQL 任务下发执行。

3. 共享内存管理

GBase 8s 共享内存四大分段：常驻内存段、缓冲池段、虚拟内存段、消息段，四段自上而下有序排布，各司其职构成数据库内核共享内存核心载体，支撑多 VP 线程、事务、IO、会话全流程运行。

3.1. 常驻内存段（基础管控核心区）

模块名称	核心功能解读
Shared Mem Header	共享内存全局头部，记录内存总大小、分段边界、初始化参数、全局锁基础信息，是整个共享内存的入口索引
Buffer-header Table	缓冲页头部元数据表，记录每个 Buffer 页归属表空间、脏页标记、引用计数、归属事务等元数据
LRU Queues	冷热页淘汰队列，管理 Buffer Pool 页面置换规则，热页留存、冷页淘汰，保障热点数据常驻内存
Lock Table	全局锁表，存放表级、行级、意向锁等锁资源信息，管控并发事务锁竞争、死锁检测、锁等待队列
Physical Log Buffer	物理日志缓冲区，缓存数据页修改前镜像，故障重启时用于页面回滚恢复，保障数据页一致性
Logical Log Buffer	逻辑日志缓冲区，缓存事务 DML 操作日志，用于备份恢复、RHAC/HAC 集群日志同步、时间点恢复

3.2. 缓冲池段（数据读写性能核心）

• 核心模块：Buffer Pool
• 作用：数据库磁盘数据页高速缓存，热点表页、索引页优先加载至内存，规避频繁磁盘 IO，是 OLTP 场景并发性能的关键组件，配合常驻段 LRU 队列完成页面调度。

3.3. 虚拟内存段（业务运行扩展资源区）

承载数据库运行时各类元数据、会话、缓存、计算资源，细分模块能力：

1. 底层存储管控表
   • Chunk Table/Mirrored-Chunk Table：管理磁盘 Chunk 块与镜像 Chunk 信息，管控存储扩容、故障镜像切换；
   • Dbspace Table：数据库空间元数据，记录各类 Dbspace 归属、存储属性；
   • Tablespace Table：表空间管理；Page Cleaner Table：后台刷页线程调度表，管控脏页后台落盘时机。
2. 事务与会话管控
   • Transaction Table：全局事务记录表，存储事务状态、回滚点、锁持有信息；
   • User Table：用户权限、会话基础信息；Session/Thread Structures：会话上下文、VP 线程运行结构。
3. 各类高速缓存
   • Dictionary Cache：数据字典缓存（表结构、字段、索引、权限元数据），避免重复查询系统表；
   • SQL Statement Cache：SQL 执行计划缓存，复用执行计划，减少硬解析开销；
   • UDR Cache：自定义存储过程缓存，加速 UDR 重复调用。
4. 计算与线程资源
   • Sorting Pool：排序内存池，支撑 ORDER BY、GROUP BY、PDQ 并行查询排序运算；
   • Thread Stacks/Thread Heaps：VP 线程栈、堆内存，承载线程运行私有资源；
   • Big Buffers：大对象专属缓冲区，适配 TEXT/BYTE 等大对象读写；
   • Global Pool：全局通用内存池，用于动态临时内存分配；
   • Unallocated Memory：预留空闲内存，支撑运行时动态扩容分配。

3.4. 消息段（进程 / 客户端通信层）

• 模块：Client/Server IPC messages
• 作用：客户端与数据库服务端、集群多节点间进程通信缓冲区，承载 SQL 请求、结果集、集群同步指令、连接管控消息，实现跨进程 / 跨节点数据交互。

3. 进程 / 线程：虚拟处理器 VP（核心竞争力）

1. 传统数据库缺陷：每连接新建独立进程，频繁上下文切换，大量占用 CPU 系统资源，高并发性能衰减；
2. GBase 自研 VP 优势
   • 内置独立线程库，不依赖操作系统原生线程，跨国产平台移植性极强；
   • 用户态类协程调度，线程并发效率高，大幅降低操作系统上下文切换开销；
   • 多类型 VP 分工解耦，业务、IO、审计、加密、网络任务隔离，互不抢占资源；
3. 主流 VP 分类与用途：

VP 类别	包含 VP	核心职责
核心算力 VP	CPU VP（多实例）	SQL 运算、事务处理、CPU 密集型业务计算，核心算力载体
IO 处理 VP	AIO VP（多实例）、PIO VP、LIO VP	AIO 负责业务数据异步读写；PIO/LIO 分别负责物理日志、逻辑日志的刷盘落盘
系统管控 VP	ADM VP、SHM VP、SOC VP、CSM VP、MSC VP、MQ VP、ADT VP	承担系统管理、共享内存管控、安全管控、集群管控、消息队列、审计日志等后台管控能力
扩展能力 VP	WFS VP、IDSXML VP、Encrypt VP、UDF VP、Java VP、BTS VP、	分别适配文件服务、XML 解析、数据加密、自定义函数、Java 存储过程、全文检索等扩展业务能力。

4. 分层存储管理（物理 → 逻辑完整层级）

4.1. 物理存储层级

4.1.1. 单元基础定义与核心作用

物理单元	官方定义	载体形态	核心用途
块（Chunk）	数据库专属物理磁盘最大存储单元	操作系统普通文件、裸设备、裸设备分区片段	构成数据库空间（Dbspace）的底层物理载体，是实例管理磁盘资源的基础单元，支持扩容、镜像、离线迁移
页（Page）	GBase 8s 读写磁盘的最小物理单元	块内划分的固定大小存储页（默认常见 2KB/4KB 等规格）	数据库 IO 读写最小单位，存放行数据、索引条目、事务元数据，Buffer 缓存以页为单位管理
段（Extent）	存储表数据的连续多个页的集合	同一块内连续分配的一组数据页	表、索引分配存储空间的基础粒度，一次性分配连续页减少磁盘碎片，提升顺序读写性能

4.1.2. 层级从属与协作关系

物理磁盘 → Chunk 块 → Extent 段 → Page 页 → 行数据 / 索引

• 块与页：块由大量连续页组成，页隶属于具体块，所有数据页最终都归属某一个 Chunk；
• 段与页：段是连续页集合，一张表会分配多个段，每个段内部页连续排布；
• 段与块：段只能在单个 Chunk 内部分配，不会跨块拆分段，保障存储连续性；
• 三者交集：表数据最终以段为单位分配页、页承载真实数据，全部托管在 Chunk 物理空间中。

4.2. 逻辑存储层级

数据库空间 Dbspace（承载日志、数据表）是最底层存储底座，创建数据库时必须指定归属 Dbspace；数据库内创建表时，表归属指定表空间，表空间依托 Dbspace 分配物理磁盘块。

完整层级链路：物理磁盘 Chunk → 数据库空间 → 数据库 → 表空间 → 表 / 索引

逻辑单元	核心定义	关键能力 & 承载内容
数据库空间（DBSpace）	可容纳 1~32766 个块的顶层逻辑存储单元	承载数据库实例、数据表、逻辑日志文件、物理日志文件，是底层存储资源的容器底座，对接磁盘 Chunk 物理文件
数据库（Database）	承载表与索引的业务逻辑单元	业务层面数据库对象集合，隔离不同业务库的表、视图、存储过程等业务对象
表空间（Table Space）	绑定表 / 分段与索引的磁盘空间单元	分配目标表（含分区分段）、关联索引对应的全部磁盘存储空间，管控单表存储资源上限与存储位置
表（Table）	关系型核心结构化数据单元	由列定义（字段名 + 数据类型）+ 多行业务数据组成，存储业务明细数据，是数据读写最小业务单元

• 数据库空间（Dbspace）

  • 可拆分普通数据 Dbspace、物理日志 Dbspace、逻辑日志 Dbspace、临时 Dbspace，实现日志、业务数据、临时数据存储隔离；
  • 支持 Chunk 扩容、镜像备份，保障底层存储可靠性与容量弹性。

• 数据库（Database） 业务租户、项目环境隔离载体，不同业务数据库权限、配置独立隔离，互不干扰。

• 表空间（Table Space） 精细化管控单表存储资源，可按业务冷热数据拆分不同表空间，配合存储介质（SSD / 机械盘）分层部署，优化读写性能；同时可独立管控表空间扩容、回收、迁移，运维更灵活。

• 表（Table） 业务数据载体，支持行级事务、约束、关联查询，支撑 OLTP 业务日常增删改查。

4.3. 专用存储分区

4.3.1. 物理日志

• 核心定义：修改数据页前先留存数据页前映像（旧数据页），该前置快照即为物理日志，专属存放在物理日志数据库空间。
• 核心作用：数据库异常宕机重启时，优先依据物理日志完成物理恢复，修复内存脏页未落盘导致的数据页损坏问题，后续再配合逻辑日志完成事务级逻辑恢复，保障数据一致性。

4.3.2. 逻辑日志

• 基础定义：记录数据库各类数据操作行为，存储于专属逻辑日志数据库空间。
• 灾难恢复流程：故障后先通过 L0/L1/L2 层级备份完成物理恢复，再依托逻辑日志备份回放事务操作，完成逻辑恢复，补齐备份后新增业务数据。

4.3.3. 临时空间

• 用途：专门用于存放临时表；
• 数据特性：数据库异常关闭后该空间数据不会保留；
• 日志规则：不会对其记录物理日志、逻辑日志，不参与事务恢复。

4.3.4. BLOB 空间

• 定位用途：专属逻辑存储单元，仅存放 TEXT、BYTE 大对象数据；
• 页规则：创建时指定 Blobpage 大小（页整数倍），同空间页尺寸统一、不同空间可自定义页大小；
• 读写机制：数据直接落盘读写，不经过共享内存；
• 日志规则：TEXT、BYTE 大对象不记录物理、逻辑日志。

4.3.5. 智能大对象空间

• 基础定位：存储智能大对象的逻辑存储单元，承载 CLOB 字符大对象、BLOB 二进制大对象，也支持用户自定义数据类型使用。
• 页规格规则：页大小不可自定义，固定和数据库数据页大小保持一致。
• 日志与容灾能力：数据会记录物理日志 + 逻辑日志，故障场景下支持完整数据恢复。

5. 并行查询 PDQ

支持 SQL 多线程并行执行，一条查询自动拆分为扫描线程、哈希连接线程、排序线程多层并行流水线，大幅提升 OLAP 统计分析性能，同时兼容 OLTP 在线交易混合负载。

四、三大高可用集群与两地三中心容灾方案

GBase 8s 提供三层集群，组合实现标准两地三中心架构，整体切换时间 ≤1 分钟，对业务应用完全透明。

1. SSC 本地共享存储集群

1.1. 整体架构

1.1.1 架构层级组成

1. 上层应用层：多业务应用程序统一接入，无节点绑定限制；
2. 接入调度层：连接管理器，统一承接应用连接、分发访问请求，屏蔽底层节点细节；
3. 数据库节点层：1 个主节点 + 多个辅助节点，所有节点挂载同一份共享存储；
4. 底层存储层：全局共享存储设备，全节点共用一份数据副本，不存在节点间数据同步冗余。

1.1.2. 核心管控组件：CM（集群管理器）

集群全局管控核心，负责集群状态监控、节点运维、故障检测、主节点选举、自动切换全流程自动化维护，无需人工介入干预集群日常运维。

1.2. 核心运行机制详解

1.2.1. 读写业务分工规则

• 主节点：唯一承载全量写入、DDL、事务修改类操作，保障数据写入一致性；
• 辅助节点：仅承接查询类只读业务流量，实现读写分离，分摊主节点查询压力，提升整体查询并发能力。

1.2.2. 故障自动切换逻辑

1. 故障感知：CM 实时探测主节点运行状态，识别主节点宕机、失联等故障；
2. 候选筛选：多辅助节点场景下，CM 采集各辅助节点 CPU、内存、业务负载等指标，择优选择负载最优节点作为新主节点；
3. 角色升级接管：选中辅助节点自动升级为主节点，接管全量写入服务权限；
4. 切换时效：整套故障切换流程控制在 1 分钟以内，业务中断窗口极短；
5. 应用无感：连接管理器自动调整路由转发规则，上层应用无需修改配置、无感知完成切换。

1.2.3. 集群扩展性能力

架构支持横向新增辅助节点，新增节点直接挂载共享存储即可加入集群承接只读业务，无需数据迁移、无需全量副本同步，横向扩容便捷，具备优秀可伸缩性，适配业务读量持续增长场景。

1.2.4. 共享存储底层特性

所有节点共用一套存储数据，天然保证多节点数据强一致，不存在主从复制延迟、同步异常、副本数据不一致问题；仅单份数据存储，节省多副本存储成本。

2. HAC 同城高可用集群（同城灾备）

2.1. 整体架构

HAC 是 GBase 8s 一主一备双节点同城高可用集群，基于逻辑日志复制实现主备数据同步，两节点各自独立挂载本地存储，无共享存储依赖，适配同城机房容灾场景。

层级	主节点组件作用	备节点组件作用
服务进程 VP	数据库核心调度进程，执行业务事务、生成逻辑日志	回放同步日志，支撑只读业务，故障后升级接管读写
共享内存缓冲区	逻辑日志缓冲区：缓存事务日志；发送缓冲区：转发日志至备节点	接收缓冲区：接收主节点日志；逻辑日志缓冲区：缓存待回放日志
磁盘存储	独立本地磁盘，落地业务数据与逻辑日志	独立本地磁盘，回放日志后落地同步数据
传输链路 LAN	主备节点内网高速传输日志数据流	接收日志数据流，保障同城低延迟传输

2.2. 完整日志同步流程

1. 主节点事务生成日志 业务事务执行完成后，数据写入主节点逻辑日志缓冲区，同时缓冲区内容落盘至本地存储保障持久化。
2. 日志转发封装 逻辑日志缓冲区数据同步拷贝至发送缓冲区，通过内网 LAN 链路发送至备节点接收缓冲区。
3. 备节点日志接收与缓存 备节点接收缓冲区接收日志数据，转入本地逻辑日志缓冲区完成缓存。
4. 备节点日志回放落盘 备节点回放逻辑日志缓冲区的日志，完成数据更新并写入自身本地磁盘存储，实现主备数据一致性。

2.3. 核心关键特性

2.3.1. 三种同步模式（一致性 & 性能灵活选择）

同步模式	机制说明	适用场景
完全同步	主节点事务提交需等待备节点日志接收确认，零数据丢失	金融核心、强一致性要求业务
近似同步	主节点落盘本地日志即可提交，后台异步同步备节点，极低延迟	同城核心业务，兼顾一致性与性能
异步同步	主节点事务提交与日志传输解耦，日志后台异步推送，性能最优	读多写少、可容忍微小数据延迟场景

2.3.2. 读写能力规则

• 主节点：承载完整读写、DDL、事务修改业务；
• 备节点：常态可承接只读查询业务，分担主节点查询压力，实现读写分离；故障切换后备节点自动升级为主节点，完整接管读写服务。

2.3.3. 高可用切换能力

• 故障检测：集群管控组件实时探测主节点状态，识别宕机、断连故障；
• 自动切换：备节点快速升级为主节点，业务切换对上层应用透明，无需业务改造；
• 故障恢复：原主节点修复后可自动加入集群作为新备节点，继续同步数据。

3. RHAC 远程异地高可用集群（异地灾备）

3.1. 整体架构

3.1.1. 拓扑结构

• 架构模式：单主节点 + 多异地辅助节点架构，依托广域网 WAN 完成跨地域日志同步；
• 链路：主节点通过 WAN 专线，向多个异地机房的辅助节点同步逻辑日志；
• 存储模式：各节点独立本地存储，无共享存储依赖，适配异地多机房灾备场景。

3.1.2. 核心定位

RHAC 是 GBase 面向异地多活、跨城灾备设计的集群方案，在 HAC 同城主备能力基础上扩展多辅助节点、WAN 远距离传输适配能力，解决跨城市机房容灾、异地数据备份、多站点读写分流需求。

3.2. 核心运行机制

3.2.1. 数据同步原理

沿用 GBase 日志复制核心机制：

• 主节点业务事务生成逻辑日志，本地落盘持久化；
• 日志封装后通过 WAN 链路异步分发至全部异地辅助节点；
• 各辅助节点接收日志、本地回放落地，完成数据同步；
• 适配 WAN 网络延迟、抖动特性，内置流量控速、断点续传、日志校验机制，保障远距离同步稳定。

3.2.2. 节点分工规则

• 主节点：全权承载业务写入、DDL 变更、事务操作，统一生成日志向外分发；
• 异地辅助节点
  • 常态：承接本地机房只读业务流量，实现异地读写分离，就近访问降低跨城访问延迟；
  • 故障：主节点机房整体故障、断网失联时，集群管理器根据预设策略、节点负载、数据同步点位，自动选举最优辅助节点升级为新主节点，接管全量业务。

3.2.3. 故障切换策略

• 支持多辅助节点优先级配置 + 负载智能选主，可自定义异地站点接管优先级；
• 适配异地机房级灾难场景（机房断电、光缆中断、区域故障），实现跨城市容灾切换；
• 切换逻辑对上层应用透明，配合连接管理器自动路由转发，业务无需改造适配。

4. 两地三中心实现

• 本地主中心：SSC 共享存储集群（生产读写）；
• 同城备中心：HAC 集群（同城快速切换）；
• 异地灾备中心：RHAC 集群（跨城长期容灾）； 三层集群由统一连接管理器调度，应用无感知切换，满足金融行业最高级容灾合规要求。