华为：2022云原生数据库白皮书

随着信息技术的飞速发展以及智能终端的不断普及，全球数据量呈现爆发式增长，数据库作为支撑数据处理的核心技术需要不断创新变革。云原生数据库能够充分结合云基础设施的优势能力和特点构建数据处理和管理能力，使得企业数据管理模式迈入新台阶。高效、经济、安全成为云原生数据库受到热捧的重要原因。

本报告首先阐述了云原生数据库的发展趋势与现状，之后从云原生数据库应用场景、技术架构、关键技术以及不同场景下的生产实践详细地介绍了云原生数据库的技术模式，最后通过结合当前应用现状及问题，指明了未来云原生数据库的技术方向，力求梳理云原生数据库全流程概念及方法。

云原生理念的诞生与数据库演进

一、云原生理念的诞生

云原生的概念由CNCF（Cloud Native Computing Foundation，云原生计算基金会）在2015年正式提出。它指的是云原生技术有利于各组织在公有云、私有云和混合云等新型动态环境中，构建和运行可弹性扩展的应用。

云原生的本意是指应用“生于云，长于云”，强调从一开始就基于云架构来设计和构建应用。在容器技术流行之前，一些互联网公司如Netflik已经开始实践云原生的技术和应用构建方式，这促成了云原生数据库的应运而生。云原生数据库特指为云架构设计和构建的数据库，它要求具备更高的扩展性、多租户、分布式部署等能力。

二、云原生数据库的历史演进

“数据库“的历史始于20世纪60年代，经历了多个发展阶段。首先，网状数据库和层次数据库作为第一代产品，成功地将数据从应用程序中独立出来并进行集中管理。随后，关系型数据库的出现标志着数据库发展史上的重要里程碑，开启了关系型数据库的新时代。随着技术的发展，NoSQL数据库解决了大规模数据集合和多种数据类型带来的挑战。分布式数据库进一步扩展了数据库的应用场景，它允许将数据库部署在多台机器上，满足日益增长的数据和业务规模。近年来，随着云基础设施的高速发展，基于云模式提供的数据库服务即云数据库得到了蓬勃发展。然而，云数据库本质上并不是针对云场景或云环境来设计和构建的，因此存在一些限制，如存储空间浪费、计算资源浪费等。为了解决这些问题，Amazon推出了云原生数据库Aurora，专为云计算时代定制的关系型数据库。自此，数据库进入了云原生数据库的新阶段。它的目标是最小化网络I/O，充分利用云基础设施来提升系统的可扩展性与可用性。Aurora的设计哲学是“Log Is Database”（日志即数据），通过只写日志不刷脏页的方式极大地简化了恢复子系统。同样，华为云在2019年推出了首款云原生的数据库GaussDB（for MySQL），它针对用户痛点进行了多项技术革新，相比传统云数据库具有显著优势。