背景

Serverless 数据库是云原生时代的产物，它提供全托管，按需付费，自动弹性的云数据库服务，让客户免于繁重的数据库运维工作。关于 Serverless 数据库原理文章比较少，本文将介绍我们是如何依托云厂商提供 TiDB Cloud Serverless 服务的。如果觉得喜欢，可以点击链接试用一下，试试又不要钱：）

我们要做什么

我们做的是一款 Serverless 数据库服务。

Serverless 是云原生架构下的一种新兴模式，关于 Serverless 网上有很多定义，大家可以自行搜索。Serverless 数据库简单来说，就是一款开箱即用，无需部署运维的数据库。国外 Serverless 数据库产品起步较早，也比较成熟，比如 PlanetScale, Neon, Cockroachdb, AWS aurora。

那我们实现 Serverless 数据库，是在实现什么东西呢？自动弹性，多租户，高可用，备份恢复。但其中最重要我觉得还是成本。成本是支撑这个模式走下去的基石。在成本上，我们经历了从一开始的上百美金一个集群，到现在的几美金一个集群。可以说成本的降低让 Serverless 模式成为了可能。

本文从成本的角度出发，来看我们是如何实现 TiDB Cloud Serverless 的。

基于对象存储的数据底座

在云上，相比于昂贵的块存储，对象存储便宜的多。

我们的存储层 TiKV 针对 AWS S3 做了适配，以共享存储的方式提供给租户。但 S3 的访问延迟相比于本地盘高了不少，为了解决这个问题，我们将高速本地盘作为缓存，用户读写实际会基于作为缓存的本地盘。TiKV 启动时会从 S3 拉取全量的数据到本地盘作为缓存。最近，我们正在开发冷数据存储的功能，该部分数据会仅在使用时才从 S3 拉取，并收取更少的费用。

TiKV 针对 AWS S3 的适配说起来简单，实际是最复杂的部分，这部分也是和开源 TiKV 区别最大的地方。使用 S3 作为共享存储还带来一些其他好处：比如海量数据存储，极高的可用性，秒级的备份能力，快速的 region 迁移等等。

计算资源池化

对于一款 Serverless 数据库来说，不仅要做到流量高峰时的自动扩容，也要做到流量低谷时的缩容，甚至要做到无流量时缩容到0，即按需付费能力。而对于数据库来说，低延迟是必须的，也就是说我们既要缩容到0，又要保证快速的冷启动。因此我们不能在客户请求时才拉起计算资源。

对此，我们将计算资源进行了池化，形成了一个 TiDB Pod 池。该池子由一个内部组件进行管理，保证池中空闲 Pod 数量一直处于限定的范围内，其空闲数实际反应了 TiDB Cloud Serverless 快速应对突发流量的能力。池内所有的 TiDB Pod 会处于 standby 模式，当请求来临时即可针对对应租户激活。整个过程是极快的，就犹如你始终占有该计算资源。

无状态的计算资源池，也使得我们可以使用 Spot Instance 节约成本。

Spot Instance 是云厂商提供的一种抢占式实例，相比于按量实例节点可以节省至多 90% 的成本，但其缺点是随时可能会被云厂商回收。计算池中的 TiDB Pod 就使用了 Spot Instance 实例，为了防止 Spot Instance 被回收，我们还有一个监控的机制。当监控到 Spot Instance 实例不足，会提前购买 on demand 实例防止 TiDB Cloud Serverless 的计算能力跟不上 。

统一网关层

在很早期，我们没有统一的网关层，这导致每一个数据库集群都需要一个 LB。我们目前运行了上万的集群，如果每个都有一个 LB ，那就会带来巨大的成本。

因此，我们有一个 TCP 网关层，负责统一入口，只需要一个四层 LB。该网关层主要负责 MySQL 连接协议的处理，在建立连接之后，网关层作为客户端与 TiDB 之前的桥梁——透传数据的传输。

在网关层，我们主要解决的一个问题是如何区分租户。在 MySQL 协议中，能够传输额外租户数据的地方不多：

• Connection attributes：许多 MySQL client 不支持该特性
• 数据库名：少许 MySQL client 不支持 (PHP)
• 用户名

最终我们选择了使用用户名承载租户信息，这也是当你使用 TiDB Cloud Serverless 时，用户名前有个前缀的原因。

总结

在成本上，我们还做了很多。比如 Copy on write 的备份恢复机制， Txn File 降低大写入成本，Remote compaction 充分利用资源等等。相比于上文，这些内容更细节，这里就不一一展开了。上述内容也不一定完全准确，有问题麻烦大家多多指正～

总而言之，正是因为这些成本上的优化，才有了现在 TiDB Cloud Serverless 具备竞争力的价格。以及为所有用户提供 5 个免费集群的能力。对的，我们为每个用户提供总计 25G 的免费存储以及可观的计算额度，快试试创建一个属于自己的 Serverless 数据库吧。https://tidbcloud.com/