2. 架構
2.1 概要
cockroachDB是一種開源數據庫，開發者希望去使用：一方面是因爲可伸縮和一致性。開發者一般會有疑問我們如何達到這樣，本篇指導將解釋cockroach進程的內部實現細節。
不過，cockroachDB的使用者你不必理解潛在的架構,
本頁爲重要的用戶及數據庫的熱衷者提供了高級框架，解釋在hood下發生了什麼。
**使用指南
本指南將詳細解析cockroachDB的每一層，希望你能按順序閱讀每一層，從概要開始，然後是sql層。
如果你尋找對cockroachDB的更深層理解，你可以簡單的閱讀每一層的概要，對於更多的技術細節，例如你有興趣作爲項目的貢獻者，你可以閱讀組件部分
注意：本指導，只是解釋cochroachDB的內部襲擊日，不能解釋如何去構建cockroachDB副本，請查閱讀安裝文檔
**cockroach的目標
cockroach設計目標如下：
1）爲了人類的生活更容易。這意味着對於管理者的低接觸，高自動化，對於開發者更容易去查找原因
2）提供工業級一致性，即使在大規模的部署中。這意味着啓動分發事務，同時解決最終一致性和讀取陳舊數據的痛點。
3）創建不間斷的數據庫，在所有節點的讀寫不發生矛盾
4）靈活的部署在任意平臺上，不捆綁任何的平臺或者供應商
5）支持關係型數據使用的相同組件
--最終一致性：允許事務提交一段時間後，數據保持一致
綜上，我們希望cockroachDB使團隊容易的建立全球的，大規模的，有彈性的雲服務。
**語彙表
集羣：cockroachDb部署，表現爲涵蓋一個或多個數據庫的單一邏輯複製
節點：一個單機器（唯一的ip:port）運行cockroachDb。多節點形成集羣
range：你的集羣中一個排序的鄰近的數據
副本：你的range的一個複製集，保證至少有3個節點存儲數據，確保數據的容忍能力。
**概念
cockroach嚴重依賴下列概念，將有利於理解我們的架構實現：
一致性：cockroachDB使用一致性表達ACID和CAP理論，即數據無異常。CAP理論：一致性(Consistency)/可用性(Availability)/分區容錯性(PartitionTolerance)滿足兩個以上。一致性,每個讀請求接收最近的寫請求或者報錯(每個節點讀取的數據一致)。可用性，每個請求都會收到應答，不管最近的寫是成功或者失敗。分區容錯性，在網絡中斷，消息丟失或者延遲，系統可以繼續工作。
consensus：當一個range接受一個寫，投票節點包括range的副本收到寫。這意味着數據安全的存儲，同時多數節點同意這個數據庫狀態，即使一些節點是下線的。當一個寫沒達到consensus,進程停止，保證集羣的一致性狀態。
**複製：
同步複製提交之前，需要所有的寫操作寫入所有指定節點的數據副本，爲了保證數據的一致性，這種複製是cockroachDB使用的。
異步複製只要求提交前單一節點接受到寫操作，提交後再寫入其他的數據副本。這種方式幾乎等同於最終一致性，在NoSQL數據庫中很流行，這種方式會導致異常和數據丟失。
**事務
一系列數據操作，滿足ACID(原子性/Atomic，一致性/Consistency，隔離性/Isolation，持久性/Durability)。這是一個一致的的系統的關鍵特性，確保開發者可以信任數據庫數據。
**多活可用性
基於一致性的高可用，使集羣的每個節點可以讀寫部分存儲數據(per-range)。相比於其他複製方式，例如：主-被動複製，活躍節點接受100%的請求高峯。主-主複製，所有的節點接收請求，但不能同時保證讀的數據最新的和快速的。
2.1.5 概要
CockroachDB在機器上運行使用兩條命令
1）cockroachstart 帶—join參數，集羣中所有初始化節點，這樣進程知道所有可以被連接的其他機器
2）cockroach init對集羣執行一次初始化
一旦cockroach進程運行，開發者通過SQL API連接cockroachDB，在PostgresSQL上進行模型化，由於所有節點的對稱行爲，你可以發送請求到任意一個節點，使cockroach很容易的做到負載均衡。
接收SQL RPCs，節點將其轉化爲操作，工作在我們分發的key-value存儲中。RPCs開始填充集羣數據，cockroachDB算法開始在節點間分發你的數據，將數據打散爲64M的chunk，我們把它叫做range。爲了保證耐受性，每個range至少被3個節點複製。這樣，如果某個節點停止工作，仍然存在數據的副本，可以用於讀寫，並複製數據到其他節點。
如果一個節點可以接受讀寫請求但不能直接提供服務，它可以發現可以處理請求的節點並聯系它，這樣不必知道數據在哪裏，cockroachDB會跟蹤，爲每個節點激活對稱行爲。
對於range數據的任何更改，依賴於一致性算法，保證多數副本同意提交更改，業界領先的隔離機制保證提供複製一致性讀，不管你連接的是哪一個節點。
最後，使用高效的存儲引擎進行數據寫入或者磁盤讀取，保證數據時間戳可以被跟蹤，這樣有利於支持SQL標準，AS OF SYSTEMTIME，可以獲得一段時間的歷史數據。
不過，這只是一個高級概要描述cockroachDB如何運行，想知道cockroach進程的具體細節，需要對架構有更深的瞭解。
2.1.6 層
在最高層，cockroachDB將客戶端的SQL語句轉化key-value(KV)形式數據，在節點間分發，並寫入磁盤。我們的架構，進程通過多層結構進行實現，對應用是不透明的。
下面描述了每層函數，忽略其他層的細節。這些函數對本層，對其他層是黑箱的API組件。層間的互動沒有明確描述，爲了理解整個進程，需要理解每層的函數。
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層 |
順序 |
目的 |
|
SQL |
1 |
將客戶端SQL語句轉化成KV形式 |
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事務 |
2 |
允許多KV實體更改的原子性 |
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分發 |
3 |
提出將KV range作爲一個單實體 |
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複製 |
4 |
多節點間複製KV ranges滿足一致性和同步性，本層通過租約提供一致性讀 |
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引擎 |
5 |
在磁盤中讀寫KV數據 |