数据库水平和垂直缩放之间的差异

Question

我遇到过许多NoSQL数据库和SQL数据库。有各种参数来衡量这些数据库的优缺点，可扩展性就是其中之一。水平和垂直缩放这些数据库有什么区别？

Answer 1

水平扩展意味着您可以通过向资源池中添加更多计算机进行扩展，而垂直扩展意味着您可以通过向现有计算机添加更多电量（CPU，RAM）进行扩展

记住这一点的一个简单方法是考虑服务器机架上的机器，我们在水平方向添加更多机器，并在垂直中为机器添加更多资源方向。

在数据库世界中，水平扩展通常基于数据的划分，即每个节点仅包含部分数据，在垂直扩展中，数据驻留在单个节点上，并且通过多核进行扩展，即扩展该机器的CPU和RAM资源之间的负载。

通过水平扩展，通过在现有池中添加更多计算机来动态扩展通常更容易 - 垂直扩展通常仅限于单个计算机的容量，超出此容量的扩展通常涉及停机时间并且具有上限

水平扩展的好例子是Cassandra，MongoDB，Google Cloud Spanner ..垂直扩展的一个很好的例子是MySQL - Amazon RDS（MySQL的云版本）。通过从小型机器切换到更大型机器，它提供了一种简单的垂直扩展方式。这个过程通常涉及停机时间。

内存数据网格（例如GigaSpaces XAP，Coherence等）通常针对水平和垂直缩放进行了优化，因为它们并未绑定到磁盘。通过多核支持进行分区和垂直缩放的水平扩展。

您可以在我之前的帖子中阅读有关此主题的更多信息： Scale-out vs Scale-up和The Common Principles Behind the NOSQL Alternatives

Answer 2

简单地说：

水平缩放===>成千上万的奴才将为您共同完成工作。

垂直缩放===>一个庞大的工作将为您完成所有工作。

Answer 3

让我们首先考虑增加资源的扩展需求，以便您的系统现在可以处理比以前更多的请求。

当您意识到系统变慢并且无法处理当前请求数时，您需要扩展系统。

这为您提供了两个选项。要么增加当前使用的服务器中的资源，即增加RAM，CPU，GPU和其他资源的数量。这称为垂直缩放。

垂直缩放通常很昂贵。 它不会使系统容错，即如果您正在使用单个服务器扩展应用程序，如果该服务器出现故障，您的系统将会关闭。 此外，垂直缩放中的线程数量保持不变。 垂直缩放可能需要系统在进程发生时停止工作。增加服务器上的资源需要重新启动并关闭系统。

此问题的另一个解决方案是增加系统中存在的服务器数量。该解决方案在科技行业中得到了广泛应用。 这最终会降低每台服务器的每秒请求速率。 如果您需要扩展系统，只需添加另一台服务器，即可完成。您不需要重新启动系统。 每个系统中的线程数减少，从而导致高吞吐量。 要将请求平均分配给每个应用程序服务器，您需要添加负载均衡器，它将充当Web服务器的反向代理。整个系统可以称为单个集群。 您的系统可能包含大量请求，这些请求需要更多此类群集。

希望您了解将缩放引入系统的整个概念。

Answer 4

还有一个未提及的额外体系结构 - 基于SQL的数据库服务，可以实现水平扩展，而无需手动分片的复杂性。这些服务在后台进行分片，因此它们使您能够像使用MongoDB或CouchDB等NoSQL引擎一样运行传统的SQL数据库并进行扩展。我熟悉的两个服务是PostgreSQL的EnterpriseDB和MySQL的Xeround。我在Xeround中看到了一个深入的post，它解释了为什么SQL数据库的横向扩展很难以及它们如何以不同的方式实现它 - 因为它是一个供应商帖子，所以要处理这个问题。另请查看Wikipedia的Cloud Database entry，有一个很好的解释SQL与NoSQL和服务与自托管，供应商列表和每个组合的扩展选项。 ;）

Answer 5

是横向缩放意味着添加更多计算机，但这也意味着计算机在群集中是相同的。 MySQL可以通过使用副本在读取数据方面进行水平扩展，但是一旦达到服务器内存/磁盘的容量，就必须开始跨服务器分片数据。这变得越来越复杂。通常在副本之间保持数据一致是一个问题，因为复制速率通常太慢而无法跟上数据变化率。

Couchbase也是一个出色的NoSQL Horizo​​ntal Scaling数据库，用于许多商业高可用性应用程序和游戏，可以说是该类别中性能最高的。它跨群集自动分区数据，添加节点很简单，您可以使用商用硬件，更便宜的虚拟机实例（例如，使用大而不是高内存，高级硬盘机器）。它是根据Membase（Memcached）构建的，但增加了持久性。此外，在Couchbase的情况下，每个节点都可以执行读取和写入，并且在集群中是相同的，只有故障转移复制（不是像mySQL中的所有服务器上的完整数据集复制）。

在性能方面，您可以看到出色的思科基准：http://blog.couchbase.com/understanding-performance-benchmark-published-cisco-and-solarflare-using-couchbase-server

以下是关于Couchbase架构的精彩博文：http://horicky.blogspot.com/2012/07/couchbase-architecture.html

Answer 6

传统的关系数据库被设计为客户端/服务器数据库系统。它们可以水平缩放，但这样做的过程往往很复杂且容易出错。像NuoDB这样的NewSQL数据库是以内存为中心的分布式数据库系统，旨在横向扩展，同时保持传统RDBMS的SQL / ACID属性。

有关NuoDB的更多信息，请阅读他们的technical white paper。

Answer 7

Oracle，db2等SQL数据库也支持通过共享磁盘集群进行水平扩展。例如Oracle RAC，IBM DB2 purescale或Sybase ASE Cluster edition。可以将新节点添加到Oracle RAC系统或DB2 purescale系统以实现水平扩展。

但是这种方法与noSQL数据库（如mongodb，CouchDB或IBM Cloudant）的不同之处在于数据分片不是水平扩展的一部分。在noSQL数据库中，数据在水平扩展期间会被擦除。

Answer 8

所有其他答案似乎已经相当完整，但我没有看到Google Cloud Spanner作为具有水平缩放的关系数据库的示例，这就是我添加我的小贡献的原因。

Answer 9

您有一家公司，只有1名工人，但是当时您雇用了1个新候选人，这是一个水平扩展。新候选人是新机器，项目是新访问量/对api的调用。

作为一个项目，其中有一个IIT / NIT家伙处理对您的api /流量的所有请求。如果有时间再向您的api请求，请解雇他，并用智商高的NIT / IIT家伙代替他-这是垂直缩放。

Answer 10

添加大量负载均衡器会产生额外的开销和延迟，这是在nosql数据库中横向扩展的缺点。这就像是为什么人们说RPC不推荐，因为它不健全。

我认为在实际系统中，我们应该同时使用sql和nosql数据库来利用当今系统的多核和云计算功能。

另一方面，如果使用诸如oracle的sql数据库，则复杂的事务查询具有高性能。 NoSql可以通过分片用于bigdata和水平可伸缩性。

Answer 11

公认的答案是关于水平缩放与垂直缩放的基本定义。但是不同于通常的看法，即只能通过Cassandra，MongoDB等实现数据库的水平扩展，我想补充一下，任何传统的RDMS都可以实现水平扩展。也无需使用任何第三方解决方案。

我知道许多公司，特别是基于SaaS的公司。使用简单的应用程序逻辑即可完成。基本上，您需要一组用户，并将他们划分到多个数据库服务器上。因此，例如，您通常会有一个“元”数据库/表，用于存储客户端，DB服务器/连接字符串等，以及一个表，用于存储客户端/服务器映射。

然后将每个客户端的请求直接定向到它们所映射到的DB服务器。

现在，有些人可能会说这类似于水平分区，而不是“真正的”水平缩放，并且它们在某些方面是正确的。但是最终结果是您已经在多个Db服务器上扩展了数据库。

这两种水平扩展方法之间的唯一区别是，一种方法（MongoDB等）的扩展是由DB软件本身完成的。从这个意义上讲，您正在“购买”缩放比例。在另一种方法中（对于RDBMS水平缩放），缩放是由应用程序代码/逻辑构建的。