7.2　Microsoft SQL Azure

Microsoft SQL Azure是微软的云关系型数据库，后端存储又称为云SQL Server（Cloud SQL Server）。它构建在SQL Server之上，通过分布式技术提升传统关系型数据库的可扩展性和容错能力。

7.2.1　数据模型

1.逻辑模型

云SQL Server将数据划分为多个分区，通过限制事务只能在一个分区执行来规避分布式事务。另外，它通过主备复制（Primary-Copy）协议将数据复制到多个副本，保证高可用性。

云SQL Server中一个逻辑数据库称为一个表格组（table group），它既可以是有主键的，也可以是无主键的，本节只讨论有主键的表格组。如果一个表格组是有主键的，要求表格组中所有的表格都有一个相同的列，称为划分主键（partitioning key）。图中的表格组包含两个表格，顾客表（Customers）和订单表（Orders），划分主键为顾客ID（Customers表中的Id列）。如图7-2所示。

图　7-2　云SQL Server数据模型

划分主键不需要是表格组中每个表格的唯一主键。图7-2中，顾客ID是顾客表的唯一主键，但不是订单表的唯一主键。同样，划分主键也不需要是每个表格的聚集索引，订单表的聚集索引为组合主键＜顾客ID，订单ID＞（＜Id,Oid＞）。

表格组中所有划分主键相同的行集合称为行组（row group）。顾客表的第一行以及订单表的前两行的划分主键均为34，构成一个行组。云SQL Server只支持同一个行组内的事务，这就意味着，同一个行组的数据逻辑上会分布到一台服务器。

如果表格组是有主键的，云SQL Server支持自动地水平拆分表格组并分散到整个集群。同一个行组总是被一台物理的SQL Server服务，从而避免了分布式事务。这样的好处是避免了分布式事务的两个问题：阻塞及性能，当然，也限制了用户的使用模式。

只读事务可以跨多个行组，但事务隔离级别最多支持读取已提交（read-committed）。

2.物理模型

在物理层面，每个有主键的表格组根据划分主键列有序地分成多个数据分区（partition）。这些分区之间互相不重叠，并且覆盖了所有的划分主键值。这就确保了每个行组属于一个唯一的分区。

分区是云SQL Server复制、迁移、负载均衡的基本单位。每个分区包含多个副本（默认为3），每个副本存储在一台物理的SQL Server上。由于每个行组属于一个分区，这也就意味着每个行组的数据量不能超过分区允许的最大值，也就是单台SQL Server的容量上限。

一般来说，同一个交换机或者同一个机架的机器同时出现故障的概率较大，因而它们属于同一个故障域（failure domain）。云SQL Server保证每个分区的多个副本分布到不同的故障域。每个分区有一个副本为主副本（Primary），其他副本为备副本（Secondary）。主副本处理所有的查询，更新事务并以操作日志的形式将事务同步到备副本，备副本接收主副本发送的事务日志并应用到本地数据库。目前，备副本不支持读操作，当然，这是很容易实现的，只是可能读取到过期的数据。

如图7-3所示，有四个逻辑分区PA、PB、PC、PD，每个分区有一个主副本和两个备副本。例如，PA有一个主副本PA_P以及两个备副本PA_S1和PA_S2。每台物理SQL Server数据库混合存放了主副本和备副本。如果某台机器发生故障，它上面的分区能够很快分散到其他活着的机器上。

图　7-3　云SQL Server物理模型

分区划分是动态的，如果某个分区超过了允许的最大分区大小或者负载太高，这个分区将分裂为两个分区。假设分区A的主副本在机器X，它的备副本在机器Y和Z。如果分区A分裂为A1和A2，每个副本都需要相应地分裂为两段。为了更好地进行负载均衡，每个副本分裂前后的角色可能不尽相同。例如，A1的主副本仍然在机器X，备副本在机器Y和机器Z；而A2的主副本可能在机器Y，备副本在机器X和机器Z。