SphereEx 正式开源面向 Database Mesh 的解决方案 Pisanix

今天，SphereEx 正式对外推出了面向 Database Mesh 的开源解决方案-- Pisanix v0.1.0 版本。Pisanix 从设计之初就吸收了 Database Mesh 的核心思想：通过可编程实现高性能扩展，应对云上数据库治理挑战。这标志着 Database Mesh 不再停留于纸上，而成为了一个真正可以实现和落地的框架。

Pisanix（https://github.com/database-mesh/pisanix）是 SphereEx 面向 Database Mesh 推出的开源解决方案，由 Go 及 Rust 编写，适配 Kubernetes 环境，目前已支持 MySQL 协议。其主要包括 Pisa-Controller、Pisa-Proxy 和 Pisa-Daemon（即将推出）三个组件，帮助用户轻松实现基于 Database Mesh 框架下 SQL 感知的流量治理、面向运行时的资源可编程、数据库可靠性工程等能力，助力用户云上数据库治理。

1 Pisanix v0.1.0 版本特性

本次正式发布的 Pisanix v0.1.0 版本，已支持的特性有：

Pisa-Controller
支持 Sidecar 注入
读取 Kubernetes 自定义资源：VirtualDatabase, TrafficStrategy 和 DatabaseEndpoint 并转换为 Pisa-Proxy 配置
Pisa-Proxy
支持 Kubernetes Sidecar 部署并从 Pisa-Controller 获取配置
支持多端口 MySQL 协议代理
支持连接池和基础负载均衡
实现了基于 Yacc 的 SQL 解析器，已支持：SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE、PREPARE、EXECUTE、BEGIN、SET
支持基于正则的 SQL 断路器
支持 SQL 并发控制：基于正则，限制指定时间内执行的 SQL 数量
可观测性：支持 sql_processed_total、sql_processed_duration
支持非 Kubernetes 环境以独立组件部署

2 Pisanix 简述

Pisanix 采用控制面和数据面分离的经典部署模式，通过各种 CustomResourceDefinition 支持统一的数据库接入声明配置、支持可编程的数据库访问资源限制、支持标准化的数据库自动维护体验，实现多种数据库治理行为的云原生编排。

目前 Pisanix 主要包含三部分能力：

SQL 感知的流量治理：借助 SQL 解析能力，提供对流量的负载均衡、审计、访问控制、可观测性等功能；
面向运行时的资源可编程：通过多种 Linux 内核能力，实现流量治理运行时的资源可配置和可编程；
数据库可靠性工程：以工程师为中心、以数据库可靠性为原则设计产品形态，建立数据库上云统一界面。

文章1.png

Pisa-Controller Pisa-Controller 是 Pisanix 的控制面，由 Go 语言实现，是必选组件。它负责对数据面组件的管控，是 Pisanix 所有配置的入口。其主要功能为：

Sidecar 注入：借助 MutatingAdmissionWebhook 向指定 Pod 中注入 Pisa-Proxy 容器；
Pisa-Proxy 配置下发和指标采集：获取并转换集群里 CRD 格式的服务发现、负载均衡、限流、SQL 防火墙规则等，并下发给 Pisa-Proxy，以及采集 Pisa-Proxy 运行时的各种指标；
Pisa-Daemon 配置转换和指标采集：获取并转换集群里 CRD 格式的流量 QoS 等规则，并下发给 Pisa-Daemon，以及采集 Pisa-Daemon 运行时的各种指标。

Pisa-Proxy Pisa-Proxy 是 Rust 实现的高性能代理，是必选组件。Pisa-Proxy 以 Sidecar 方式与业务应用部署在同一个 Pod 中，监听 MySQL 协议获取应用访问数据库的流量，并提供各种治理能力：

SQL 流量治理：通过解析 SQL，实现多种负载均衡策略、限流等；
访问控制：根据用户和数据权限关系，实现细粒度的权限控制；
SQL 防火墙：阻止高危 SQL 语句执行；
可观测性：暴露各种数据库访问指标：如吞吐、延时等。

Pisa-Daemon（即将推出） Pisa-Daemon 是节点级数据面，是可选组件。Pisa-Daemon 部署在 Kubernetes 集群中每个节点上，通过宿主机内核的各种能力提供资源管理等功能。现已支持：

运行时流量管理：借助 eBPF 等技术为数据库访问流量提供 QoS 保证，减少流量之间的相互干扰。

3 Pisanix 示例

在 Database Mesh 中，治理框架依赖于如下工作负载：

虚拟数据库：开发人员视角里一个可以被访问的数据库端点
流量策略：对数据库访问流量的治理策略，如标签路由、分库分表、负载均衡、并发控制、断路
访问控制：根据指定规则提供细粒度的访问控制，如表级别
安全声明：数据安全性声明，如数据加密等
审计申请：记录应用对数据库的操作行为，如接入风控系统
可观测性：数据库的访问流量、运行状态、性能指标等可观测性的配置
事件总线：接受数据变更的事件总线
QoS 声明：提高数据库整体 SLO 指标而设定的资源 QoS 指标
备份计划：按计划任务的方式执行数据库备份
Schema 流水线：以代码方式管理数据库 schema 变更，提高数据库 DDL 和 DML 变更的成功率

目前 Pisanix 已支持 VirtualDatabase、TrafficStrategy 和 DatabaseEndpoint 三个 CustomResourceDefinition。

VirtualDatabase VirtualDatabase 是所有数据库治理行为发生的中心概念。对于开发人员来说，VirtualDatabase 代表了数据库访问的端点，对于 DBA 来说代表了一个逻辑的数据库，并且需要为该 VirtualDatabase 提供实际的后端数据源 DatabaseEndpoint，以及指定流量策略 TrafficStrategy。

Pisanix 目前支持 MySQL 类型的 VirtualDatabase，配置示例如下：

apiVersion: core.database-mesh.io/v1alpha1
kind: VirtualDatabase
metadata:
  name: catalogue
  namespace: default
spec:
  services:
  - databaseMySQL:               # 声明虚拟数据库类型为 MySQL
      db: socksdb                # 声明虚拟数据库 schema
      host: 127.0.0.1            # 虚拟数据库访问地址
      port: 3306                 # 虚拟数据库访问端口
      user: catalogue_user       # 虚拟数据库访问用户名
      password: default_password # 虚拟数据库访问密码
    name: mysql                  # 虚拟数据库名称
    trafficStrategy: catalogue   # 声明指定虚拟数据库流量策略

TrafficStrategy TrafficStrategy 描述了数据库访问流量的治理策略，DBA 根据实际业务需要进行策略配置，如基于标签的请求路由、SLA 驱动的负载均衡、SQL 断路和并发控制等。

Pisanix 目前已支持基础负载均衡、基于正则的 SQL 断路和并发控制，配置示例如下：

apiVersion: core.database-mesh.io/v1alpha1
kind: TrafficStrategy
metadata:
  name: catalogue
  namespace: default
spec:
  loadBalance:                   # 声明虚拟数据库访问负载均衡策略
    simpleLoadBalance:           # 声明负载均衡策略为基础负载均衡
      kind: random               # 声明负载均衡策略为随机
  selector:
    matchLabels:                 # 声明标签选择器以选择目标 DatabaseEndpoint
      source: catalogue

DatabaseEndpoint DatabaseEndpoint 描述了真实的数据库访问端点，它可以是部署在云上的数据库实例，是 DBA 关心的重点资源。作为真实数据库的抽象，DatabaseEndpoint 可以被多个 VirtualDatabase 所消费，从而将开发人员的视角和 DBA 视角进行区分。

Pisanix 目前支持 MySQL 类型的 DatabaseEndpoint，配置示例如下：

apiVersion: core.database-mesh.io/v1alpha1
kind: DatabaseEndpoint
metadata:
  name: catalogue-db
  namespace: default
spec:
  database:
    MySQL:                        # 声明数据源类型为 MySQL
      db: socksdb                 # 声明数据库 schema
      host: cataloguedb.codtynlacssn.rds.cn-northwest-1.amazonaws.com.cn # 声明数据源地址
      port: 3306                  # 声明数据源访问端口
      user: root                  # 声明数据源访问用户名      
      password: fake_password     # 声明数据源访问密码

Weaveworks 的 Socks-shop 是一个面向用户的在线销售袜子商店系统，旨在帮助微服务和云原生技术进行演示和测试，并且提供一个真实可测试的应用程序。该项目使用了以下技术或框架：Java Spring Boot、Go、Node.js 并使用容器进行构建部署。

以 Socks-shop 微服务项目为例，如果使用 Pisanix 框架进行治理的流程如下：

由开发人员为 Catalogue 服务提交 VirtualDatabase 申请虚拟数据库；
由 DBA 为 VirtualDatabase 创建关联的 TrafficStrategy 和 DatabaseEndpoint；
由负责上线的 SRE 为 Catalogue 服务添加标签pisanix.io/inject=enabled，开启 Sidecar 注入，然后配置 Catalogue 数据库访问信息为 VirtualDatabase 中的地址并启动应用。

配置完成后，访问 front-end 服务即可验证：

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4 Pisanix 设计思想：Database Mesh

在《数据库治理的云原生之道 —— Database Mesh 2.0》文章里提出了一种以数据库为中心的治理模型：

数据库是一等公民：一切抽象都围绕数据库治理行为进行，比如访问控制、流量治理、可观测性等；
面向工程师体验：对于开发人员，通过便捷易用的数据库声明和定义，即可继续进行开发，无需关心数据库的位置；对于运维和 DBA，提供多种数据库治理行为抽象，实现自动化的数据库可靠性工程；
云原生：以开放的生态和实现机制适配不同的云环境，面向云原生构建和实现，而无需担心厂商锁定。点击并拖拽以移动

文章3.png

详见：https://www.database-mesh.io

5 展望

Pisanix 项目目前仍处于早期阶段，在接下来的工作中，会首先重点增强流量方面的治理能力，如添加基于分片键的数据分片能力、针对数据访问行为的审计申请、流量运行时资源 QoS 等，同时不断提升性能和易用性。未来 Pisanix 计划开放插件扩展机制，用户编写适应不同的业务场景的策略，实践 Unix “策略与机制分离”的设计哲学。

6 社区

开源项目千万步，Pisanix 才刚刚起步。开源是一扇门，Pisanix 欢迎各位小伙伴一起参与进来，发表自己的想法，分享自己的见解，不管是代码还是文档，issue 还是 pull request，社区一样欢迎。在这里，我们诚挚邀请对云原生及数据库治理领域感兴趣的小伙伴加入我们，共同建设 Pisanix 社区。

目前 Pisanix 社区每两周都会组织线上讨论，详细安排如下，我们等你。

邮件列表： https://groups.google.com/g/database-mesh
英文社区双周会（2022年2月27日起），周三 9:00 AM PST：
https://meet.google.com/yhv-zrby-pyt
中文社区双周会（2022年4月27日起），周三 9:00 PM GMT+8： https://meeting.tencent.com/dm/6UXDMNsHBVQO
微信小助手： pisanix
Slack： https://databasemesh.slack.com/
会议记录： https://bit.ly/39Fqt3x

欢迎点击链接，了解更多内容： Pisanix 官网：https://www.database-mesh.io/

GitHub 地址：https://github.com/database-mesh/pisanix

SphereEx 官网：https://www.sphere-ex.com