李跃森，腾讯云PostgreSQL首席架构师，腾讯数据库团队架构师，负责微信支付商户系统核心数据库的架构设计和研发，PostgreSQL-x2社区核心成员，获多项国家发明专利。从事PG内核开发和架构设计超过10年。
2015年之前，微信支付业务快速发展，需要一款数据库能够安全高效的支撑微信支付商户系统核心业务，这个重任落在了腾讯数据库团队自研PostgreSQL上。
2016年7月，腾讯云对外发布云数据库PostgreSQL，提供腾讯自研的内核优化版和社区版两个版本，以及提供分布式集群架构(分布式集群内部代号PostgreSQL-XZ)两种方案。目前云数据库PostgreSQL在腾讯大数据平台、广点通、腾讯视频等腾讯多个核心业务中稳定运行。
腾讯自研PostgreSQL分布式集群 PostgreSQL-XZ
腾讯PostgreSQL-XZ是由PostgreSQL-XC社区版本地化而来，能支撑水平扩展数据库集群。虽然PostgreSQL-XC很强大，但在性能、扩展性、安全、运维方面还是有明显的瓶颈，而腾讯PostgreSQL经过多年的积累，在这些方面都有较大提升和强化。由于是用于微信支付的核心数据库，腾讯PostgreSQL被定位为安全、高效，稳定，可靠的数据库集群。下面将以腾讯PostgreSQL-XZ为代表介绍腾讯自研PostgreSQL所做的优化和改进。
一.事务管理系统的优化
PostgreSQL-XC在事务管理系统方案本身有一个明显的缺点，那就是事务管理机制会成为系统的瓶颈，GTM(Global Transaction Manager全局事务管理器)会限制系统的扩展规模。如图1所示，是每个请求过来CN(Coordinator 协调节点)都会向GTM申请必需的gxid(全局事务ID)和gsnapshot(全局快照)信息，并把这些信息随着SQL语句本身一起发往DN(Datanode数据库节点)进行执行。另外，PostgreSQL-XC的管理机制，只有主DN才会获取的gxid，而备DN没有自己的gxid，因此无法提供只读服务，对系统也是不小的浪费。
图1
而腾讯PostgreSQL-XZ改进了事务管理机制，改进后，CN不再从GTM获取gxid和gsnapshot，每个节点使用自己的本地xid(事务ID)和gsnapshot(快照)，如此GTM便不会成为系统的瓶颈;并且，DN备机就还可以提供只读服务，充分利用系统闲置资源。如图2，优化后的事务管理系统架构如下：
图2
二.备机只读实现与优化
当然，事务管理系统的优化为进行备DN只读提供了基础，然而原始集群并没有负载、调度等能力。在这方面，我们也做了大量的创新，总结起来包括：
正常CN和只读CN进行分离。
正常CN存储主用DN的元数据信息
只读CN存储备用DN的元数据信息
DN之间使用hot standby(热备份保护)模式进行日志同步
通过这些方式，集群可以提供带有智能负载能力的备DN只读功能，充分利用系统资源。
图3
三.业务最小中断的扩容方案
业务的快速增长不可避免的需要对资源进行扩容，社区版本的实现使得扩容成本高昂，需要对业务进行长时间的中断。因为，在社区版本PostgreSQL-XC中，通过 DN=Hash(row) % nofdn 的方式决定一条记录的存储节点：
也就是说，先对分布列计算hash值，然后使用这个值对集群中的节点个数取模来决定记录去哪个节点(如图4)。
这种方案简单，但实际应用中需要长时间停机扩容。这是因为，扩容后节点数会变多，数据无法按照原有的分布逻辑进行读写，需要重新分布节点数据。而再均衡数据需要停机并手工迁移再均衡到各个节点。对于规模较大的交易系统来说，由于原有节点存储的是海量数据，再均衡过程可能会持续好几天。相信这是业务完全无法忍受的。
图4
因此我们引入了一种新的分表方法 —sharded table。Shardedtable 的数据分布采用如下(图5)的方式：
引入一个抽象的中间层--shard map。Shard map中每一项存储shardid和DN的映射关系。