信息系統的背后用于保存和處理最終結果的地方就是數據庫。因此數據庫系統就變得尤為重要，這意味著如果數據庫如果面臨問題，則意味著整個應用系統也會面臨挑戰(zhàn)，從而帶來嚴重的損失和后果。目前在大數據趨勢下，數據庫面臨如下的挑戰(zhàn)：

當數據庫性能遇到問題時，是否能夠橫向擴展，通過添加服務器的方式達到更高的吞吐量，從而充分利用現有的硬件實現更好的投資回報率。

是否擁有實時同步的副本，當數據庫面臨災難時，可以短時間內通過故障轉移的方式保證數據庫的可用性。此外，當數據丟失或損壞時，能否通過所謂的實時副本（熱備）實現數據的零損失。

數據庫的橫向擴展是否對應用程序透明，如果數據庫的橫向擴展需要應用程序端進行大量修改，則所帶來的后果不僅僅是高昂的開發(fā)成本，同時也會帶來很多潛在和非潛在的風險。

面對上述挑戰(zhàn)一個顯而易見的辦法是將多個服務器組成一組集群，這樣一來就可以充分利用每一臺服務器的資源并將客戶端負載分發(fā)到不同服務器上，隨著應用程序負載的增加，只需要將新的服務器添加到集群即可。

數據庫的集群和擴展不像應用程序擴展那樣容易，因為從數據庫端來說，一旦涉及到了集群，往往會涉及到數據庫層面的同步，因此從是否存在數據冗余這個角度來講，我們可以從大面上把數據庫集群分為以下兩種形式：

Share-Disk架構

Share-Disk架構是通過多個服務器節(jié)點共享一個存儲來實現數據庫集群。在此基礎之上，Share-Disk架構又分為單活和雙活，雙活即為集群中的每一個節(jié)點都可以同時對外提供服務，而單活為集群中只有一個節(jié)點可對外提供服務，集群中的其他服務器作為冗余在活的節(jié)點出現故障時接替該服務器成為對外提供服務的節(jié)點。

這種方式的弊端也是顯而易見的，如下：

硬件資源的嚴重浪費，同一時間集群中只有一臺服務器活著，其他服務器只能作為冗余服務器。

集群無法提升性能，因為只有一臺服務器可用。

存儲方面存在單點故障，除非在存儲層級保證高可用，通常需要昂貴的SAN存儲。

因此該類方案僅僅可以做到服務器層面的高可用，無法帶來性能的提升，也無法解決存儲單點故障的問題。因此如果不搭配其他高可用或負載均衡的技術，存在的意義并不是很大。

另一類技術是Share-Disk中的雙活的技術，與單活技術不同的是，雙活的技術雖然也是共享磁盤，但集群中的所有節(jié)點都可以對外提供服務，典型的產品就是Oracle的RAC。RAC的技術性非常的高，因此需要水平比較高的人來運維系統。RAC設計的初衷并不是為了性能，而是為了高可用和可擴展性，如果應用程序不是針對RAC架構設計和開發(fā)的，則將應用程序遷移到RAC上會導致性能的急劇下降，并且節(jié)點越多性能下降越明顯。

Share-Nothing架構

Share-Nothing架構又分為兩種，首先是分布式架構。將數據庫中的數據按照某一標準分布到多臺機器中，查詢或插入時按照條件查詢或插入對應的分區(qū)。另一種是每一個節(jié)點完全獨立，節(jié)點之間通過網絡連接，通常是通過光釬等專用網絡。

在Share-Nothing架構中，每一個節(jié)點都擁有自己的內存和存儲，都保留數據的完整副本。通常來說，又可以分為兩種，可以負載均衡和不可以負載均衡。

首先談談不可負載均衡的集群，在不可負載均衡的技術中，集群中的節(jié)點會被分為主節(jié)點和輔助節(jié)點，主節(jié)點向外提供服務，輔助節(jié)點作為熱備（二階段事務提交）或暖備（不需要保證事務同步），同時有可能使得輔助節(jié)點提供只讀的服務。

這種架構帶來的好處包括：

輔助節(jié)點數據和主節(jié)點保持同步或準同步，當搭配第三方仲裁后，可以實現自動的故障轉移，從而實現了高可用。

輔助節(jié)點由于和主節(jié)點完全獨立且數據同步或準同步，因此主節(jié)點出現數據損壞后，可以從輔助節(jié)點恢復數據(自動或手動)。

由于Share-Nothing架構使用了本地存儲（或SAN），相較于Share-Disk架構在慢速網絡時有非常大的性能優(yōu)勢。

當然，弊端也顯而易見，因為輔助節(jié)點無法對外提供服務或只能提供只讀服務，因此該類集群的弊端包括：

擴展能力非常有限。

對性能沒有提升，因為涉及到各節(jié)點的數據同步，甚至帶來性能的下降。

輔助節(jié)點如果可讀，雖然提升性能，但需要修改前端應用程序，對應用程序不透明。

另一類Share-Nothing架構中，是允許負載均衡的。所謂負載均衡就是將對數據庫的負載分布到集群中的多個節(jié)點上，在集群中的每一個節(jié)點都可以對外提供服務，從而達到更高的吞吐量，更好的資源利用率和更低的響應時間。前端通過代理進行調度?？韶撦d均衡的Share-Nothing架構的好處是每臺服務器都能提供服務，能充分利用現有資源，達到更高的吞吐量。這類方案集群中的每個節(jié)點都會對外提供服務，因此有如下好處：

由于每一個節(jié)點都可以對外提供服務，因此可以提升性能。

擴展性得到提升，可以通過向集群添加節(jié)點直接進行Scale-Out擴充。

由于前端應用通過代理連接到集群，而集群中的每一個節(jié)點都保持完整的數據集，因此對應用程序端完全透明。

但該類方案的弊端也顯而易見，因為每一個節(jié)點都需要完整的數據集，因此需要占用更多的存儲空間。