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TiKV：基于Rust和Raft的分布式Key-Value数据库

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TiKV（发音：/'taɪkeɪvi:/，tai-K-V，词源：titanium）是一款分布式Key-Value数据库，其设计借鉴了Google Spanner和HBase，但实现更为简洁，无需依赖任何分布式文件系统。通过Rust语言实现Raft共识算法，并将共识状态存储于RocksDB中，TiKV保证数据一致性。引入Placement Driver（放置驱动）实现分片，支持数据自动迁移。事务模型参考Google Percolator并进行了性能优化，支持快照隔离（SI）、带锁快照隔离（SQL：SELECT ... FOR UPDATE）以及分布式事务中的外部一致性读写。

核心功能

• 地理复制：TiKV使用Raft和Placement Driver支持跨地域数据复制。

• 水平扩展：借助Placement Driver和精心设计的Raft组，TiKV具备出色的水平扩展能力，可轻松扩展至100+ TB数据规模。

• 一致性分布式事务：类似Google Spanner，TiKV支持外部一致的分布式事务。

• 协处理器支持：参考HBase，TiKV实现了协处理器框架以支持分布式计算。

• 与TiDB协作：通过内部优化，TiKV与TiDB协同工作，提供兼具高水平扩展能力、外部一致事务及支持关系型与NoSQL设计模式的数据库解决方案。

TiKV软件栈

!TiKV软件栈

• Placement Driver：集群管理器，定期检查复制约束以自动平衡负载和数据。

• Store：每个Store包含一个RocksDB实例，负责将数据存储至本地磁盘。

• Region：KV数据迁移的基本单元，每个Region会复制到多个节点，这些副本组成一个Raft组。

• Node：集群中的物理节点，每个节点包含一个或多个Store，每个Store包含多个Region。

节点启动时，Node、Store和Region的元数据会注册到PD，各Region和Store的状态会定期上报至PD。

快速测试部署

可通过Docker Compose快速测试TiKV与TiDB：

bash
git clone [***]
cd tidb-docker-compose
docker-compose up -d

启动后，可通过mysql -h 127.0.0.1 -P 4000 -u root连接数据库，并访问http://localhost:3000/查看集群监控指标。

开发环境设置

TiKV代码库主要使用Rust编写，包含C++（RocksDB）和Go（gRPC）组件。为确保一致性，项目广泛使用代码检查和自动格式化工具，且依赖Rust nightly版本以使用最新特性。

前提条件

构建TiKV需至少安装以下工具：

• git - 版本控制工具
• rustup - Rust工具链管理器
• awk - 模式扫描/处理语言
• cmake - 构建工具（gRPC依赖）
• go - 编程语言（gRPC依赖）
• make - 构建工具（运行常用工作流）
• clang 或 gcc - C编译器工具链

获取代码库

bash
git clone [***]
cd tikv
# 后续操作默认在此目录下执行

配置Rust工具链

rustup是Rust***工具链管理器，类似Ruby的rvm或rbenv。TiKV使用RUST_VERSION文件指定的Rust版本，并依赖rustfmt组件：

bash
rustup override set `tail -n 1 RUST_VERSION`
rustup component add rustfmt-preview --toolchain `tail -n 1 RUST_VERSION`

构建与测试

TiKV提供Makefile简化常用工作流，也可直接使用cargo操作Rust项目。

构建TiKV：

bash
make build

开发过程中，可使用cargo check快速检查代码（语法、借用检查、 lint）而不完整编译，配合cargo-watch可监听文件变化并自动执行检查：

bash
cargo install cargo-watch
cargo watch -s "cargo check --features dev"

提交PR前，建议运行dev任务进行代码格式化、启用clippy检查并执行测试：

bash
make dev

运行完整测试套件或指定测试：

bash
# 完整测试
make test
# 指定测试
cargo test $TESTNAME

所有PR会通过CI自动测试，合并前需确保CI测试通过。

集成其他组件

如需使用TiDB和PD等组件，建议参考开发指南，至少需运行pd-server与tikv-server进行集成测试。

生产部署

• Ansible部署：***Ansible部署指南提供集群部署推荐方案。

• Docker部署：参考Docker部署指南部署TiKV及其他集群组件。

• 二进制部署：如需自定义部署，可参考二进制部署指南。

使用TiKV

TiKV是TiDB项目的组件，需与PD（集群管理器）配合运行。目前支持的客户端包括TiDB Go客户端和TiSpark Java客户端。欢迎开发其他语言客户端。

配置

详见配置指南了解各类配置选项。

贡献

提交补丁和贡献流程详见CONTRIBUTING。

许可

TiKV基于Apache 2.0许可，详见LICENSE文件。

致谢

• 感谢etcd提供优秀开源工具。
• 感谢RocksDB提供强大的存储引擎。
• 感谢mio提供Rust金属IO库。
• 感谢rust-clippy提供代码检查支持。