深度揭秘Greenplum开源数据库 透明加密 Greenplum 研发工程师 王淏舟 1. 我们所面临的问题 2. 基于pgcypto的数据加密方案 3. GPDB数据透明加密方案设计 4. GPDB数据透明加解密流程 5. 总结 我们所面临的问题 什么是Greenplum数据库 一款开源的HTAP数据库: • MPP架构 • 完整的事务+ACID+标准SQL支持 • 支持上千个节点的部署 支持上千个节点的部署 • 支持PB级文件 • 丰富的ETL和外部组件 • 支持Python/R/Java直接访问处理数据库数据 • https://github.com/greenplum-db/gpdb GPDB GPDB的数据安全 用户 • 连接数据库 • 运行业务 DBA • 管理数据库 • 业务审计 System Admin • 管理集群 • 数据备份恢复 运行模式 管理集群 • 数据备份恢复 需要登录到系统进行运维 • 可以访问数据库二进制文件 • 可以访问数据库数据文件 • 可以访问预写日志文件 潜在风险（二） GPDB的数据安全 System Admin • 管理集群 • 数据备份恢复 运维模式 • 原厂服务，主机厂或者第三方运维 数据文件为明文二进制文件 • 直接通过Linux自带工具（strings, hexdump）访问 •

SMP（对称多处理）架构难于扩展，并且在 CPU 计算和 IO 吞吐上不 能满足海量数据的计算需求。 分布式存储和分布式计算理论刚刚被提出来，Google 的两篇著名论文 发表后引起业界的关注，一篇是关于 GFS 分布式文件系统，另外一篇 是关于 MapReduce 并行计算框架的理论，分布式计算模式在互联网 行业特别是收索引擎和分词检索等方面获得了巨大成功。 Big Date2.indd 1 16-11-22 MPP（海量并行处理）计算框架，最终还 是需要软件来实现，Greenplum 正是在这一背景下产生的，借助于分 布式计算思想，Greenplum 实现了基于数据库的分布式数据存储和并 行计算（GoogleMapReduce 实现的是基于文件的分布式数据存储和 计算，我们会在后面比较这两种方法的优劣性）。 话说当年 Greenplum（当时还是一个 Startup 公司，创始人家门口有 一棵青梅 ——greenplum，因此而得名）召集了十几位业界大咖（据 引类型等等非常方便，只要按照 API 接口开发，无需对 PG 重新编译。 PG 中 contrib 目录下的各个第三方模块，在 GP 中的 postgis 空间 数据库、R、Madlib、pgcrypto 各类加密算法、gptext 全文检索都 是通过这种方式实现功能扩展的。 4) 在诸如 ACID 事物处理、数据强一致性保证、数据类型支持、独特 的 MVCC 带来高效数据更新能力等还有很多方面，Postgresql

级别的权限控制 ....................................................................................... - 29 - 密码加密................................................................................................... ........................................................................... - 34 - 编辑 pg_hba.conf 文件 ....................................................................................... - 35 - 限制并发连接数量 ................................................................................. - 36 - 客户端/服务端间的加密连接 ......................................................................................... - 37 -

大小的顺串呢？ 归并排序的三个问题 23 替换选择算法 24 Knuth 5.4.1R替换选择算法： ● 1. 初始化阶段，读取输入元组至内存，并建立最小堆。 ● 2. 弹出堆顶元组，输出到顺串文件的缓冲区，并记录该元组的排序键为 lastkey。 ● 3. 读取新元组，如果元组排序键大于等于lastkey，插入堆顶，并调整堆，使其有 序。 ● 4. 如果新元组排序键小于lastkey，将该元组放入堆尾，并将堆的大小减1。 替换选择算法 25 ● 问题二：合并阶段假设存在N个输入缓冲区，如何高效的比较N个输入缓冲区的 最小值，并输出到输出缓冲区？ 归并排序的三个问题 26 ● 假设顺串(长度为L)分布在K个文件中，顺串合并时需要K个输入缓冲区和1个输 出缓冲区，每次选取K个缓冲区的最小值，输出到输出缓冲区。最后，输出缓冲 区输出的顺串长度为L*K ● 算法复杂度 O(K* (L*K)) 顺串合并 1 两两相比较，父亲节点存储了两个节点比较的败者（节点较大的值）；胜利者 （较小者）可以参与更高层的比赛。这样树的顶端就是当次比较的冠军（最小 者）。 ● 3. 调整败者树，当我们把最小者输入到输出文件以后，需要从相应的顺串取出 一个记录补上去。补回来的时候，我们就需要调整败者树，我们只需要沿着当前 节点的父亲节点一直比较到顶端。比较的规则是与父亲节点比较，胜者可以参 与更高层的比较，一直向上，直到根节点。失败者留在当前节点。

[--rsyncable] 2017 年象行中国（杭州 站）第一期 gpcrondump⽤法(2/3) gpcrondump命令使用-K 来指定唯一时间戳来标示某个备份集 文件，其中如果当前备份目录中存在更未来的备份集，则备份报错。 gpcrondump命令使用-t 或者--table-file，-T或者--exclusive-table-file，-s或 者--sch 以将备份产生的所有文件都列举 出来，分为两类，分别是： 1. Pipes files 包括每个segment的数据文件（可以流式输出）、master产 生的post_data文件包含indexes, triggers, primary key constraints等数据 库对象，master产生的全局对象包含角色和表空间等 2. Regular files 包括各类辅助文件，例如存储着create database语句的文 件，备份状态报告文件等 其中最核心的每个segment的数据文件，命名格式如下： xxx_gp_dump_0_2_20170206160253.gz 其中XXX表示用户定义的文件前缀，0代表是非master节点，2代表该文件产生的 segment对应dbid，20170206160253是前面所说的时间戳。在恢复时，会根据这 个命名规则，找到对应的文件。 2017 年象行中国（杭州

> $i;done echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled 一般不建议直接修改/boot/grub/grub.conf文件或者/boot/grub/menu.lst 常用数据库参数 参数名 Master节点值 Segment节点值 checkpoint_segments 32 32 max_connections 些参数  Vacuum Full/REORGANIZE：立即释放垃圾空间还给操作系统 Vacuum Full相当于碎片整理； Reorganize相当于重建表，数据表对应的文件名（pg_class -> relfilenode)将会发生改变。 Vacuum Full的处理性能非常低，一般情况下不建议采用，可以用Reorganize代替、或者使用AO表； –F效率低，数据库实例修复如果增量同步失败，我们一般会建议使用gprecoverseg –F进行全量同 步，全量同步是在两个节点之间全量拷贝文件，超过10 0000个对象，在数据目录下地文件数会可能达到上百万 个档，这些文件的拷贝需要花费很长时间 – 使用gpexpand扩容节点时，对象数多，对应到每个实例下的文件数非常多，将这些目的档重分布到新扩展的节 点时间会很长 – 系统表（pg_class,pg_attribute）太大，影响系统工作效率

Ullman/Jennifer Widom《数据库系统实现》 查询编译器/ 优化器 事务管理器 DDL编译器 执行引擎 日志和恢复 并发控制 索引/文件/ 记录管理器 缓冲区管理器 缓冲区 锁表 存储管理器 存储 查询计划 对索引、文件和 记录的请求 页命令 事务命令 查询、更新 用户/ 应用 DDL命令 数据库管理员 数据、元数据、索引 日志页 读、写页 元数据、 事务提交时，数据页不需要刷回持久存储，为了保证持久性，先把Redo Log写 入日志文件。Redo log记录修改数据对象的新值(After Image, AFIM) ■ Steal → Undo Log 允许Buffer Pool未提交事务所修改的脏页刷回到持久存储，为了保证原子性， 先把Undo Log写入日志文件。Undo Log记录修改数据对象的旧值(Before Image, BFIM) 的一部分记录在日志文件（xlog）里。当数 据库重新启动，会读这个日志文件（xlog）这条日志记录，把锁“还原”到pg_lock表里。 1. StartupXlog函数发现XLOG_XACT_PREPARE日志记录进行redo，调用函数recreateTwoPhaseFile将 该日志记录中的信息放到pg_twophase目录下的文件里，每一个prepared事务对应一个文件 2. Start

Ø instance实例 - user - tablesapce Ø database - schema - table,view,function - data row Ø 物理文件 - oid - 表空间 - 数据文件命名 12 greenplum体系架构 greenplum的体系结构 13 greenplum体系架构 greenplum的体系结构 14 greenplum体系架构 兆网 Ø 数据来源为OLTP库，针对小数据量传输和计算，部分实时交互操作 Ø 以对账业务为主，统计计算为辅 • 公司IDC_02机房Greenplum体系 Ø 针对数据来源主要是kfk产生csv文件的业务，不直接从数据库传数 Ø 以重点业务线、活动数据、非OLTP业务数据的任务计算为主 • 公司IDC_03机房Greenplum体系 Ø 数据来源来源为OTLP库库，针对大数据量传输和计算，采用T+1方式 Greenplum运维体系 环境创建与部署 • 部署流程 Ø 规划部署方案 Ø 准备硬件资源 Ø 修改系统参数 Ø 安装 Greenplum 软件 / postgresql软件 Ø 初始化实例 Ø 修改实例参数文件 Ø 初始化业务所需库表环境、用户环境 Ø 加载数据 Ø 业务程序访问 23 Greenplum运维体系 环境创建与部署 • 部署注意点 Ø 资源要充足（ETL，管理节点，数据节点，数据集市）

将本机的​hostname​与​127.0.0.1​的map写到/etc/hosts中。例如 127.0.0.1 yydzero yydzero.local ● 修改​/etc/sysctl.conf​文件，并重启： kern​.​sysv​.​shmmax​=​2147483648 kern​.​sysv​.​shmmin​=​1 kern​.​sysv​.​shmmni​=​64 kern​ .​sh # step 2. 交换集群中所有机器的ssh密钥, 我们这里只有一台机器 $ gpssh​-​exkeys ​-​h ​`hostname` # step 3. 生成三个配置文件： env.sh, hostfile, gpinitsystem_config $ cat env​.​sh source $HOME​/​gpdb​.​master​/​greenplum_path​ 息 可以发现并解决大部分问题。 2.2.2 查看日志 常用的日志文件有两类，一种是 gpinitsystem 的日志，一种是数据库的日志。它们分别保存在不 同的目录下： ● gpinitsystem 的日志文件。默认路径为 ~/gpAdmin/gpinitsystem_*** ● 数据库的日志文件：进入 master （segment 的日志类似）的日志目录 （例如 /

Greenplum愿景：企业数据集合 13 • 在企业内创建统一的数据运算平台 • 企业所有者可以直接控制其数据实例 • 通过实体整合提供企业级数据访问功能 • 灵活的扩展和配置降低了投资的平均风险 源文件 源数据 源数据 源文件 数据仓库和分析应 用程序 Greenplum数据架构 商用硬件集群 分析 数据 市场 企业数 据仓库 企业数据集合：主要的优势 • 实体整合 • 提高服务器使用率 • 降低总硬件成本 Host Master Host Interconnect - Gigabit Ethernet Switch 核心系统文件加载测试结果 本次加载测试采用2009年1月4号和2009年1月5号核心系统文件数据，GP加载耗时与 ORACLE系统加载耗时比较如下: 文件名 文件描述 ORACLE GREENPLUM GP提升 倍数 Staging 加载时间 文 件 大 小 记录条数