展开菜单
首页 精品内容 本月促销 装机必备 Windows PDF教程 macOS软件 IOS软件 Android AI 专题
全部分类

当前位置:

首页 > 硬件相关 > 将 PostgreSQL 扩展至支持 8 亿 ChatGPT 用户

将 PostgreSQL 扩展至支持 8 亿 ChatGPT 用户

PostgreSQL支撑OpenAI核心服务,服务8亿用户及每秒数百万次查询。架构采用主实例写入,配合全球近50个只读副本应对读取压力。为应对写入负载,团队将可分片写操作迁移至AzureCosmosDB,并通过优化查询、分流负载、提升可用性及隔离工作负载,成功支持了业务的快速增长。

本文目录

    PostgreSQL,这个开源关系型数据库的常青树,如今正作为OpenAI核心产品的基石,默默支撑着每秒数百万次的查询和8亿用户的访问。其架构颇为经典:一个主实例负责写入,配合遍布全球的近50个只读副本来应对海量读取。这套组合拳展现了PostgreSQL在应对读密集型负载时惊人的扩展潜力。当然,任何技术方案都有其边界,面对写入压力,团队也巧妙地借助了Azure Cosmos DB来分担可分片的写负载,并持续优化着查询、负载分流与高可用策略。

    多年来,PostgreSQL一直是ChatGPT与OpenAI API等服务的核心数据引擎。随着用户规模呈指数级攀升,数据库面临的挑战也与日俱增。过去一年,其负载增长了超过10倍,且增长势头丝毫未减。

    在持续升级基础设施以应对业务洪流的过程中,我们获得了一个关键洞察:PostgreSQL处理读密集型负载的能力,远比许多人想象的要强大。这个源自加州大学伯克利分校的系统,凭借一个Azure PostgreSQL灵活服务器主实例,以及部署在全球多个区域的近50个只读副本,成功扛住了全球流量的冲击。本文将分享OpenAI技术团队如何通过一系列扎实的工程优化,将PostgreSQL推向极限,并总结其中积累的宝贵经验。

    初始架构的隐忧

    ChatGPT发布后,流量以惊人的速度涌入。当时,团队在应用层和数据库层双管齐下,既通过提升硬件规格进行纵向扩展,也通过增加只读副本来横向扩展读取能力。这套架构在相当长一段时间内运行平稳,持续的优化也为未来的增长预留了空间。

    单主架构竟能支撑OpenAI的庞大规模,听起来或许有些意外,但其落地过程绝非一帆风顺。团队曾多次遭遇因PostgreSQL过载引发的严重服务事件,其模式往往如出一辙:上游的某个问题——可能是缓存层故障导致的大范围缓存穿透,也可能是消耗大量CPU的复杂多表连接查询突然激增,或是新功能上线带来的“写入风暴”——会瞬间推高数据库负载。随着资源利用率飙升,查询延迟增加,请求开始超时。而后续涌入的重试流量,又会进一步加剧负载,形成一个自我强化的恶性循环,最终导致ChatGPT与API服务性能严重下降。

    尽管PostgreSQL在处理读负载时扩展性良好,但在高写入流量期间,挑战依然严峻。这很大程度上源于其多版本并发控制(MVCC)的实现机制。简单来说,当一个查询需要更新某一行甚至其中一个字段时,PostgreSQL会复制整行数据以创建新版本。在高写入负载下,这种机制会导致显著的写入放大。同时,查询为了找到最新数据,可能需要扫描多个旧版本(即“死元组”),这又带来了读取放大。此外,MVCC还会引发表与索引膨胀、增加索引维护开销,并使自动清理(VACUUM)的调优变得复杂。

    将PostgreSQL扩展至每秒数百万次查询

    为了缓解上述限制、减轻主库的写入压力,团队采取了一个清晰的策略:将那些可以水平分片的写入密集型工作负载,逐步迁移至像Azure Cosmos DB这样的分片系统中。同时,优化应用逻辑,尽可能减少非必要的写入操作。作为一项纪律,新的工作负载默认不再使用当前的PostgreSQL部署,而是转向分片系统。

    即便基础设施在不断演进,PostgreSQL本身仍保持未分片状态,由单个主实例处理所有写入。这背后的主要考量是成本与复杂性:对现有庞杂的应用工作负载进行分片改造,意味着需要修改数百个应用端点,其工程复杂度和耗时可能长达数月甚至数年。考虑到当前工作负载以读取为主,且已实施了大量优化,现有架构仍有充足的余量来支持流量持续增长。虽然未来不排除对PostgreSQL进行分片的可能性,但鉴于当前的扩展空间,这并非近期的优先事项。

    那么,具体是如何应对挑战,并将PostgreSQL的查询处理能力推向每秒数百万次呢?以下将深入探讨几个关键的优化方向。

    为主库负载减负

    挑战: 单一写入节点是单主架构的天然瓶颈,无法横向扩展写入能力。剧烈的写入峰值可能迅速压垮主库,进而波及其支撑的所有服务。

    解决方案: 核心思路是尽一切可能为主库“瘦身”。读取流量被最大限度地分流到只读副本。然而,部分读查询因其属于写事务的一部分而必须留在主库执行,对于这类查询,确保其高效运行、避免慢查询至关重要。在写入侧,可分片的写入负载已迁移至分片系统。对于那些更难分片但仍产生高写入的负载,迁移工作仍在持续进行。此外,团队积极优化应用以减少写入,例如修复导致冗余写入的程序缺陷,在适当场景引入延迟写入以平滑流量峰值。在进行大规模数据回填等操作时,也会强制执行严格的速率限制,防止产生过度的写入压力。

    查询优化

    挑战: 系统中存在一些高开销查询,过去,一旦这类查询的流量激增,便会大量挤占CPU资源,导致服务延迟甚至中断。

    解决方案: 经验表明,少数几个高开销查询(尤其是涉及复杂多表连接的查询)就足以引发严重的服务劣化。因此,持续优化PostgreSQL查询、避免常见的OLTP反模式是一项必须坚持的工作。例如,团队曾定位到一个连接了12张表的极高开销查询,它的流量峰值正是过去几次高严重性服务事件的元凶。教训是深刻的:应尽可能避免复杂的多表连接。如果连接不可避免,可以考虑将查询拆分,将复杂的连接逻辑移至应用层处理。许多有问题的查询由对象关系映射(ORM)框架自动生成,因此仔细审查其生成的SQL是否符合预期,是开发中的必要环节。另外,PostgreSQL中长时间运行的空闲事务也会带来问题,配置如 idle_in_transaction_session_timeout 这样的超时参数,对于防止其阻塞关键的自动清理进程至关重要。

    缓解单点故障

    挑战: 读副本故障时,流量可以重新路由。但依赖单一写入节点意味着存在一个明显的单点故障——一旦主库宕机,所有写入操作都将中断。

    解决方案: 幸运的是,大多数关键请求仅涉及读操作。为了缓解主库的单点故障风险,团队将这些读查询彻底从主库卸载到副本。这样,即使主库发生故障,这些只读请求仍可继续得到服务。虽然写操作会失败,但影响范围已被大幅缩小,通常不再构成最高级别的事故。

    为了进一步减轻主库故障的影响,生产环境以高可用(HA)模式运行主库,并配备一个热备副本(保持同步、可随时接管流量)。当主库需要下线维护或发生意外宕机时,可以快速将备用副本提升为主库,最大限度减少停机时间。Azure PostgreSQL团队为此做了大量工作,确保即使在极高负载下,故障转移也能安全可靠。对于读副本故障,策略是在每个区域部署多个副本,并预留充足的容量余量,确保单个副本的失效不会导致整个区域的服务中断。

    工作负载隔离

    挑战: 经常遇到某些特定请求消耗不成比例资源的情况,导致同一数据库实例上的其他工作负载性能下降。例如,一个新上线的功能可能引入低效查询,大量消耗PostgreSQL的CPU,从而拖慢其他关键功能的请求。

    解决方案: 团队在全球多个地理区域运行了近50个读副本以降低延迟。然而,在当前架构下,主库必须向每一个副本流式传输预写日志(WAL)。尽管目前通过使用超大型实例类型和高网络带宽尚能良好应对,但无限制地添加副本最终会压垮主库。为此,团队正与Azure PostgreSQL团队合作开发级联复制方案。简单来说,就是让中间副本充当“中继站”,将WAL日志传递给下游副本。这种方法有望将副本数量扩展到上百个,而不会让主库不堪重负。当然,这也会引入额外的运维复杂性,尤其是在故障转移的管理上。该功能目前仍在测试中,团队计划在确保其足够健壮并能安全进行故障转移后,再将其部署到生产环境。

    本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系bd@zhengruan.com
    作者最新文章
    硬件相关
    相关文章 更多
    精品专题 更多
    装机必备

    正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

    Windows

    正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

    PDF教程

    正软商城PDF教程频道提供PDF编辑、转换、合并、拆分、压缩及格式处理方法,同时介绍常用PDF软件和工具的使用技巧。

    macOS软件

    正软商城macOS软件专区,精选适用于Mac电脑的办公、设计、影音、效率、开发和系统工具,提供软件功能介绍、macOS兼容版本、正版授权及购买下载服务。

    IOS软件

    正软商城iOS软件专区,精选适用于iPhone和iPad的办公、学习、影音、设计、效率及AI应用,提供功能介绍、适用设备、系统要求和正版获取方式等信息。

    AI

    正软商城AI软件专区,汇集AI写作、AI绘画、AI视频、AI办公、AI编程、AI翻译、智能客服和数据分析等人工智能工具,提供功能介绍、适用平台、收费方式及正版购买信息。

    Mac软件 更多
    Postman macOS版
    Postman macOS版

    Postman是一套面向API全生命周期的开发与测试平台,可在Mac上发送和调试多种协议请求,管理集合、环境及认证信息,并完成脚本测试、模拟服务、监控、文档发布和团队协作。它适合开发、测试及运维人员使用,提供个人免费方案。

    Docker Desktop macOS版
    Docker Desktop macOS版

    Docker Desktop 是 Docker 官方为 Mac 提供的容器开发环境,集成 Docker Engine、命令行工具、Compose、Build、Kubernetes 与图形化管理界面。

    Android Studio macOS版
    Android Studio macOS版

    Android Studio 是 Google 面向安卓应用开发提供的官方集成开发环境,基于 IntelliJ IDEA 构建。它整合智能代码编辑、Gradle 构建、界面预览、设备模拟、性能分析、调试测试及 APK 分析等工具。

    Xcode macOS版
    Xcode macOS版

    Xcode 是苹果面向 Mac 提供的官方集成开发环境,将代码编辑、项目构建、SwiftUI 实时预览、设备模拟、自动化测试、断点调试、性能分析和应用分发整合在同一套工作流中,适合开发与维护 iPhone、iPad、Mac、Apple Wa

    JetBrains WebStorm macOS版
    JetBrains WebStorm macOS版

    JetBrains WebStorm 是面向 JavaScript、TypeScript 和现代 Web 技术的专业集成开发环境,可智能理解项目结构,提供代码补全、重构、错误检查、运行调试、测试及 Git 工具。

    PhpStorm macOS版
    PhpStorm macOS版

    PhpStorm 是 JetBrains 推出的专业 PHP 集成开发环境,可在 Mac 上完成代码编写、智能检查、重构、调试、测试和数据库管理。它支持主流 PHP 框架、Composer、Git、Docker 与远程解释器。

    JetBrains PyCharm macOS版
    JetBrains PyCharm macOS版

    JetBrains PyCharm 是面向 Python 开发者的集成开发环境,提供智能补全、代码检查、重构、调试、测试、版本控制及虚拟环境管理功能。Mac 版兼容 Intel 与 Apple 芯片,核心功能可免费使用。

    JetBrains IntelliJ IDEA macOS版
    JetBrains IntelliJ IDEA macOS版

    IntelliJ IDEA 是 JetBrains 推出的专业集成开发环境,重点服务于 Java、Kotlin 与 JVM 项目开发。软件集成代码补全、静态检查、重构、调试、测试、版本控制及构建工具,并可借助插件扩展语言和框架支持。

    Visual Studio Code macOS版
    Visual Studio Code macOS版

    Visual Studio Code 是微软提供的免费代码编辑器,支持 macOS,并为 Intel 与 Apple 芯片 Mac 提供适配版本。软件集代码编辑、调试、Git 源代码管理、集成终端和扩展市场于一体。

    REAPER macOS版
    REAPER macOS版

    REAPER是Cockos开发的数字音频工作站,提供多轨音频与MIDI录制、剪辑、处理、混音和母带制作工具。Mac版兼容Intel与Apple芯片,支持AU、VST、VST3、CLAP等插件格式,并提供高度可定制的工作流程。

    Adobe Audition macOS版
    Adobe Audition macOS版

    Adobe Audition 是面向播客、影视后期、音乐制作及内容创作者的专业音频工作站,提供波形精修、多轨录制与混音、频谱编辑、降噪修复、响度匹配和效果处理工具,并可与 Adobe Premiere 协同完成视频声音制作。

    Pro Tools macOS版
    Pro Tools macOS版

    Pro Tools 是 Avid 推出的专业数字音频工作站,覆盖多轨录音、无损剪辑、MIDI 编曲、插件处理、自动化混音及声音与画面同步等工作。它拥有 Intro、Artist、Studio 和 Ultimate 等方案。

    WINDOWS 更多
    Postman Windows版
    Postman Windows版

    Postman 是面向 API 全生命周期的开发与协作平台。Windows 桌面版可用于构建和发送 HTTP、GraphQL、gRPC、WebSocket、MQTT 等请求,并提供环境变量、集合、脚本测试、模拟服务、监控、文档及团队工作区等

    Docker Desktop Windows版
    Docker Desktop Windows版

    Docker Desktop 为 Windows 开发者提供集成式容器环境,内置 Docker Engine、命令行工具、Compose、Build 与 Kubernetes 等组件,可在本机完成镜像构建、容器运行、日志查看和资源管理。

    Android Studio Windows版
    Android Studio Windows版

    Android Studio 是 Google 面向 Android 应用开发提供的官方集成开发环境,以 IntelliJ IDEA 为基础,集成智能代码编辑、Gradle 构建、设备模拟、界面预览、调试测试及性能分析工具,

    JetBrains WebStorm Windows版
    JetBrains WebStorm Windows版

    WebStorm 是 JetBrains 面向 JavaScript、TypeScript 和现代 Web 技术打造的集成开发环境。它提供项目级代码分析、智能补全、安全重构、导航搜索,并集成调试、测试、终端、Git 与常用前端工具,

    JetBrains PhpStorm Windows版
    JetBrains PhpStorm Windows版

    PhpStorm 是 JetBrains 面向 PHP 与现代 Web 开发打造的专业集成开发环境,提供代码补全、静态检查、重构、调试、测试、数据库、版本控制及前端语言支持。Windows 用户可直接下载安装程序,

    JetBrains PyCharm Windows版
    JetBrains PyCharm Windows版

    PyCharm 是 JetBrains 推出的 Python 集成开发环境,提供智能代码补全、错误检查、重构、调试、测试、Git、终端及 Jupyter Notebook 支持。统一版安装后可体验 30 天 Pro 功能,

    JetBrains IntelliJ IDEA Windows版
    JetBrains IntelliJ IDEA Windows版

    JetBrains IntelliJ IDEA 是以 Java、Kotlin 和 JVM 项目为核心的专业集成开发环境,提供智能补全、代码检查、安全重构、调试、测试、版本控制及构建工具集成。统一发行版的核心功能可免费用于商业和非商业项目,

    Visual Studio Code Windows版
    Visual Studio Code Windows版

    Visual Studio Code 是微软推出的免费代码编辑器,Windows 版集成智能补全、代码导航、调试、终端和版本控制,并可通过扩展添加语言、格式化及远程开发能力。它启动较快、配置灵活,

    REAPER Windows版
    REAPER Windows版

    REAPER 是 Cockos 推出的数字音频工作站,适用于录音、MIDI 编曲、音频编辑、混音、母带制作及声音设计。软件安装包小巧,支持多轨录制、灵活路由、自动化、第三方插件和脚本扩展,并提供完整功能的 60 天免费评估期。

    Adobe Audition Windows版
    Adobe Audition Windows版

    Adobe Audition 是面向播客、影视后期、广播与音乐制作的专业音频工作站,提供波形编辑、多轨混音、频谱分析、录音、降噪修复和效果处理等功能。Windows 版通过 Adobe Creative Cloud 安装和管理,

    Pro Tools Windows版
    Pro Tools Windows版

    Pro Tools 是 Avid 推出的专业数字音频工作站,提供多轨录音、音频剪辑、MIDI编曲、插件处理、自动化混音及影视声音制作能力。它适合音乐人、录音师、制作人和音频后期团队使用,并提供免费入门版、订阅方案及永久授权选择。

    Cubase Windows版
    Cubase Windows版

    Cubase 是 Steinberg 推出的数字音频工作站,提供 MIDI 编曲、多轨录音、音频编辑、虚拟乐器、效果处理、自动化、混音和母带输出工具。其 Pro、Artist 与 Elements 版本面向不同预算和制作规模,