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

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。

本文内容来源于互联网,如有侵权请联系删除。
作者最新文章
硬件相关
相关文章 更多
精品专题 更多
本月促销

正软商城本月促销专区,汇集办公、设计、安全、影音、系统工具及AI软件等正版软件优惠活动,提供限时折扣、特价授权和优惠购买信息,活动库存及价格以页面实时展示为准。

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。

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。

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。

Mac软件 更多
灵活计算器
灵活计算器

灵活计算器是一款笔记式算数应用,支持实时计算、动态关联和云端同步功能。记录、整理和输出之间的过渡会更自然,适合长期写作、做笔记或持续沉淀个人内容。

赤友清理大师
赤友清理大师

赤友清理大师是一款为 Mac 设计的智能清理优化工具,可精准扫描垃圾、大文件、重复文件等,释放磁盘空间。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

极度公式
极度公式

极度公式是一款跨平台专业LaTeX公式识别编辑软件,支持OCR公式识别和多平台编辑。和使用说明,避免使用,享受完整功能与稳定支持。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

图几
图几

图几是一款适用于 macOS 的截图、标注与美化工具,支持离线操作保障隐私。界面整理和高频系统操作被放到一起考虑,桌面或窗口内容一多时,管理起来会更省心。

密码键盘
密码键盘

密码键盘是一款兼具安全性与便捷性的高效密码管理器。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。

思源笔记
思源笔记

思源笔记是一款本地笔记软件,提供所见即所得的编辑方式,为长文写作带来顺滑的体验。记录、整理和输出之间的过渡会更自然,适合长期写作、做笔记或持续沉淀个人内容。

Office 365 简体中文
Office 365 简体中文

一款文字处理软件,一种订阅式的跨平台办公软件,基于云平台提供多种服务,通过将 Excel 和 Outlook 等应用与 OneDrive 和 Microsoft Teams 等强大的云服务相结合,Office 365 可让任何人使用任何设备随时随地创建和共享内容。

WALTR PRO
WALTR PRO

WALTR是一款电脑至iOS文件传输转换工具,操作简单,快速实现文件识别与传送。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

CodeExpander
CodeExpander

CodeExpander 是一款快捷短语输入增强工具,通过键入缩写自动展开为自定义文段,提升工作效率。任务管理和过程控制会更完整,持续下载、批量同步或需要稳定传输流程的场景会更适合它。

Mountain Duck
Mountain Duck

Mountain Duck 是一款能将多个网盘挂载到本地的工具,像本地磁盘一样使用网盘。清理链路的完整性会更好一些,做应用卸载、残留处理和空间整理时,通常能少走很多手动排查步骤。

Menuist
Menuist

Menuist 是一款面向 macOS 的 Finder 右键菜单增强工具,主要用来补充新建文件、快捷导航等常用操作,让日常文件管理和访问路径时更高效、更顺手。

Mole
Mole

Mole 是一款专为 Mac 设计的深度清理优化工具,涵盖缓存清理、应用管理及实时状态监控等功能。清理链路的完整性会更好一些,做应用卸载、残留处理和空间整理时,通常能少走很多手动排查步骤。

WINDOWS 更多
Windows 10
Windows 10

Windows 10 是一款微软推出的经典操作系统,拥有硬件兼容性与多任务处理能力。它更偏向把系统状态查看和常用调节动作放在一起,适合需要持续观察和微调设备状态的场景。

极度公式
极度公式

极度公式是一款跨平台专业LaTeX公式识别编辑软件,支持OCR公式识别和多平台编辑。和使用说明,避免使用,享受完整功能与稳定支持。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

密码键盘
密码键盘

密码键盘是一款兼具安全性与便捷性的高效密码管理器。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。

思源笔记
思源笔记

思源笔记是一款本地笔记软件,提供所见即所得的编辑方式,为长文写作带来顺滑的体验。记录、整理和输出之间的过渡会更自然,适合长期写作、做笔记或持续沉淀个人内容。

傲梅轻松备份
傲梅轻松备份

傲梅轻松备份是一款专业易用的数据备份软件,为重要数据提供安全保障。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。

Office 365 简体中文
Office 365 简体中文

一款文字处理软件,一种订阅式的跨平台办公软件,基于云平台提供多种服务,通过将 Excel 和 Outlook 等应用与 OneDrive 和 Microsoft Teams 等强大的云服务相结合,Office 365 可让任何人使用任何设备随时随地创建和共享内容。

Wise Folder Hider Pro
Wise Folder Hider Pro

Wise Folder Hider Pro 是一款专业级文件和文件夹隐藏加密软件,为私密数据添加多重保护。高频操作更强调就近处理,浏览、整理和跨目录移动文件时,来回切换和重复点击都会少很多。

WALTR PRO
WALTR PRO

WALTR是一款电脑至iOS文件传输转换工具,操作简单,快速实现文件识别与传送。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

CodeExpander
CodeExpander

CodeExpander 是一款快捷短语输入增强工具,通过键入缩写自动展开为自定义文段,提升工作效率。任务管理和过程控制会更完整,持续下载、批量同步或需要稳定传输流程的场景会更适合它。

PinStack
PinStack

PinStack是一款轻量级的Windows平台剪贴板管理工具,优化您的剪贴板使用体验。它更偏向把系统状态查看和常用调节动作放在一起,适合需要持续观察和微调设备状态的场景。

Mountain Duck
Mountain Duck

Mountain Duck 是一款能将多个网盘挂载到本地的工具,像本地磁盘一样使用网盘。清理链路的完整性会更好一些,做应用卸载、残留处理和空间整理时,通常能少走很多手动排查步骤。

Seer
Seer

Seer是一款在Win平台下的空格键功能增强效率工具,只需轻敲空格键,就能预览几乎任何格式的文件。它更适合把零散的小功能集中起来使用,处理高频琐碎任务时会更省事。