从零搭建 PlanetScale：基础设施篇

原文来源：Let's Build PlanetScale from Scratch: Infrastructure — 用 Ceph RBD 的写时复制（COW）功能，在自家服务器上搭建类似 PlanetScale 的数据库分支服务

数据库分支——像 Git 分支一样创建数据库副本——是 PlanetScale 最让人印象深刻的功能。开发者可以秒级创建一个完整数据库的独立副本，在上面改 schema、跑迁移，用完就删，完全不影响主库。

但 PlanetScale 是商业产品，不开源。如果你想在自己的服务器上搭一套类似的呢？

这就是 Homescale 项目在做的事：用 Ceph RBD 的写时复制（Copy-on-Write）和 Kubernetes 编排，从零搭建一套数据库分支系统。

核心思路：把 Docker 的镜像/容器模型搬到数据库上

Homescale 的核心抽象借鉴了 Docker：

• Image（镜像） — 一个不可变的数据库快照，相当于启动起点
• Container（容器） — 从镜像创建的可写数据库实例
• Branch（分支） — 从现有容器当前状态创建的新可写实例

这套模型是数据库无关的——只要数据库引擎把持久化状态保存在块存储文件系统上，就能工作。引擎特定的初始化、恢复和快照逻辑由 adapter 处理。

最终用户的操作流程大概是这样：

homescale image create --engine postgres postgres-base
homescale container create --image postgres-base dev-db
homescale container connect dev-db
 
homescale branch create --container dev-db feature-login
homescale container connect feature-login

存储架构：计算与存储分离

关键架构决策是把存储和计算分开。数据库进程读写的是一个块设备上的文件系统，这个块设备的生命周期独立于进程。

分支发生在存储层，数据库引擎完全不知道自己在被分支。这避免了引擎级的分支逻辑——不需要懂 Postgres 或 MySQL 的内部机制。

写时复制（COW）

写时复制是实现高效克隆的关键：

• 新容器初始时与父容器共享所有数据
• 写入的数据只存储在子容器中
• 未修改的数据仍然从父容器读取

一个 100GB 的数据库创建分支时，不需要复制任何数据——只需要元数据和后续差异部分的存储空间。

postgres-base (image) → dev-db (writable) → dev-db@feature-login (snapshot) → feature-login (writable)

Ceph RBD 实现

在块存储层，Ceph 的 RADOS Block Device（RBD） 提供了所需的所有原语。

RBD 镜像是分布在 RADOS 对象上的虚拟块设备（默认每个对象 4MB）。三个关键操作：

1. Snapshot（快照） — RBD 镜像的只读时间点视图
2. Clone（克隆） — 引用快照不可变数据的可写 RBD 镜像（Ceph 称之为 snapshot layering）
3. Protect（保护） — 快照被克隆后，需要保护防止被意外删除

直接操作 RBD 的流程：

rbd snap create homescale/dev-db@feature-login
rbd snap protect homescale/dev-db@feature-login
rbd clone homescale/dev-db@feature-login homescale/feature-login

在 Homescale 中，这整个序列被抽象成一条 homescale branch create 命令。

Ceph 架构速览

Ceph 的对象存储层（RADOS）通过在 OSD（每个磁盘对应一个 OSD）上分布对象来实现高可用。对象 → 归置组（Placement Groups）→ OSD，没有中央对象表。Pool 定义了复制策略（副本数和 CRUSH 规则）。

Kubernetes 控制平面

Homescale 不直接管理进程或挂载点。它通过 Kubernetes 资源抽象所有操作：

• PVC（PersistentVolumeClaim）— 声明存储
• VolumeSnapshot — Kubernetes 的快照 API
• StorageClass — 定义存储后端

整个技术栈：

Homescale CLI → Homescale API → Kubernetes (PVCs, VolumeSnapshots)
                              → Ceph CSI → RBD 操作
                              → Rook → Ceph 守护进程

其中 Ceph CSI 将 Kubernetes 存储资源转换为 RBD 操作，Rook 负责运维 Ceph 集群（管理 CephCluster、CephBlockPool、OSD）。

部署规模

Homescale 的 operator 使用相同的 reconciliation 逻辑，无论在什么规模下部署。

下一步：构建核心服务

基础设施层搭建完成后，接下来需要构建 Homescale 的实际服务：

1. API — 接收 CLI 请求并协调资源
2. Controllers — 管理数据库实例的生命周期
3. Postgres Adapter — 初始化 Postgres 卷 → 捕获为不可变 VolumeSnapshot → 克隆快照 → 启动 Postgres → 返回连接信息

整个分支流程：

1. 准备源容器进行快照（确保数据一致性）
2. 创建中间状态快照
3. 记录沿袭关系
4. 启动新的可写容器

适合谁读

这篇文章适合对以下内容感兴趣的开发者：

• 了解 PlanetScale 分支功能的内部原理
• 想在自己的基础设施上搭建类似服务
• 对 Ceph RBD 和 Kubernetes VolumeSnapshot 的实际应用感兴趣
• 正在设计数据库即服务（DBaaS）平台

参考

• Homescale 项目
• Ceph RBD Snapshot Layering
• Kubernetes VolumeSnapshot
• Rook Ceph Operator