GCP-108：Cloud SQL 入門——托管關聯式資料庫完全指南

前言

要在雲端跑關聯式資料庫，Cloud SQL 通常是 GCP 上的第一選擇。它是全托管（Full Managed）的，你不用管作業系統、打 patch、排備份，只要建好執行個體、設好連線，剩下就跟操作本地資料庫差不多。

這篇是 GCP 入門系列第 3 課，從零帶你認識 Cloud SQL 的核心概念、定價怎麼算，還有實際怎麼操作。

什麼是 Cloud SQL？

Cloud SQL 是 GCP 提供的全托管關聯式資料庫服務（Fully Managed RDBMS），支援三種資料庫引擎：

引擎	支援版本
MySQL	8.0、8.4
PostgreSQL	14、15、16、17
SQL Server	2019 Standard/Enterprise/Express/Web、2022 Standard/Enterprise

所謂「全托管」，就是這些都由 Google 幫你扛：

作業系統更新與安全修補
資料庫引擎升級（可排程）
自動備份
儲存空間自動擴充
高可用配對（HA）

你要顧的只剩下：Schema、使用者帳號、查詢最佳化、應用程式連線。

版本選型建議

MySQL

8.4：目前最新長期支援版（LTS），適合新專案；相較 8.0 預設值更安全、移除舊有已棄用功能，並支援 EXPLAIN ANALYZE（自 8.0.18 起）
8.0：最廣泛使用版本，生態系相容性最好

不再支援 MySQL 5.7（已 EOL）

PostgreSQL

17：最新版，支援 MERGE 完整語法、更好的 JSON 路徑查詢
16：穩定選擇，大量新功能（邏輯複寫增強、並行查詢改善）
14、15：舊系統遷移用

建議新專案直接用 PostgreSQL 16 或 17

執行個體類型（Machine Type）

Cloud SQL 使用 Shared core（共享核心） 和 Dedicated core（專用核心） 兩大類型：

Shared Core（入門/測試用）

類型	vCPU	記憶體	備注
`db-f1-micro`	0.2	0.6 GB	無 SLA，不適用生產環境
`db-g1-small`	0.5	1.7 GB	無 SLA，不適用生產環境

⚠️ 重要：db-f1-micro 和 db-g1-small 不提供 SLA，只適合開發、測試、非關鍵工作負載。

Dedicated Core（生產環境）

系列	格式	特性
Enterprise	`db-n1-`, `db-n2-`	標準生產等級，99.95% SLA
Enterprise Plus	`db-perf-optimized-N-*`	高效能，99.99% SLA，SSD 資料快取（Data Cache，本地 SSD）

Enterprise Plus 適合：

低延遲要求（< 1ms）
讀取密集型工作負載
需要 99.99% SLA 的關鍵系統

高可用架構（HA）

Cloud SQL HA 採用**區域內主備（Regional HA）**設計，使用 Regional Persistent Disk 實現資料同步：

┌──────────────────────────────────────┐
│          us-central1 (Region)        │
│                                      │
│  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐  │
│  │  Primary     │  │  Standby     │  │
│  │  (Zone A)    │  │  (Zone B)    │  │
│  └──────┬───────┘  └──────┬───────┘  │
│         │                 │           │
│         └────────┬────────┘           │
│                  │                    │
│    ┌─────────────▼────────────┐       │
│    │  Regional Persistent Disk│       │
│    │ (兩個 Zone 各一份，同步複寫) │       │
│    └──────────────────────────┘       │
└──────────────────────────────────────┘

關鍵特性：

使用 Regional Persistent Disk，將寫入同步複寫到兩個 Zone 各自的磁碟，交易必須在兩個 Zone 的磁碟都寫入才算 commit（因此會有同步複寫的延遲，regional disk 的寫入延遲高於 zonal disk）
故障切換（Failover）時間：約 60 秒
備用節點不對外提供讀取服務（與 RDS Multi-AZ 類似）
啟用 HA 後費用約 2 倍（primary + standby）

啟用 HA：

# 建立時啟用
gcloud sql instances create my-db \
  --database-version=POSTGRES_16 \
  --tier=db-n2-standard-2 \
  --region=us-central1 \
  --availability-type=REGIONAL  # 預設是 ZONAL（無 HA）

連線方式

方式一：Cloud SQL Auth Proxy（推薦）

Cloud SQL Auth Proxy 是 Google 提供的本地代理程式，會用 IAM 驗證幫你開一條加密隧道：

# 下載 Auth Proxy
curl -o cloud-sql-proxy \
  https://storage.googleapis.com/cloud-sql-connectors/cloud-sql-proxy/v2.14.1/cloud-sql-proxy.linux.amd64

# 啟動代理
./cloud-sql-proxy \
  --port=5432 \
  PROJECT_ID:REGION:INSTANCE_NAME

應用程式連線：

Host: 127.0.0.1
Port: 5432
User: app-user
Password: ****
Database: mydb

優點：

自動加密（TLS）
使用 IAM 驗證，不需要開防火牆規則
支援 Unix socket（效能更好）

方式二：Private Service Connect（新推薦）

Private Service Connect (PSC) 是現在 Google 最推薦的私有連線方式，用來取代舊的 VPC Peering（Private IP）：

# 建立支援 PSC 的 Cloud SQL 執行個體
gcloud sql instances create my-db \
  --database-version=MYSQL_8_0 \
  --tier=db-n2-standard-2 \
  --region=us-central1 \
  --no-assign-ip \
  --enable-private-service-connect \
  --allowed-psc-projects=PROJECT_ID

PSC vs. VPC Peering 比較：

特性	Private Service Connect	VPC Peering
路由衝突	無（獨立 IP）	可能衝突
跨專案	支援	複雜
安全性	更高（單向存取）	雙向
建議程度	✅ 推薦	逐漸淘汰

方式三：Public IP + Authorized Networks

設定最簡單，但安全性也最差。你得在「授權網路」裡加上 IP 白名單：

gcloud sql instances patch my-db \
  --authorized-networks=203.0.113.10/32

⚠️ 生產環境不建議使用 Public IP，除非搭配 Cloud SQL Auth Proxy。

使用者與資料庫管理

# 建立資料庫
gcloud sql databases create mydb --instance=my-db

# 建立使用者（MySQL）
gcloud sql users create app-user \
  --instance=my-db \
  --password=SecurePassword123!

# 建立使用者（PostgreSQL，使用 Cloud IAM 驗證）
gcloud sql users create "sa-name@project.iam" \
  --instance=my-db \
  --type=cloud_iam_service_account

# 列出所有使用者
gcloud sql users list --instance=my-db

# 連線到資料庫（透過 Cloud Shell）
gcloud sql connect my-db --user=app-user --database=mydb

備份策略

自動備份（Automated Backups）

# 設定自動備份（每天凌晨 2 點，保留 7 天）
gcloud sql instances patch my-db \
  --backup-start-time=02:00 \
  --retained-backups-count=7

預設行為：

每天自動備份
保留 7 份（可設定 1~365）
存在 Google 管理的儲存空間

隨選備份（On-Demand Backups）

gcloud sql backups create --instance=my-db

時間點還原（Point-in-Time Recovery, PITR）

PITR 讓你還原到任意時間點（不只是備份時間點）：

# 啟用 PITR（需要先啟用 binlog/WAL）
gcloud sql instances patch my-db \
  --enable-point-in-time-recovery

# 還原到特定時間（PITR 是 clone 出一個新 instance）
gcloud sql instances clone my-db my-db-restored \
  --point-in-time='2026-03-10T12:00:00.000Z'

⚠️ PITR 會佔用額外儲存空間（儲存 transaction log）

儲存與擴充

儲存設定

gcloud sql instances create my-db \
  --storage-size=20GB \           # 初始儲存大小（最小 10GB）
  --storage-type=SSD \            # SSD（建議）或 HDD
  --storage-auto-increase         # 自動增加儲存（建議啟用）

儲存自動增加（--storage-auto-increase）：

當可用空間低於門檻值（約 5 + 容量/25 GB，最大 25GB）時自動擴充
每次擴充量等於門檻值（= 5 + 容量/25，最大 25GB），並非固定 25GB 或按比例取較大值
注意：只能擴充，不能縮小

垂直擴充（修改機器類型）

gcloud sql instances patch my-db \
  --tier=db-n2-standard-4

⚠️ 修改 tier 需要重啟，約有 60 秒停機時間（HA 模式下會自動 failover）

讀取副本（Read Replicas）

讀取副本是用來分散讀取負載的：

# 建立讀取副本（同區域）
gcloud sql instances create my-db-replica \
  --master-instance-name=my-db \
  --region=us-central1

# 建立跨區域讀取副本
gcloud sql instances create my-db-replica-asia \
  --master-instance-name=my-db \
  --region=asia-east1

讀取副本特性：

非同步複寫（可能有延遲）
只能執行 SELECT 查詢
可提升為獨立執行個體（promote-replica）
可從副本建立備份（節省 primary 資源）

定價模式

Cloud SQL 無免費層，費用組成：

費用項目	說明
執行個體費用	依 vCPU + 記憶體計費，按小時
儲存費用	SSD $0.17/GB/月，HDD $0.09/GB/月
備份費用	超過執行個體儲存大小的部分才計費
網路費用	Egress 計費（同 Region 免費）

💡 省錢技巧：不用的測試環境記得停機（gcloud sql instances patch --activation-policy NEVER），停機後只收儲存費用。

與其他 GCP 資料庫服務比較

服務	類型	適用場景
Cloud SQL	托管 RDBMS	傳統 OLTP 應用，MySQL/PostgreSQL/SQL Server
Cloud Spanner	分散式 RDBMS	全球一致性，水平擴展，高吞吐
AlloyDB	PostgreSQL 相容	高效能 PostgreSQL，比 Cloud SQL 快 4x
Firestore	NoSQL 文件型	行動/Web 應用，彈性 Schema
Bigtable	NoSQL 寬欄型	時序資料、IoT，百萬 QPS

選型決策樹：

需要 SQL？
├─ 是 → 需要水平擴展或全球一致性？
│        ├─ 是 → Cloud Spanner
│        └─ 否 → 需要高效能 PostgreSQL？
│                 ├─ 是 → AlloyDB
│                 └─ 否 → Cloud SQL ✅
└─ 否 → 文件型 → Firestore；時序/大量寫入 → Bigtable

ACE 考試重點整理

必背知識點

db-f1-micro 和 db-g1-small 無 SLA，不適合生產環境
HA 使用 Regional Persistent Disk，將資料以區塊層級同步複寫（block-level synchronous replication）到兩個 Zone 的磁碟；寫入需在兩個 Zone 的磁碟都落盤後才回報 commit
連線方式優先順序：Private Service Connect > Auth Proxy > Public IP
**VPC Peering（Private IP）**逐漸被 PSC 取代
PITR 需要啟用 --enable-point-in-time-recovery
儲存只能增加，不能縮小
停機後只收儲存費用（activation-policy NEVER）

常見陷阱題

Q：啟用 HA 後效能如何？ A：standby 節點不提供讀取服務，不會提升效能，只提升可用性。要提升效能需另建讀取副本。

Q：讀取副本和 HA standby 有什麼差別？ A：HA standby 用於故障切換（Failover），使用者無法直接連線；讀取副本可接受讀取流量，是不同資源。

Q：要降低讀取延遲，應該怎麼做？ A：建立同區域讀取副本（低延遲）或跨區域讀取副本（就近存取）。

Q：Cloud SQL 有免費方案嗎？ A：沒有。Cloud SQL 從第一個小時就開始計費。

實戰範例：建立 PostgreSQL 生產環境執行個體

# 建立 PostgreSQL 16 生產執行個體
gcloud sql instances create prod-postgres \
  --database-version=POSTGRES_16 \
  --tier=db-n2-standard-2 \
  --region=asia-east1 \
  --availability-type=REGIONAL \
  --storage-size=50GB \
  --storage-type=SSD \
  --storage-auto-increase \
  --backup-start-time=03:00 \
  --retained-backups-count=14 \
  --enable-point-in-time-recovery \
  --no-assign-ip \
  --enable-private-service-connect \
  --allowed-psc-projects=$(gcloud config get-value project)

# 建立資料庫
gcloud sql databases create appdb --instance=prod-postgres

# 建立應用程式使用者
gcloud sql users create appuser \
  --instance=prod-postgres \
  --password="$(openssl rand -base64 32)"

# 建立讀取副本
gcloud sql instances create prod-postgres-replica \
  --master-instance-name=prod-postgres \
  --region=asia-east1 \
  --tier=db-n2-standard-2

總結

Cloud SQL 是 GCP 上最直接的關聯式資料庫選擇，大多數傳統應用場景都罩得住。重點整理：

選版本：MySQL 8.0/8.4，PostgreSQL 14-17，依應用相容性選擇
選機型：生產環境用 Enterprise 或 Enterprise Plus，測試才用 db-f1-micro
HA 架構：Regional Persistent Disk 共享儲存，切換約 60 秒
連線：優先 Private Service Connect，其次 Auth Proxy
備份：自動備份 + PITR，確保 RTO/RPO 達標

下一課 ACE-209：Cloud Pub/Sub 與事件驅動架構，學習如何用訊息佇列解耦微服務。

資料庫選型系列

課程	服務	適合場景
本課 GCP-108	Cloud SQL	中小型 OLTP、傳統 SQL 應用
GCP-112	Firestore	Mobile/Web App、即時同步
GCP-113	Bigtable	PB 級 IoT/時序、低延遲高吞吐
ACE-211	BigQuery	PB 級分析、BI 報表
ACE-213	Spanner	全球規模 OLTP、強一致性
GCP-115	Memorystore	微秒級快取、Session 管理

📖 延伸閱讀：不確定該選哪個資料庫？參考 GCP 資料庫選型完全指南，用決策樹 5 分鐘找到答案。

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經典架構拆解 · 01 — Netflix 全球串流架構

經典架構拆解 · 02 — Uber 即時派單架構

經典架構拆解 · 03 — Stripe API 冪等性設計

前言

什麼是 Cloud SQL？

版本選型建議

MySQL

PostgreSQL

執行個體類型（Machine Type）

Shared Core（入門/測試用）

Dedicated Core（生產環境）

高可用架構（HA）

連線方式

方式一：Cloud SQL Auth Proxy（推薦）

方式二：Private Service Connect（新推薦）

方式三：Public IP + Authorized Networks

使用者與資料庫管理

備份策略

自動備份（Automated Backups）

隨選備份（On-Demand Backups）

時間點還原（Point-in-Time Recovery, PITR）

儲存與擴充

儲存設定

垂直擴充（修改機器類型）

讀取副本（Read Replicas）

定價模式

與其他 GCP 資料庫服務比較

ACE 考試重點整理

必背知識點

常見陷阱題

實戰範例：建立 PostgreSQL 生產環境執行個體

總結

資料庫選型系列

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Shared Core（入門/測試用）

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方式二：Private Service Connect（新推薦）

方式三：Public IP + Authorized Networks

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自動備份（Automated Backups）

隨選備份（On-Demand Backups）

時間點還原（Point-in-Time Recovery, PITR）

儲存與擴充

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垂直擴充（修改機器類型）

讀取副本（Read Replicas）

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