一、单机部署TiDB的适用场景与优势

TiDB作为一款开源的分布式HTAP数据库，通常以集群形式运行以提供高可用和水平扩展能力。但在开发测试、个人学习或轻量级业务场景中，单机部署能够以更低的资源成本快速验证功能。单机模式通过将PD、TiKV、TiDB等核心组件部署在同一节点，简化了网络配置和运维复杂度，尤其适合以下场景：

1. 开发环境搭建：开发者可在本地快速构建与生产环境兼容的数据库服务，避免依赖云端资源。
2. 功能验证与测试：在CI/CD流水线中集成单机版TiDB，进行单元测试或性能基准测试。
3. 边缘计算场景：资源受限的物联网设备或嵌入式系统需要轻量级数据库支持。
4. 教学与演示：高校课程或技术分享中，通过单机版展示TiDB的核心特性。

相较于集群部署，单机版无需配置多节点网络、负载均衡和分布式共识算法，但需注意其局限性：数据可靠性依赖本地存储，无法实现故障自动转移，且性能受限于单机硬件资源。

二、环境准备与依赖安装

1. 硬件与操作系统要求

• 硬件配置：建议至少4核CPU、16GB内存、100GB磁盘空间（SSD更佳）。
• 操作系统：支持Linux（CentOS 7+/Ubuntu 18.04+）和macOS（通过Docker）。
• 网络要求：开放默认端口（2379/PD, 20160/TiKV, 4000/TiDB）。

2. 依赖项安装

（1）Docker与Docker Compose

单机部署推荐使用Docker容器化方案，避免直接操作系统服务。以Ubuntu为例：

# 安装Docker
sudo apt update
sudo apt install -y docker.io
sudo systemctl enable --now docker
# 安装Docker Compose
sudo curl -L "https://github.com/docker/compose/releases/download/v2.20.2/docker-compose-$(uname -s)-$(uname -m)" -o /usr/local/bin/docker-compose
sudo chmod +x /usr/local/bin/docker-compose

（2）系统参数调优

修改/etc/sysctl.conf以优化内核参数：

vm.swappiness=0
net.core.somaxconn=32768
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=16384
fs.file-max=1000000

应用配置：

sudo sysctl -p

三、单机部署TiDB的详细步骤

1. 使用TiUP快速部署（推荐）

TiUP是TiDB官方提供的集群管理工具，支持单机模式：

# 安装TiUP
curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://tiup-mirrors.pingcap.com/install.sh | sh
source ~/.bashrc
# 创建单机部署配置文件
cat > tidb-single.yaml <<EOF
global:
  user: "tidb"
  ssh_port: 22
  deploy_dir: "/tidb-deploy"
  data_dir: "/tidb-data"
server_configs:
  tidb:
    log.slow-threshold: 300
  tikv:
    rocksdb.max-background-jobs: 8
  pd:
    schedule.leader-schedule-limit: 4
pd_servers:
  - host: 127.0.0.1
tidb_servers:
  - host: 127.0.0.1
tikv_servers:
  - host: 127.0.0.1
    port: 20160
    status_port: 20180
    config:
      server.grpc-concurrency: 4
      rocksdb.write-buffer-size: "128MB"
monitoring_servers:
  - host: 127.0.0.1
grafana_servers:
  - host: 127.0.0.1
EOF
# 执行部署
tiup cluster deploy tidb-single v7.1.0 ./tidb-single.yaml --user root -p
tiup cluster start tidb-single

2. Docker Compose部署方案

对于快速验证场景，可使用官方提供的Docker Compose模板：

version: '3'
services:
  pd:
    image: pingcap/pd:v7.1.0
    ports:
      - "2379:2379"
    volumes:
      - ./pd_data:/data
    command: --name=pd --data-dir=/data --client-urls=http://0.0.0.0:2379
  tikv:
    image: pingcap/tikv:v7.1.0
    ports:
      - "20160:20160"
    volumes:
      - ./tikv_data:/data
    command: --addr=0.0.0.0:20160 --data-dir=/data --pd=http://pd:2379
    depends_on:
      - pd
  tidb:
    image: pingcap/tidb:v7.1.0
    ports:
      - "4000:4000"
    command: --store=tikv --path=http://pd:2379
    depends_on:
      - tikv

启动服务：

docker-compose up -d

四、部署后验证与优化

1. 连接测试与基础操作

使用MySQL客户端连接TiDB：

mysql -h 127.0.0.1 -P 4000 -u root -p

执行基础SQL验证服务：

CREATE DATABASE testdb;
USE testdb;
CREATE TABLE users (id INT PRIMARY KEY, name VARCHAR(50));
INSERT INTO users VALUES (1, 'TiDB User');
SELECT * FROM users;

2. 性能调优建议

• 内存配置：修改tikv.toml中的rocksdb.block-cache-size（建议为可用内存的40%）。
• 并发参数：调整tidb.toml中的prepared-plan-cache.capacity以提升重复查询性能。
• 日志级别：生产环境建议将log-level设为info，开发环境可使用debug。

3. 常见问题排查

现象	可能原因	解决方案
TiKV启动失败	端口冲突	检查`netstat -tulnp	grep 20160`
连接超时	防火墙限制	关闭防火墙或开放端口
查询卡顿	磁盘I/O瓶颈	更换SSD或调整rocksdb.rate-limiter-agility

五、单机版升级与数据迁移

当需要升级到集群版本时，可通过以下步骤迁移数据：

1. 使用dumpling导出数据：

   tiup dumpling -h 127.0.0.1 -P 4000 -u root -o /backup

2. 在集群环境中使用tidb-lightning导入数据。

六、总结与最佳实践

单机部署TiDB为开发测试提供了高效便捷的解决方案，但需注意：

1. 数据备份：定期使用mydumper备份数据，避免节点故障导致数据丢失。
2. 资源监控：通过Grafana监控面板观察CPU、内存和磁盘使用情况。
3. 版本管理：使用tiup list tidb查看可用版本，保持与生产环境一致。

通过合理配置和调优，单机版TiDB可在资源受限环境下提供接近生产环境的体验，为数据库开发和验证工作提供有力支持。