Введение
Резидентные базы данных (или хранилища в памяти) по большей части делают упор на хранилище данных в памяти, а не на жесткий диск или SSD. Система управления базами данных стремиться ускорить процесс выполнения запросов за счет обращения к памяти вместо диска, что, в свою очередь, влечет за собой более быстрый отклик.
В данной статье представлен комплексный обзор на резидентные базы данных.
Что такое резидентная база данных?
Резидентная база данных – это разновидность баз данных, которая в качестве основного хранилища данных использует энергозависимую память (чаще всего оперативную память или Intel Optane). По своей задуе хранилища памяти обеспечивают минимальное время отклика и большую задержку. Резидентные базы данных исключают время, которое затрачивается на запрос данных с диска, и отвечают на запросы в режиме реального времени.
Однако, поскольку эта память является энергозависимой, такие базы данных очень чувствительны к сбоям и простоям. Стоит ее только отключить, как все данные будут потеряны. Существуют различные механизмы ведения журналов и комбинированные методы моделирования, которые способны решить этот вопрос и обеспечить поддержку постоянного хранения данных в базе.
Как работает резидентная база данных?
Все данные и инструкции для резидентной базы данных находятся в основной памяти, как правило, оперативной. Такой подход сокращает число запросов на ввод-вывод к диску и увеличивает общую скорость работы базы данных. Данные, хранящиеся в памяти, позволяют обеспечить прямой доступ к информации и значительно сократить время, затрачиваемое на запрос данных.
Резидентные базы данных хранят данные в основной памяти с помощью специальных структур данных. Данные можно использовать сразу же, не прибегая к таким вещам, как преобразование, кэширование или сжатие информации на диске. При создании типов данных учитывалась масштабируемость.
Все резидентные базы данных поддерживают ACID-транзакции (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability – атомарность, согласованность, изолированность, надежность) с дополнительными хитростями, которые обеспечивают надежность и предотвращают потерю данных в случае сбоя.
Преимущества и недостатки резидентных баз данных
У резидентных баз данных есть как преимущества, так и недостатки. Проанализировав все плюсы и минусы таких баз данных, можно с легкость определить, когда их лучше использовать, а когда не стоит.
Ниже представлен небольшой список преимуществ и недостатков использования резидентной базы данных.
Преимущества
Вот некоторые преимущества, которые вы получите, используя резидентную базу данных:
- Скорость выполнения операций. Скорость выполнения операций чтения/записи – это самое очевидное преимущество использования резидентной базы данных. Так как база данных не использует дисковый накопитель, есть возможность использовать дополнительные методы оптимизации, например, параллельное выполнение операций.
- Получение аналитической информации в режиме реального времени. Встроенные инструменты аналитики обеспечивают проведение мгновенной бизнес-аналитики, формирования отчетов и оповещений, позволяя тем самым изучать данные и принимать на их основе бизнес-решения быстрее и чаще.
- Одновременная поддержка OLAP и OLTP. Резидентные базы данных устраняют задержки передачи данных между транзакциями и аналитической обработкой данных. База данных поддерживает как структурированные, так и неструктурированные данные, что позволяет удовлетворить потребности современных предприятий, имеющих дело в большими данными.
- Надежность. Резидентные базы данных, по своей задумке, способны справляться с периодами максимальной рабочей нагрузки. Извлечение информации занимает наносекунды, а не миллисекунды, что имеет большое значение при внезапном увеличении трафика.
Недостатки
А вот недостатки, связанные с внедрением резидентной базы данных:
- Риск потери данных. Резидентные базы данных используют энергозависимую память, а, значит, хранилище является временным. Есть риск потерять все данные, хранящиеся в базе, следовательно, требуются дополнительные меры безопасности.
- Высокая стоимость. Оперативная память куда дороже, нежели дисковая. Поскольку база данных полагается на хранилище данных, находящееся в памяти, то общие затраты на резидентные базы данных будут выше, чем на обычные, где все данные хранятся на диске.
- Сложность архитектуры. База данных находится в оперативной памяти, что автоматически сокращает ее объем, который могут использовать другие операции. В данном случае решение заключается в том, что необходимо реализовать распределенные вычисления, а это увеличит сложность архитектуры.
Примеры резидентных баз данных
Есть множество различных применений резидентных баз данных. Вот два отличных общих варианта использования:
- Программа или приложение чаще используют операцию чтения, а не записи.
- Данные, поступающие в режиме реального времени, имеют крайне важное значение или огромную пользу для предприятия.
Примечание: если вам нужна резидентная база данных с высокой производительностью и с открытым исходным кодом, то вам отлично подойдет Redis.
Ниже представлено несколько вариантов, где можно применять резидентные базы данных:
- Интернет вещей (IoT – Internet of Things) и периферийные вычисления. IoT-датчики передают огромные объемы данных. Резидентные базы данных могут хранить и выполнять вычисления с данными, поступающими в режиме реального времени, перед тем, как отправить их в базу данных на диск.
- Приложения электронной коммерции. С помощью резидентной базы данных можно реализовать все - корзины, результаты поиска, управление сеансами и быструю загрузку страниц. Быстрые результаты позволяют пользователю легко взаимодействовать с приложением, и от всплесков трафика это никак не зависит.
- Игровая индустрия. Здесь резидентные базы данных используются для обновления турнирной таблицы в режиме реального времени. Это особенно важно для привлечения новых игроков.
- Обеспечение безопасности и выявление подлогов в режиме реального времени. Резидентные базы данных позволяют выполнять сложные операции и анализировать данные в режиме реального времени. Таким образом, эти базы данных можно считать идеальными для выявления подлогов.
Внедрение резидентной базы данных
Внедрение резидентной базы данных требует дополнительных хитростей для того, чтобы можно было обеспечить ее надежность. Вот некоторые примеры того, как это можно сделать:
- Можно сохранять данные на диск через определенные промежутки времени с помощью моментальных снимков состояния памяти. Если настроить снимки как запланированные задания, то есть, чтобы они выполнялись через равные промежутки времени, то, таким образом, можно частично обеспечить надежность.
- Можно использовать энергонезависимую память, например, флэш-память или энергонезависимую оперативную память.
- Можно регистрировать все транзакции в журналах с функцией автоматического восстановления.
- Можно выполнять репликации базы данных в другие резидентные базы данных или на другие сайты или использовать их совместно с дисковой памятью.
Лучше всего, сочетать эти методы, тогда вы сможете обеспечить высокий уровень доступности и надежности базы данных.
Заключение
Прочитав эту статью, вы должны были лучше понять, что такое резидентные базы данных, почему они так важны и где их можно применять в обычной жизни.
