{"id":89872,"date":"2020-07-27T01:42:19","date_gmt":"2020-07-26T23:42:19","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/administrirovanie\/raspredelyonnye-subd-dlya-enterprajza"},"modified":"2020-07-27T01:42:19","modified_gmt":"2020-07-26T23:42:19","slug":"raspredelyonnye-subd-dlya-enterprajza","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/administrirovanie\/raspredelyonnye-subd-dlya-enterprajza","title":{"rendered":"Verteilte DBMS f\u00fcr Unternehmen","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"<p>Der CAP-Satz ist ein Grundpfeiler der Theorie verteilter Systeme. Nat\u00fcrlich schwelen die Debatten darum weiter: die Definitionen sind nicht kanonisch und eine strenge Beweisf\u00fchrung fehlt... Dennoch stehen wir fest auf dem Boden des gesunden Menschenverstands&trade;, und wir verstehen intuitiv, dass der Satz wahr ist.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Verteilte DBMS f\u00fcr Unternehmen\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/07\/35c8b29bb024cbf383d78caa1af2c525.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nDas Einzige, was nicht offensichtlich ist, ist die Bedeutung des Buchstabens \u201eP\u201c. Wenn sich der Cluster teilt, entscheidet er, ob er nicht antworten soll, bis ein Quorum erreicht ist, oder ob er die Daten bereitstellt, die er hat. Je nach den Ergebnissen dieser Entscheidung wird das System entweder als CP oder als AP klassifiziert. Cassandra kann beispielsweise so oder so agieren, abh\u00e4ngig nicht nur von den Cluster-Einstellungen, sondern auch von den Parametern jeder spezifischen Anfrage. Aber wenn das System nicht \u201eP\u201c ist und es sich geteilt hat, was passiert dann?<\/p>\n<p>Die Antwort auf diese Frage ist etwas \u00fcberraschend: Ein CA-Cluster kann sich nicht teilen.<br \/>\nWas ist das f\u00fcr ein Cluster, der sich nicht teilen kann?<br \/>\n<noindex><a rel=\"nofollow\" name=\"habracut\"><\/a><\/noindex><br \/>\nEin unverzichtbares Attribut eines solchen Clusters ist ein gemeinsames Datenspeichersystem. In den meisten F\u00e4llen bedeutet dies die Anbindung \u00fcber SAN, was die Anwendung von CA-L\u00f6sungen auf gro\u00dfe Unternehmen beschr\u00e4nkt, die in der Lage sind, eine SAN-Infrastruktur zu unterhalten. Damit mehrere <a class=\"wpil_keyword_link\" href=\"https:\/\/prohoster.info\/de\/server\/\"   title=\"Server\" data-wpil-keyword-link=\"linked\"  data-wpil-monitor-id=\"1512\">Server<\/a> mit denselben Daten arbeiten k\u00f6nnen, ist ein clusterf\u00e4higes Dateisystem erforderlich. Solche Dateisysteme sind im Portfolio von HPE (CFS), Veritas (VxCFS) und IBM (GPFS) zu finden. <\/p>\n<h4>Oracle RAC<\/h4>\n<p>\nDie Option Real Application Cluster trat erstmals 2001 in der Oracle 9i-Version auf. In einem solchen Cluster arbeiten mehrere Instanzen <a class=\"wpil_keyword_link\" href=\"https:\/\/prohoster.info\/de\/server\/dts-los-angeles\/\"   title=\"Server\" data-wpil-keyword-link=\"linked\"  data-wpil-monitor-id=\"3642\">Server<\/a> mit derselben Datenbank.<br \/>\nOracle kann sowohl mit einem clusterf\u00e4higen Dateisystem als auch mit einer eigenen L\u00f6sung \u2013 ASM, Automatic Storage Management \u2013 arbeiten.<\/p>\n<p>Jede Instanz f\u00fchrt ihr eigenes Protokoll. Eine Transaktion wird von einer Instanz ausgef\u00fchrt und festgehalten. Im Fall eines Instanzfehlers liest einer der \u00fcberlebenden Knoten des Clusters (Instanzen) ihr Protokoll und stellt die verlorenen Daten wieder her \u2013 dadurch wird die Verf\u00fcgbarkeit sichergestellt.<\/p>\n<p>Alle Instanzen unterst\u00fctzen ihren eigenen Cache, und dieselben Seiten (Bl\u00f6cke) k\u00f6nnen gleichzeitig im Cache mehrerer Instanzen vorhanden sein. Dar\u00fcber hinaus, wenn eine Instanz eine Seite ben\u00f6tigt und diese im Cache einer anderen Instanz vorhanden ist, kann sie sie \u00fcber den Mechanismus des Cache Fusion von ihrem \u201eNachbarn\u201c abholen, anstatt sie von der Festplatte zu lesen.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Verteilte DBMS f\u00fcr Unternehmen\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/07\/917cb1bfcc2c47ccf0dbb2f1e34ac921.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nWas passiert jedoch, wenn eine der Instanzen Daten \u00e4ndern muss?<\/p>\n<p>Das Besondere an Oracle ist, dass es keinen dedizierten Sperrdienst gibt: Wenn der Server eine Zeile sperren m\u00f6chte, wird der Sperreintrag direkt auf der Speicherseite gesetzt, auf der sich die zu sperrende Zeile befindet. Dank dieses Ansatzes ist Oracle der Leistungschampion unter monolithischen Datenbanken: Der Sperrdienst wird niemals zum Engpass. In einer Cluster-Konfiguration kann diese Architektur jedoch zu intensivem Netzwerkverkehr und gegenseitigen Blockierungen f\u00fchren.<\/p>\n<p>Sobald ein Eintrag gesperrt wird, benachrichtigt die Instanz alle anderen Instanzen, dass die Seite, die diesen Eintrag enth\u00e4lt, im alleinigen Zugriff ist. Wenn eine andere Instanz einen Eintrag auf derselben Seite \u00e4ndern m\u00f6chte, muss sie warten, bis die \u00c4nderungen auf der Seite festgeschrieben wurden, d.h. die \u00c4nderungsinformationen nicht mehr im Protokoll auf der Festplatte stehen (in der Zwischenzeit kann die Transaktion fortgesetzt werden). Es kann auch vorkommen, dass die Seite nacheinander von mehreren Instanzen ge\u00e4ndert wird, und dann muss beim Schreiben der Seite auf die Festplatte gekl\u00e4rt werden, bei wem die aktuelle Version dieser Seite gespeichert ist.<\/p>\n<p>Zuf\u00e4llige Aktualisierungen derselben Seiten \u00fcber verschiedene RAC-Knoten f\u00fchren zu einem drastischen Leistungsabfall der Datenbank \u2013 bis zu dem Punkt, an dem die Leistung des Clusters schlechter sein kann als die eines einzelnen Exemplars.<\/p>\n<p>Die richtige Nutzung von Oracle RAC besteht in der physischen Aufteilung von Daten (zum Beispiel durch das Mechanismus der partitionierten Tabellen) und dem Zugriff auf jedes Set von Partitionen \u00fcber einen dedizierten Knoten. Das Hauptziel von RAC besteht nicht in der horizontalen Skalierung, sondern in der Gew\u00e4hrleistung der Fehlertoleranz.<\/p>\n<p>Wenn ein Knoten nicht mehr auf das Heartbeat signalisiert, startet der Knoten, der dies zuerst feststellt, das Verfahren zur Abstimmung auf der Festplatte. Wenn der verlorene Knoten auch hier nicht registriert ist, \u00fcbernimmt einer der Knoten die Verantwortung f\u00fcr die Datenwiederherstellung:<\/p>\n<ul>\n<li>\u201eeinfrieren\u201c aller Seiten, die sich im Cache des verlorenen Knotens befanden;<\/li>\n<li>liest die Protokolle (Redo) des verlorenen Knotens und wendet die darin aufgezeichneten \u00c4nderungen erneut an, w\u00e4hrend gleichzeitig \u00fcberpr\u00fcft wird, ob andere Knoten neuere Versionen der zu \u00e4ndernden Seiten haben.<\/li>\n<li>Rollback unvollst\u00e4ndiger Transaktionen.<\/li>\n<\/ul>\n<p>\nUm den Wechsel zwischen Knoten zu erleichtern, gibt es in Oracle das Konzept eines Dienstes \u2013 einer virtuellen Instanz. Eine Instanz kann mehrere Dienste bedienen, und ein Dienst kann zwischen Knoten wechseln. Eine Anwendungsinstanz, die einen bestimmten Teil der Datenbank (z. B. eine Kundengruppe) bedient, arbeitet mit einem Dienst, und der Dienst, der f\u00fcr diesen Teil der Datenbank verantwortlich ist, wechselt bei einem Ausfall des Knotens zu einem anderen Knoten.<\/p>\n<h4>IBM Pure Data Systems for Transactions<\/h4>\n<p>\nDie Clusterl\u00f6sung f\u00fcr Datenbanken erschien 2009 im Portfolio des Blauen Riesen. Ideologisch ist sie der Nachfolger des Parallel Sysplex-Clusters, der auf \"normaler\" Hardware basiert. 2009 wurde das Produkt DB2 pureScale eingef\u00fchrt, das ein Softwarepaket darstellt, und 2012 bietet IBM ein software-hardware-System (Appliance) mit dem Namen Pure Data Systems for Transactions an. Es ist nicht mit den Pure Data Systems for Analytics zu verwechseln, die lediglich eine umbenannte Netezza-Version sind.<\/p>\n<p>Die Architektur von pureScale \u00e4hnelt auf den ersten Blick Oracle RAC: Genau wie mehrere Knoten mit einem gemeinsamen Datenspeichersystem verbunden sind, l\u00e4uft auf jedem Knoten eine eigene Instanz der Datenbank-Software mit eigenen Arbeitsspeicherbereichen und Transaktionsprotokollen. Aber im Gegensatz zu Oracle gibt es in DB2 einen speziellen Lock-Service, der durch eine Reihe von Prozessen db2LLM* dargestellt wird. In einer Clusterkonfiguration wird dieser Service auf einen separaten Knoten ausgegliedert, der in Parallel Sysplex als Coupling Facility (CF) und in Pure Data als PowerHA bekannt ist.<\/p>\n<p>PowerHA bietet folgende Dienste an:<\/p>\n<ul>\n<li>Lock-Manager;<\/li>\n<li>globaler Puffer-Cache;<\/li>\n<li>Bereich f\u00fcr Interprozesskommunikation.<\/li>\n<\/ul>\n<p>\nF\u00fcr die Daten\u00fcbertragung von PowerHA zu den DB-Knoten und zur\u00fcck wird ein Remote Memory Access verwendet, weshalb das Cluster-Interconnect das RDMA-Protokoll unterst\u00fctzen muss. PureScale kann sowohl Infiniband als auch RDMA \u00fcber Ethernet verwenden.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Verteilte DBMS f\u00fcr Unternehmen\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/07\/7757acd68445dac4a9f378d5813e663f.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nWenn ein Knoten eine Seite ben\u00f6tigt und diese Seite nicht im Cache vorhanden ist, fordert der Knoten die Seite im globalen Cache an, und nur wenn sie dort ebenfalls nicht vorhanden ist, wird sie von der Festplatte gelesen. Im Gegensatz zu Oracle erfolgt die Anfrage nur an PowerHA und nicht an benachbarte Knoten.<\/p>\n<p>Wenn eine Instanz beabsichtigt, eine Zeile zu \u00e4ndern, sperrt sie diese im exklusiven Modus und die Seite, auf der sich die Zeile befindet, im geteilten Modus. Alle Sperren werden im globalen Lock-Manager registriert. Wenn die Transaktion abgeschlossen ist, sendet der Knoten eine Nachricht an den Lock-Manager, der die ge\u00e4nderte Seite in den globalen Cache kopiert, die Sperren aufhebt und die ge\u00e4nderte Seite in den Caches anderer Knoten ung\u00fcltig macht.<\/p>\n<p>Wenn die Seite, auf der sich die \u00e4nderbare Zeile befindet, bereits gesperrt ist, liest der Lock-Manager die ge\u00e4nderte Seite aus dem Speicher des Knotens, der die \u00c4nderungen vorgenommen hat, hebt die Sperre auf, macht die ge\u00e4nderte Seite in den Caches anderer Knoten ung\u00fcltig und \u00fcbergibt die Sperre der angeforderten Seite an den Knoten, der sie angefordert hat.<\/p>\n<p>\u201eDirty\u201c, das hei\u00dft ge\u00e4nderte, Seiten k\u00f6nnen sowohl von einem normalen Knoten als auch von PowerHA (castout) auf die Festplatte geschrieben werden.<\/p>\n<p>Bei einem Ausfall eines der Knoten ist die Wiederherstellung auf die Transaktionen beschr\u00e4nkt, die zum Zeitpunkt des Fehlers noch nicht abgeschlossen waren: Seiten, die von diesem Knoten in abgeschlossenen Transaktionen ge\u00e4ndert wurden, befinden sich im globalen Cache auf PowerHA. Der Knoten wird in einer reduzierten Konfiguration auf einem der Cluster-Server neu gestartet, rollt unvollendete Transaktionen zur\u00fcck und hebt Sperren auf.<\/p>\n<p>PowerHA arbeitet mit zwei Servern, und der Hauptknoten repliziert seinen Zustand synchron. Im Falle eines Ausfalls des Hauptknotens setzt das PowerHA-Cluster die Arbeit mit dem Backup-Knoten fort.<br \/>\nNat\u00fcrlich wird die Gesamtleistung des Clusters h\u00f6her sein, wenn auf einen Datensatz \u00fcber einen Knoten zugegriffen wird. PureScale kann sogar feststellen, dass ein bestimmter Datenbereich von einem Knoten verarbeitet wird, und dann werden alle Sperren, die sich auf diesen Bereich beziehen, lokal vom Knoten ohne Kommunikation mit PowerHA verarbeitet. Sobald die Anwendung jedoch versucht, auf diese Daten \u00fcber einen anderen Knoten zuzugreifen, wird die zentrale Sperrverarbeitung wieder aufgenommen.<\/p>\n<p>Interne IBM-Tests mit einer Last von 90 % Lesen und 10 % Schreiben, die sehr \u00e4hnlich zur realen industriellen Last sind, zeigen fast lineare Skalierung bis zu 128 Knoten. Die Testbedingungen werden leider nicht bekannt gegeben.<\/p>\n<h4>HPE NonStop SQL<\/h4>\n<p>\nDie eigene hochverf\u00fcgbare Plattform ist auch im Portfolio von Hewlett-Packard Enterprise zu finden. Es handelt sich um die NonStop-Plattform, die 1976 von Tandem Computers auf den Markt gebracht wurde. Im Jahr 1997 wurde das Unternehmen von Compaq \u00fcbernommen, das 2002 wiederum in Hewlett-Packard eingegliedert wurde.<\/p>\n<p>NonStop wird zum Aufbau kritischer Anwendungen verwendet \u2013 beispielsweise HLR oder die Verarbeitung von Kreditkarten. Die Plattform wird als Software-Hardware-Komplex (Appliance) geliefert, der Recheneinheiten, ein Speichersystem und Kommunikationsausr\u00fcstung umfasst. Das ServerNet-Netzwerk (in modernen Systemen \u2013 Infiniband) dient sowohl dem Austausch zwischen den Knoten als auch dem Zugriff auf das Speichersystem.<\/p>\n<p>In den fr\u00fchen Versionen des Systems wurden propriet\u00e4re Prozessoren verwendet, die miteinander synchronisiert waren: Alle Operationen wurden synchron von mehreren Prozessoren ausgef\u00fchrt, und sobald ein Prozessor einen Fehler hatte, schaltete er sich aus, w\u00e4hrend der andere weiterarbeitete. Sp\u00e4ter wechselte das System zu Standardprozessoren (zuerst MIPS, dann Itanium und schlie\u00dflich x86), w\u00e4hrend andere Mechanismen zur Synchronisation verwendet wurden:<\/p>\n<ul>\n<li>Nachrichten: Jeder Systemprozess hat einen Duplikaten-\u201eSchatten\u201c, an den der aktive Prozess periodisch Nachrichten \u00fcber seinen Zustand sendet; bei einem Fehler des Hauptprozesses \u00fcbernimmt der Schattenprozess die Arbeit ab dem Zeitpunkt, der in der letzten Nachricht festgelegt wurde;<\/li>\n<li>Abstimmung: Das Speichersystem verf\u00fcgt \u00fcber ein spezielles Hardware-Komponente, die mehrere identische Anfragen entgegennimmt und sie nur ausf\u00fchrt, wenn die Anfragen \u00fcbereinstimmen; anstelle einer physischen Synchronisation arbeiten die Prozessoren asynchron, und die Ergebnisse ihrer Arbeit werden nur zu den Zeitpunkten des Ein- \/ Ausgabes verglichen.<\/li>\n<\/ul>\n<p>\nSeit 1987 l\u00e4uft auf der NonStop-Plattform ein relationales DBMS \u2013 zun\u00e4chst SQL\/MP, sp\u00e4ter SQL\/MX.<\/p>\n<p>Die gesamte Datenbank wird in Teile untergliedert, wobei jeder Teil von einem eigenen Prozess namens Data Access Manager (DAM) verwaltet wird. Dieser stellt die Datenspeicherung, das Caching und einen Mechanismus zur Sperrung bereit. Die Datenverarbeitung erfolgt durch die Executor Server Processes, die auf denselben Knoten wie die entsprechenden Datenmanager arbeiten. Der SQL\/MX-Planer teilt die Aufgaben den Executor-Prozessen zu und vereint die Ergebnisse. F\u00fcr die Durchf\u00fchrung einvernehmlicher \u00c4nderungen wird ein Protokoll der zweiphasigen Best\u00e4tigung verwendet, das von der TMF-Bibliothek (Transaction Management Facility) bereitgestellt wird.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Verteilte DBMS f\u00fcr Unternehmen\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/07\/00e9473dd95a78c409dd5283d299fe96.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nNonStop SQL kann die Prozesse priorisieren, sodass lange analytische Abfragen die Ausf\u00fchrung von Transaktionen nicht beeintr\u00e4chtigen. Ihr Hauptzweck ist jedoch die Verarbeitung kurzer Transaktionen und nicht die Analytik. Der Entwickler garantiert eine Verf\u00fcgbarkeit des NonStop-Clusters auf dem Niveau von f\u00fcnf \u201eNeun\u201c, was bedeutet, dass die Ausfallzeit nur f\u00fcnf Minuten pro Jahr betr\u00e4gt.<\/p>\n<h4>SAP HANA<\/h4>\n<p>\nDie erste stabile Version des Datenbanksystems HANA (1.0) wurde im November 2010 ver\u00f6ffentlicht, und das Paket SAP ERP wechselte im Mai 2013 zu HANA. Die Plattform basiert auf erworbenen Technologien: TREX-Suchmaschine (Suche im Spaltenlager), Datenbank P*TIME und MAX DB.<\/p>\n<p>Das Wort \u201eHANA\u201c ist ein Akronym f\u00fcr High performance ANalytical Appliance. Diese Datenbank wird in Form von Code bereitgestellt, der auf jeder x86-Serverhardware betrieben werden kann, jedoch sind industrielle Installationen nur auf zertifiziertem Equipment zul\u00e4ssig. Es gibt L\u00f6sungen von HP, Lenovo, Cisco, Dell, Fujitsu, Hitachi und NEC. Einige Konfigurationen von Lenovo erlauben sogar den Betrieb ohne SAN \u2013 der GPFS-Cluster auf lokalen Festplatten fungiert als gemeinsame Speichereinheit.<\/p>\n<p>Im Gegensatz zu den oben genannten Plattformen ist HANA eine In-Memory-Datenbank, d. h. das prim\u00e4re Datenbild wird im Arbeitsspeicher gespeichert, w\u00e4hrend auf der Festplatte nur Protokolle und periodische Sicherungen f\u00fcr die Wiederherstellung im Falle eines Ausfalls gespeichert werden.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Verteilte DBMS f\u00fcr Unternehmen\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/07\/f64194ca6de13e1a93f7190dc38ad2d7.png\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nJeder Knoten im HANA-Cluster ist f\u00fcr seinen Datenanteil verantwortlich, und die Datenkarte wird in einem speziellen Komponenten \u2013 dem Name Server \u2013 gespeichert, der auf dem Koordinatorknoten angesiedelt ist. Daten werden nicht zwischen den Knoten dupliziert. Informationen \u00fcber Sperren werden ebenfalls auf jedem Knoten gespeichert, aber es gibt auch einen globalen Deadlock-Detektor im System.<\/p>\n<p>Der HANA-Client l\u00e4dt beim Verbinden mit dem Cluster dessen Topologie und kann anschlie\u00dfend direkt auf jeden Knoten zugreifen, je nachdem, welche Daten ben\u00f6tigt werden. Wenn eine Transaktion nur Daten eines einzelnen Knotens betrifft, kann sie lokal von diesem Knoten ausgef\u00fchrt werden. Bei \u00c4nderungen an den Daten mehrerer Knoten wendet sich der initiierende Knoten an den Koordinator-Knoten, der die verteilte Transaktion \u00f6ffnet und koordiniert und sie mit einem optimierten Protokoll zur zweiphasigen Best\u00e4tigung abschlie\u00dft.<\/p>\n<p>Der Koordinator-Knoten ist redundant, sodass im Falle eines Ausfalls des Koordinators sofort der Backup-Knoten \u00fcbernimmt. Wenn jedoch ein Knoten mit Daten ausf\u00e4llt, besteht der einzige Weg, auf seine Daten zuzugreifen \u2013 den Knoten neu zu starten. In der Regel wird in HANA-Clustern ein Reserve-Server (spare) gehalten, um den verlorenen Knoten so schnell wie m\u00f6glich neu zu starten.<br \/>\n<br \/>Quelle: <a content=\"nofollow\" rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/512298\/\">habr.com<\/a> <\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"<p>CAP-\u0442\u0435\u043e\u0440\u0435\u043c\u0430 \u044f\u0432\u043b\u044f\u0435\u0442\u0441\u044f \u043a\u0440\u0430\u0435\u0443\u0433\u043e\u043b\u044c\u043d\u044b\u043c \u043a\u0430\u043c\u043d\u0435\u043c \u0442\u0435\u043e\u0440\u0438\u0438 \u0440\u0430\u0441\u043f\u0440\u0435\u0434\u0435\u043b\u0451\u043d\u043d\u044b\u0445 \u0441\u0438\u0441\u0442\u0435\u043c. \u041a\u043e\u043d\u0435\u0447\u043d\u043e, \u0441\u043f\u043e\u0440\u044b \u0432\u043e\u043a\u0440\u0443\u0433 \u043d\u0435\u0451 \u043d\u0435 \u0443\u0442\u0438\u0445\u0430\u044e\u0442: \u0438 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