उद्यम के लिए वितरित DBMS

सीएपी प्रमेय वितरित सिस्टम सिद्धांत की आधारशिला है। बेशक, इसके आसपास का विवाद कम नहीं होता है: इसमें परिभाषाएँ विहित नहीं हैं, और कोई सख्त प्रमाण नहीं है... फिर भी, रोजमर्रा के सामान्य ज्ञान™ के पदों पर दृढ़ता से खड़े होकर, हम सहज रूप से समझते हैं कि प्रमेय सत्य है।

एकमात्र चीज़ जो स्पष्ट नहीं है वह है "पी" अक्षर का अर्थ। जब क्लस्टर को विभाजित किया जाता है, तो यह निर्णय लेता है कि कोरम पूरा होने तक प्रतिक्रिया नहीं देनी है, या जो डेटा उपलब्ध है उसे वापस देना है। इस विकल्प के परिणामों के आधार पर, सिस्टम को सीपी या एपी के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। उदाहरण के लिए, कैसंड्रा किसी भी तरह से व्यवहार कर सकता है, यहां तक ​​कि क्लस्टर सेटिंग्स पर भी नहीं, बल्कि प्रत्येक विशिष्ट अनुरोध के मापदंडों पर निर्भर करता है। लेकिन अगर सिस्टम "पी" नहीं है और यह विभाजित हो जाता है, तो क्या होगा?

इस प्रश्न का उत्तर कुछ अप्रत्याशित है: एक सीए क्लस्टर विभाजित नहीं हो सकता।
यह कैसा समूह है जो विभाजित नहीं हो सकता?

ऐसे क्लस्टर का एक अनिवार्य गुण एक साझा डेटा भंडारण प्रणाली है। अधिकांश मामलों में, इसका मतलब SAN से जुड़ना है, जो SAN बुनियादी ढांचे को बनाए रखने में सक्षम बड़े उद्यमों के लिए CA समाधानों के उपयोग को सीमित करता है। एकाधिक सर्वरों को एक ही डेटा के साथ काम करने के लिए, एक क्लस्टर फ़ाइल सिस्टम की आवश्यकता होती है। ऐसे फाइल सिस्टम एचपीई (सीएफएस), वेरिटास (वीएक्ससीएफएस) और आईबीएम (जीपीएफएस) पोर्टफोलियो में उपलब्ध हैं।

ओरेकल आरएसी

रियल एप्लिकेशन क्लस्टर विकल्प पहली बार 2001 में Oracle 9i की रिलीज़ के साथ सामने आया। ऐसे क्लस्टर में, कई सर्वर इंस्टेंस एक ही डेटाबेस के साथ काम करते हैं।
Oracle क्लस्टर फ़ाइल सिस्टम और अपने स्वयं के समाधान - ASM, स्वचालित संग्रहण प्रबंधन दोनों के साथ काम कर सकता है।

प्रत्येक प्रति अपना स्वयं का जर्नल रखती है। लेन-देन एक उदाहरण द्वारा निष्पादित और प्रतिबद्ध है। यदि कोई उदाहरण विफल हो जाता है, तो जीवित क्लस्टर नोड्स (उदाहरण) में से एक उसके लॉग को पढ़ता है और खोए हुए डेटा को पुनर्स्थापित करता है - जिससे उपलब्धता सुनिश्चित होती है।

सभी इंस्टेंस अपना स्वयं का कैश बनाए रखते हैं, और एक ही पेज (ब्लॉक) एक ही समय में कई इंस्टेंस के कैश में हो सकते हैं। इसके अलावा, यदि एक इंस्टेंस को एक पेज की आवश्यकता है और वह दूसरे इंस्टेंस के कैश में है, तो वह डिस्क से पढ़ने के बजाय कैश फ़्यूज़न तंत्र का उपयोग करके इसे अपने पड़ोसी से प्राप्त कर सकता है।

लेकिन क्या होगा यदि किसी एक उदाहरण में डेटा बदलने की आवश्यकता हो?

Oracle की ख़ासियत यह है कि इसमें एक समर्पित लॉकिंग सेवा नहीं है: यदि सर्वर किसी पंक्ति को लॉक करना चाहता है, तो लॉक रिकॉर्ड सीधे मेमोरी पेज पर रखा जाता है जहां लॉक की गई पंक्ति स्थित होती है। इस दृष्टिकोण के लिए धन्यवाद, ओरेकल मोनोलिथिक डेटाबेस के बीच प्रदर्शन चैंपियन है: लॉकिंग सेवा कभी भी बाधा नहीं बनती है। लेकिन क्लस्टर कॉन्फ़िगरेशन में, ऐसा आर्किटेक्चर तीव्र नेटवर्क ट्रैफ़िक और गतिरोध पैदा कर सकता है।

एक बार रिकॉर्ड लॉक हो जाने पर, एक इंस्टेंस अन्य सभी इंस्टेंस को सूचित करता है कि उस रिकॉर्ड को संग्रहीत करने वाले पृष्ठ पर एक विशेष होल्ड है। यदि किसी अन्य उदाहरण को उसी पृष्ठ पर एक रिकॉर्ड बदलने की आवश्यकता है, तो उसे तब तक इंतजार करना होगा जब तक कि पृष्ठ पर परिवर्तन प्रतिबद्ध न हो जाएं, अर्थात, परिवर्तन की जानकारी डिस्क पर एक जर्नल में लिखी जाती है (और लेनदेन जारी रह सकता है)। ऐसा भी हो सकता है कि एक पृष्ठ को क्रमिक रूप से कई प्रतियों द्वारा बदल दिया जाएगा, और फिर पृष्ठ को डिस्क पर लिखते समय आपको यह पता लगाना होगा कि इस पृष्ठ के वर्तमान संस्करण को कौन संग्रहीत करता है।

अलग-अलग आरएसी नोड्स में समान पेजों को बेतरतीब ढंग से अपडेट करने से डेटाबेस प्रदर्शन में नाटकीय रूप से गिरावट आती है, इस हद तक कि क्लस्टर प्रदर्शन एकल उदाहरण से कम हो सकता है।

Oracle RAC का सही उपयोग डेटा को भौतिक रूप से विभाजित करना है (उदाहरण के लिए, एक विभाजित तालिका तंत्र का उपयोग करके) और एक समर्पित नोड के माध्यम से विभाजन के प्रत्येक सेट तक पहुंच बनाना। आरएसी का मुख्य उद्देश्य क्षैतिज स्केलिंग नहीं था, बल्कि दोष सहिष्णुता सुनिश्चित करना था।

यदि कोई नोड दिल की धड़कन पर प्रतिक्रिया देना बंद कर देता है, तो सबसे पहले इसका पता लगाने वाला नोड डिस्क पर वोटिंग प्रक्रिया शुरू करता है। यदि लापता नोड को यहां नोट नहीं किया गया है, तो नोड्स में से एक डेटा पुनर्प्राप्ति की जिम्मेदारी लेता है:

• लापता नोड के कैश में मौजूद सभी पेजों को "फ्रीज" कर देता है;
• लापता नोड के लॉग को पढ़ता है (फिर से करता है) और इन लॉग में दर्ज किए गए परिवर्तनों को फिर से लागू करता है, साथ ही यह जांचता है कि क्या अन्य नोड्स में बदले जा रहे पृष्ठों के नवीनतम संस्करण हैं;
• लंबित लेनदेन को वापस लाता है।

नोड्स के बीच स्विचिंग को सरल बनाने के लिए, Oracle के पास एक सेवा की अवधारणा है - एक आभासी उदाहरण। एक इंस्टेंस कई सेवाएँ प्रदान कर सकता है, और एक सेवा नोड्स के बीच स्थानांतरित हो सकती है। डेटाबेस के एक निश्चित हिस्से (उदाहरण के लिए, ग्राहकों का एक समूह) की सेवा करने वाला एक एप्लिकेशन इंस्टेंस एक सेवा के साथ काम करता है, और नोड विफल होने पर डेटाबेस के इस हिस्से के लिए जिम्मेदार सेवा दूसरे नोड में चली जाती है।

लेनदेन के लिए आईबीएम शुद्ध डेटा सिस्टम

डीबीएमएस के लिए एक क्लस्टर समाधान 2009 में ब्लू जाइंट पोर्टफोलियो में दिखाई दिया। वैचारिक रूप से, यह "नियमित" उपकरणों पर निर्मित पैरेलल सिस्प्लेक्स क्लस्टर का उत्तराधिकारी है। 2009 में, DB2 प्योरस्केल को एक सॉफ्टवेयर सूट के रूप में जारी किया गया था, और 2012 में, IBM ने लेनदेन के लिए प्योर डेटा सिस्टम नामक एक उपकरण की पेशकश की। इसे एनालिटिक्स के लिए प्योर डेटा सिस्टम्स के साथ भ्रमित नहीं किया जाना चाहिए, जो कि बदले हुए नेटेज़ा से ज्यादा कुछ नहीं है।

पहली नज़र में, प्योरस्केल आर्किटेक्चर ओरेकल आरएसी के समान है: उसी तरह, कई नोड एक सामान्य डेटा स्टोरेज सिस्टम से जुड़े होते हैं, और प्रत्येक नोड अपने स्वयं के मेमोरी क्षेत्रों और लेनदेन लॉग के साथ अपना स्वयं का डीबीएमएस उदाहरण चलाता है। लेकिन, Oracle के विपरीत, DB2 में एक समर्पित लॉकिंग सेवा है जो db2LLM* प्रक्रियाओं के एक सेट द्वारा प्रस्तुत की जाती है। क्लस्टर कॉन्फ़िगरेशन में, इस सेवा को एक अलग नोड पर रखा जाता है, जिसे पैरेलल सिस्प्लेक्स में कपलिंग सुविधा (CF) और प्योर डेटा में PowerHA कहा जाता है।

PowerHA निम्नलिखित सेवाएँ प्रदान करता है:

• ताला प्रबंधक;
• वैश्विक बफ़र कैश;
• अंतरप्रक्रिया संचार का क्षेत्र।

PowerHA से डेटा को डेटाबेस नोड्स और वापस स्थानांतरित करने के लिए, रिमोट मेमोरी एक्सेस का उपयोग किया जाता है, इसलिए क्लस्टर इंटरकनेक्ट को RDMA प्रोटोकॉल का समर्थन करना चाहिए। PureScale ईथरनेट पर Infiniband और RDMA दोनों का उपयोग कर सकता है।

यदि किसी नोड को एक पृष्ठ की आवश्यकता है, और यह पृष्ठ कैश में नहीं है, तो नोड वैश्विक कैश में पृष्ठ का अनुरोध करता है, और यदि यह वहां नहीं है, तो ही इसे डिस्क से पढ़ता है। Oracle के विपरीत, अनुरोध केवल PowerHA को जाता है, पड़ोसी नोड्स को नहीं।

यदि कोई उदाहरण किसी पंक्ति को बदलने जा रहा है, तो यह उसे विशेष मोड में लॉक कर देता है, और जिस पृष्ठ पर पंक्ति स्थित है उसे साझा मोड में लॉक कर देता है। सभी ताले ग्लोबल लॉक मैनेजर में पंजीकृत हैं। जब लेनदेन पूरा हो जाता है, तो नोड लॉक मैनेजर को एक संदेश भेजता है, जो संशोधित पृष्ठ को वैश्विक कैश में कॉपी करता है, लॉक जारी करता है, और अन्य नोड्स के कैश में संशोधित पृष्ठ को अमान्य कर देता है।

यदि वह पृष्ठ जिसमें संशोधित पंक्ति स्थित है, पहले से ही लॉक है, तो लॉक प्रबंधक उस नोड की मेमोरी से संशोधित पृष्ठ को पढ़ेगा जिसने परिवर्तन किया है, लॉक जारी करेगा, अन्य नोड्स के कैश में संशोधित पृष्ठ को अमान्य कर देगा, और उस नोड को पेज लॉक दें जिसने इसका अनुरोध किया था।

"डर्टी", यानी परिवर्तित, पृष्ठों को नियमित नोड और पावरएचए (कास्टआउट) दोनों से डिस्क पर लिखा जा सकता है।

यदि प्योरस्केल नोड्स में से एक विफल हो जाता है, तो पुनर्प्राप्ति केवल उन लेनदेन तक सीमित होती है जो विफलता के समय अभी तक पूरे नहीं हुए थे: पूर्ण लेनदेन में उस नोड द्वारा संशोधित पृष्ठ PowerHA पर वैश्विक कैश में हैं। नोड क्लस्टर में सर्वरों में से एक पर कम कॉन्फ़िगरेशन में पुनरारंभ होता है, लंबित लेनदेन को वापस लाता है और लॉक जारी करता है।

PowerHA दो सर्वरों पर चलता है और मास्टर नोड अपनी स्थिति को समकालिक रूप से दोहराता है। यदि प्राथमिक पावरएचए नोड विफल हो जाता है, तो क्लस्टर बैकअप नोड के साथ काम करना जारी रखता है।
बेशक, यदि आप एकल नोड के माध्यम से डेटा सेट तक पहुंचते हैं, तो क्लस्टर का समग्र प्रदर्शन अधिक होगा। PureScale यह भी नोटिस कर सकता है कि डेटा का एक निश्चित क्षेत्र एक नोड द्वारा संसाधित किया जा रहा है, और फिर उस क्षेत्र से संबंधित सभी ताले को PowerHA के साथ संचार किए बिना नोड द्वारा स्थानीय रूप से संसाधित किया जाएगा। लेकिन जैसे ही एप्लिकेशन किसी अन्य नोड के माध्यम से इस डेटा तक पहुंचने का प्रयास करता है, केंद्रीकृत लॉक प्रोसेसिंग फिर से शुरू हो जाएगी।

90% पढ़ने और 10% लिखने के कार्यभार पर आईबीएम के आंतरिक परीक्षण, जो वास्तविक दुनिया के उत्पादन कार्यभार के समान है, 128 नोड्स तक लगभग रैखिक स्केलिंग दिखाते हैं। दुर्भाग्य से, परीक्षण की स्थितियों का खुलासा नहीं किया गया है।

एचपीई नॉनस्टॉप एसक्यूएल

हेवलेट-पैकार्ड एंटरप्राइज़ पोर्टफोलियो का अपना अत्यधिक उपलब्ध प्लेटफ़ॉर्म भी है। यह नॉनस्टॉप प्लेटफ़ॉर्म है, जिसे 1976 में टेंडेम कंप्यूटर्स द्वारा बाज़ार में जारी किया गया था। 1997 में, कॉम्पैक द्वारा कंपनी का अधिग्रहण कर लिया गया, जिसका 2002 में हेवलेट-पैकर्ड में विलय हो गया।

नॉनस्टॉप का उपयोग महत्वपूर्ण एप्लिकेशन बनाने के लिए किया जाता है - उदाहरण के लिए, एचएलआर या बैंक कार्ड प्रोसेसिंग। प्लेटफ़ॉर्म को एक सॉफ़्टवेयर और हार्डवेयर कॉम्प्लेक्स (उपकरण) के रूप में वितरित किया जाता है, जिसमें कंप्यूटिंग नोड्स, एक डेटा भंडारण प्रणाली और संचार उपकरण शामिल हैं। सर्वरनेट नेटवर्क (आधुनिक सिस्टम में - इनफिनिबैंड) नोड्स के बीच आदान-प्रदान और डेटा स्टोरेज सिस्टम तक पहुंच दोनों के लिए कार्य करता है।

सिस्टम के शुरुआती संस्करणों में मालिकाना प्रोसेसर का उपयोग किया गया था जो एक दूसरे के साथ सिंक्रनाइज़ थे: सभी ऑपरेशन कई प्रोसेसर द्वारा समकालिक रूप से किए गए थे, और जैसे ही प्रोसेसर में से एक ने कोई त्रुटि की, इसे बंद कर दिया गया, और दूसरा काम करना जारी रखा। बाद में, सिस्टम पारंपरिक प्रोसेसर (पहले एमआईपीएस, फिर इटेनियम और अंत में x86) पर स्विच हो गया, और सिंक्रनाइज़ेशन के लिए अन्य तंत्रों का उपयोग किया जाने लगा:

• संदेश: प्रत्येक सिस्टम प्रक्रिया में एक "छाया" जुड़वां होता है, जिसे सक्रिय प्रक्रिया समय-समय पर अपनी स्थिति के बारे में संदेश भेजती है; यदि मुख्य प्रक्रिया विफल हो जाती है, तो छाया प्रक्रिया अंतिम संदेश द्वारा निर्धारित क्षण से काम करना शुरू कर देती है;
• वोटिंग: स्टोरेज सिस्टम में एक विशेष हार्डवेयर घटक होता है जो कई समान एक्सेस स्वीकार करता है और उन्हें तभी निष्पादित करता है जब एक्सेस मेल खाते हों; भौतिक सिंक्रनाइज़ेशन के बजाय, प्रोसेसर अतुल्यकालिक रूप से काम करते हैं, और उनके काम के परिणामों की तुलना केवल I/O क्षणों पर की जाती है।

1987 से, नॉनस्टॉप प्लेटफ़ॉर्म पर एक रिलेशनल DBMS चल रहा है - पहले SQL/MP, और बाद में SQL/MX।

संपूर्ण डेटाबेस को भागों में विभाजित किया गया है, और प्रत्येक भाग अपनी डेटा एक्सेस मैनेजर (DAM) प्रक्रिया के लिए जिम्मेदार है। यह डेटा रिकॉर्डिंग, कैशिंग और लॉकिंग तंत्र प्रदान करता है। डेटा प्रोसेसिंग को संबंधित डेटा प्रबंधकों के समान नोड्स पर चलने वाली एक्ज़ीक्यूटर सर्वर प्रक्रियाओं द्वारा किया जाता है। SQL/MX शेड्यूलर निष्पादकों के बीच कार्यों को विभाजित करता है और परिणामों को एकत्रित करता है। जब सहमत परिवर्तन करना आवश्यक होता है, तो टीएमएफ (लेन-देन प्रबंधन सुविधा) लाइब्रेरी द्वारा प्रदान किए गए दो-चरण प्रतिबद्ध प्रोटोकॉल का उपयोग किया जाता है।

नॉनस्टॉप SQL प्रक्रियाओं को प्राथमिकता दे सकता है ताकि लंबी विश्लेषणात्मक क्वेरी लेनदेन निष्पादन में हस्तक्षेप न करें। हालाँकि, इसका उद्देश्य सटीक रूप से छोटे लेनदेन का प्रसंस्करण है, न कि विश्लेषण। डेवलपर पांच "नौ" के स्तर पर नॉनस्टॉप क्लस्टर की उपलब्धता की गारंटी देता है, यानी, डाउनटाइम प्रति वर्ष केवल 5 मिनट है।

सैप हाना

HANA DBMS (1.0) की पहली स्थिर रिलीज़ नवंबर 2010 में हुई, और SAP ERP पैकेज मई 2013 में HANA में बदल गया। प्लेटफ़ॉर्म खरीदी गई प्रौद्योगिकियों पर आधारित है: TREX सर्च इंजन (कॉलम स्टोरेज में खोज), P*TIME DBMS और MAX DB।

शब्द "हाना" अपने आप में एक संक्षिप्त रूप है, उच्च प्रदर्शन विश्लेषणात्मक उपकरण। यह DBMS कोड के रूप में प्रदान किया जाता है जो किसी भी x86 सर्वर पर चल सकता है, हालाँकि, औद्योगिक स्थापना की अनुमति केवल प्रमाणित उपकरणों पर ही दी जाती है। एचपी, लेनोवो, सिस्को, डेल, फुजित्सु, हिताची, एनईसी से समाधान उपलब्ध हैं। कुछ लेनोवो कॉन्फ़िगरेशन SAN के बिना भी संचालन की अनुमति देते हैं - एक सामान्य भंडारण प्रणाली की भूमिका स्थानीय डिस्क पर GPFS क्लस्टर द्वारा निभाई जाती है।

ऊपर सूचीबद्ध प्लेटफार्मों के विपरीत, HANA एक इन-मेमोरी DBMS है, यानी प्राथमिक डेटा छवि रैम में संग्रहीत होती है, और आपदा की स्थिति में पुनर्प्राप्ति के लिए केवल लॉग और आवधिक स्नैपशॉट डिस्क पर लिखे जाते हैं।

प्रत्येक HANA क्लस्टर नोड डेटा के अपने हिस्से के लिए ज़िम्मेदार है, और डेटा मैप समन्वयक नोड पर स्थित एक विशेष घटक - नाम सर्वर में संग्रहीत किया जाता है। नोड्स के बीच डेटा डुप्लिकेट नहीं किया जाता है। प्रत्येक नोड पर लॉकिंग जानकारी भी संग्रहीत होती है, लेकिन सिस्टम में एक वैश्विक गतिरोध डिटेक्टर होता है।

जब एक HANA क्लाइंट किसी क्लस्टर से जुड़ता है, तो वह अपनी टोपोलॉजी डाउनलोड करता है और फिर किसी भी नोड तक सीधे पहुंच सकता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि उसे किस डेटा की आवश्यकता है। यदि कोई लेनदेन किसी एकल नोड के डेटा को प्रभावित करता है, तो इसे उस नोड द्वारा स्थानीय रूप से निष्पादित किया जा सकता है, लेकिन यदि कई नोड्स का डेटा बदलता है, तो आरंभ करने वाला नोड समन्वयक नोड से संपर्क करता है, जो वितरित लेनदेन को खोलता है और समन्वयित करता है, इसे एक का उपयोग करके प्रतिबद्ध करता है। अनुकूलित दो-चरण प्रतिबद्ध प्रोटोकॉल।

समन्वयक नोड डुप्लिकेट है, इसलिए यदि समन्वयक विफल हो जाता है, तो बैकअप नोड तुरंत कार्यभार संभाल लेता है। लेकिन यदि डेटा वाला कोई नोड विफल हो जाता है, तो उसके डेटा तक पहुंचने का एकमात्र तरीका नोड को पुनरारंभ करना है। एक नियम के रूप में, HANA क्लस्टर किसी खोए हुए नोड को यथाशीघ्र पुनः आरंभ करने के लिए एक अतिरिक्त सर्वर बनाए रखता है।

स्रोत: www.habr.com