Abo
  • IT-Karriere:

Data Management: Wie Hauptspeicherdatenbanken arbeiten

Was ist der aktuelle Stand der Forschung und Technik für Hauptspeicherdatenbanken? Wie lassen sich disruptive Eigenschaften für Anwendungen im "Immunsystem" des Unternehmens ausnutzen und wann ist der Einsatz dieser Technologie im Unternehmen wirtschaftlich sinnvoll?

Artikel von Alexander Löser veröffentlicht am
SAP-Server
SAP-Server (Bild: SAP)

In der Vergangenheit haben Datenbankmanagementsysteme für die Datenspeicherung Festplatten aufgrund ihrer großen Kapazität genutzt. Hauptspeicher wurden als Pufferspeicher (Cache) verwendet, um häufig angefragte Daten zwischenzuspeichern und auf Anfrage schnell verfügbar zu haben. Main-Memory-Database-Management-Systeme (MMDBMS) drehen das um. Sie speichern alle oder einen Großteil der Daten komplett im Hauptspeicher und die Festplatte wird nur als Sekundärspeicher benutzt, um Daten gegen Stromausfälle zu sichern. MMDBMS weisen viel schnellere Antwortzeiten als traditionelle festplattenbasierte Systeme auf. Dies begründet sich aus den viel kürzeren Zeiten für Zugriffe auf die Daten im Hauptspeicher. Insgesamt ermöglichen MMDBMS extrem schnelle Antwortzeiten auf großen Datenmengen, vorausgesetzt der Datenbestand passt in den Hauptspeicher, und unterstützen die SQL-Anfragesprache sowie Erweiterungen für das Data- und Text-Mining.

Zusammenspiel zahlreicher Technologien

Die zunehmende Bedeutung von Hauptspeicherdatenbanken belegen bereits einige kommerzielle Systeme, wie SAP HANA, EXASolution, Parstream oder der Forschungsprototyp Hyper aus Deutschland. Ausgewählte internationale Anbieter sind MonetDB, IBM Blu, Oracle 12c, MemSQL, Microsoft Hekaton und HP Vertica. MySQL bietet ein Hauptspeicher-Backend auf Basis von Heap-Tabellen. Der MySQL-Cluster ist ein paralleles MMDBMS, das ACID-Eigenschaften durch hohe Verfügbarkeit (Replikation) sicherstellt.

MMDBMS sichern ACID-Eigenschaften auch bei Stromausfall ab. Ein MMDBMS verwaltet primär die Daten im Hauptspeicher, bei dessen Ausfall würde jedoch die wichtige ACID-Eigenschaft "Durability" verletzt. Die meisten MMDBMS sichern daher ACID-Eigenschaften über einen der folgenden Mechanismen ab:

Transaktionsprotokollierung: Hier werden die Änderungen an Datensätzen parallel zum Hauptspeicher in eine Journal-Datei geschrieben, oft liegt die Datei auf einem schnell drehenden Disk Array oder auf Solid-State-Discs (SSDs). Die Datei ermöglicht die automatische Wiederherstellung in einem MMDBMS. Eine Variante sind Append-Only-Systeme, die Änderungen nicht überschreiben, sondern an das Ende der Tabelle anhängen und das neue Datum mit einem Zeitstempel markieren. Das DBMS greift bei Anfragen nur auf diese neuen Einträge zu und löscht asynchron ältere Einträge. Beispielsweise verwaltet das System SAP HANA Transaktionen in einem besonderen differenziellen Speicher und überführt diese regelmäßig in einen spaltenorientierten Datenspeicher.

Stellenmarkt
  1. LOTTO Hessen GmbH, Wiesbaden
  2. UDG United Digital Group, Mainz, Herrenberg, Karlsruhe, Ludwigsburg, Hamburg

Nicht-flüchtiger RAM-Speicher (NVRAM): Dieser Speicher ist üblicherweise in der Form eines statischen RAM mit Batterie (Batterie-RAM) oder eines elektrisch löschbaren programmierbaren ROM (EEPROM). Mit dieser Methode kann das MMDBMS den letzten konsistenten Zustand beim Neustart wiederherstellen.

Hochverfügbarkeitsimplementierungen: Sie basieren auf einer Datenbankreplikation mit einem automatischen Failover-Protokoll zu einer identischen Standby-Datenbank, auf die das System im Fehlerfall zurückgreift.

Disc-is-the-new-Tape: Insbesondere aus Kostengründen wurden und werden sehr große Daten meistens zur Archivierung auf Tape gespeichert. Deutlich schnellerer disc-basierter Speicher dient in RDBMS für transaktionale (OLTP) und analytische Workloads (OLAP) und nochmals schnellerer Hauptspeicher als Cache. MMDBMS verschieben diese Hierarchie näher an die CPU heran, disc-basierter Speicher hat im MMDBMS nun eine Archiv- und Logging-Funktion. Im Hauptspeicher erfolgen OLTP und OLAP Workloads, und der nochmals deutlich schnellere CPU-Cache dient jetzt der Analyse von Daten. Diese Eliminierung des Hauptoptimierungsfaktors I/O-Kosten ermöglicht völlig neue Optimierungsprinzipien. Ihr komplexes Zusammenspiel ermöglicht erst den enormen Geschwindigkeitsvorteil von MMDBMS gegenüber eher disc-basierten DBMS.

Neue Optimierungsprinzipien 
  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
  5.  


Anzeige
Top-Angebote
  1. (u. a. Lenovo Legion Y530-15ICH für 699€ + Versand - Bestpreis!)
  2. ab 99,00€
  3. (u. a. GTA 5 für 12,99€, Landwirtschafts-Simulator 19 für 27,99€, Battlefield V für 32,99€)

Quantium40 21. Okt 2014

Welche Anwendungsfälle sollen das sein?

Quantium40 21. Okt 2014

Es gibt durchaus Szenarien, in denen solch scheinbarer Blödsinn durchaus sinnvoll sein...

holgerscherer 17. Okt 2014

Die gewisse Vorliebe hat ja auch gute Gründe ;-) -h

deefens 15. Okt 2014

An manchen Stellen evtl. ein bischen knapp gefasst, aber im Kern sehr informativ. Was...


Folgen Sie uns
       


Probefahrt mit dem e.Go Life

Der e.Go Life ist ein elektrisch angetriebener Kleinwagen des neuen Aachener Automobilherstellers e.Go Mobile. Wir haben eine Probefahrt gemacht.

Probefahrt mit dem e.Go Life Video aufrufen
e.Go Life: Ein Auto, das lächelt
e.Go Life
Ein Auto, das lächelt

Das Auto ist zwar klein, bringt aber sogar gestandene Rennfahrer ins Schwärmen: Das Aachener Unternehmen e.Go Mobile hat seine ersten Elektroautos ausgeliefert. In einer Probefahrt erweist sich der Kleinwagen als sehr dynamisch.
Ein Bericht von Werner Pluta

  1. Elektroauto Skoda Citigo e iV soll 265 km weit fahren
  2. Eon-Studie Netzausbau kostet maximal 400 Euro pro Elektroauto
  3. EZ-Pod Renault-Miniauto soll Stadtverkehr in Kolonne fahren

Kontist, N26, Holvi: Neue Banking-Apps machen gute Angebote für Freelancer
Kontist, N26, Holvi
Neue Banking-Apps machen gute Angebote für Freelancer

Ein mobiles und dazu noch kostenloses Geschäftskonto für Freiberufler versprechen Startups wie Kontist, N26 oder Holvi. Doch sind die Newcomer eine Alternative zu den Freelancer-Konten der großen Filialbanken? Ja, sind sie - mit einer kleinen Einschränkung.
Von Björn König


    Lightyear One: Luxus-Elektroauto fährt auch mit Solarstrom
    Lightyear One
    Luxus-Elektroauto fährt auch mit Solarstrom

    Ein niederländisches Jungunternehmen hat ein ungewöhnliches Fahrzeug entwickelt, das Luxus und Umweltfreundlichkeit kombiniert. Solarzellen auf dem Dach erhöhen die Reichweite um bis zu 220 Kilometer.
    Von Wolfgang Kempkens

    1. Elektromobilität EnBW will weitere 2.000 Schnellladepunkte errichten
    2. Elektromobilität Verkehrsminister will Elektroautos länger und mehr fördern
    3. Elektroautos e.GO Mobile liefert erste Fahrzeuge aus

      •  /