Data science

สถาปัตยกรรมฐานข้อมูลในหน่วยความจำ: ภาพรวม

ฐานข้อมูลในหน่วยความจำทำงานเร็วกว่าฐานข้อมูลที่มีที่เก็บข้อมูลดิสก์ นี่เป็นเพราะพวกเขาใช้อัลกอริธึมการเพิ่มประสิทธิภาพ “ภายใน” ซึ่งง่ายกว่าและเร็วกว่า และระบบประเภทนี้ต้องการคำสั่ง CPU น้อยกว่าระบบจัดเก็บข้อมูลดิสก์ นอกจากนี้ การเข้าถึงข้อมูลที่จัดเก็บ “ในหน่วยความจำ” ช่วยลดความจำเป็นในการค้นหาเวลาขณะค้นหาข้อมูล ด้วยเหตุนี้ ผู้จำหน่ายคลังข้อมูลหลายรายจึงเปลี่ยนไปใช้เทคโนโลยีในหน่วยความจำเพื่อเพิ่มความเร็วในการประมวลผลข้อมูล คลาวด์ยังนำเสนอโอกาสในการใช้ฐานข้อมูลในหน่วยความจำอีกด้วย ตามเนื้อผ้า ข้อมูลจะถูกเก็บไว้ในดิสก์ไดรฟ์ โดยใช้ RAM สำหรับหน่วยความจำระยะสั้นในขณะที่คอมพิวเตอร์ใช้งานอยู่ สถาปัตยกรรมฐานข้อมูลในหน่วยความจำใช้ระบบจัดการฐานข้อมูลที่อาศัยหน่วยความจำหลัก (RAM) ของคอมพิวเตอร์เป็นหลัก และจัดระเบียบโดยระบบจัดการฐานข้อมูลในหน่วยความจำ (IMDBMS) สถาปัตยกรรมฐานข้อมูลในหน่วยความจำ (IMDB) ต้องการระบบการจัดการที่ออกแบบมาเพื่อใช้หน่วยความจำหลักของคอมพิวเตอร์เป็นตำแหน่งหลักในการจัดเก็บและเข้าถึงข้อมูล แทนที่จะเป็นดิสก์ไดรฟ์ แม้ว่าระบบฐานข้อมูลในหน่วยความจำจะมีการใช้งานแบบกว้างๆ แต่ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับแอปพลิเคชันแบบเรียลไทม์ที่ต้องการเทคโนโลยีประสิทธิภาพสูง กรณีการใช้งานสำหรับระบบเหล่านี้รวมถึงแอปพลิเคชันสำหรับการตอบสนองแบบเรียลไทม์ เช่น กับอุตสาหกรรมการเงิน การป้องกันประเทศ โทรคมนาคม และข่าวกรอง แอปพลิเคชันที่ต้องการการเข้าถึงข้อมูลแบบเรียลไทม์ เช่น แอปสตรีมมิ่ง แอปคอลเซ็นเตอร์ แอปจอง และแอปการเดินทางยังทำงานได้ดีกับ IMDBMS สาเหตุหลักสองประการที่ฐานข้อมูลในหน่วยความจำไม่ได้รับความนิยมในอดีตนั้นเกี่ยวข้องกับต้นทุนและการขาดการปฏิบัติตาม ACID (อะตอมมิก ความสอดคล้อง การแยกส่วน และความทนทาน) การขาด “ความทนทาน” หมายถึงการสูญเสียหน่วยความจำของ IMBD หากไฟฟ้าถูกตัด ในอดีต RAM มีราคาค่อนข้างแพง และสิ่งนี้ทำให้การเติบโตและวิวัฒนาการของฐานข้อมูลในหน่วยความจำหยุดชะงัก เมื่อเร็วๆ นี้ ค่าใช้จ่ายของ RAM เริ่มลดลง ทำให้ IMBD มีราคาถูกลง Memory vs. Storage Storage ใช้สำหรับข้อมูลที่ยังไม่ได้ใช้งาน แต่ได้รับการบันทึกไว้ในฮาร์ดดิสก์ สามารถบันทึกได้ไม่จำกัดและเรียกคืนได้ตามต้องการ ข้อมูลที่เก็บไว้ในดิสก์จะคงอยู่ถาวรเว้นแต่จะถูกลบ โดยทั่วไปแล้วที่จัดเก็บข้อมูลฮาร์ดไดรฟ์จะใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการจัดเก็บระยะยาว ตามเนื้อผ้า ฮาร์ดไดรฟ์ถูกออกแบบมาเพื่อบันทึกข้อมูลจำนวนมากกว่าแรม สถานการณ์นั้นกำลังเปลี่ยนแปลง RAM เป็นส่วนประกอบทางกายภาพ ไม่ใช่โปรแกรมซอฟต์แวร์ มันใช้ชิปคอมพิวเตอร์ (วงจรรวม) ที่บัดกรีกับบอร์ดลอจิกหลัก หรือเช่นเดียวกับคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลหลายๆ เครื่องที่ใช้ระบบปลั๊กอินสำหรับการอัพเกรดโมดูลหน่วยความจำอย่างง่าย (หรือที่เรียกว่าโมดูล DRAM) การใช้ IMDB แทนระบบดิสก์ไดรฟ์มีประโยชน์ดังต่อไปนี้: RAM สามารถเพิ่มขึ้นเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพได้อย่างง่ายดาย RAM เพิ่มเติมช่วยให้คอมพิวเตอร์ทำสิ่งต่างๆ ได้มากขึ้นในคราวเดียว (แต่ไม่ได้ทำให้เร็วขึ้นจริงๆ) RAM เพิ่มเติมช่วยปรับปรุงการสลับระหว่างแอปพลิเคชันต่างๆ และอนุญาตให้เปิดแอปพลิเคชันหลายรายการโดยไม่ทำให้ระบบทำงานช้าลง ใช้พลังงานน้อยกว่าดิสก์ไดรฟ์ RAM มีสองประเภทพื้นฐาน: DRAM (Dynamic Random Access Memory) และ SRAM (Static Random Access Memory) RAM ถูกใช้เป็นรูปแบบหน่วยความจำระยะสั้นสำหรับการใช้คอมพิวเตอร์ คำที่ใช้อธิบายการสูญเสียหน่วยความจำของ RAM เมื่อไฟฟ้าดับคือ “ระเหย” DRAM: คำว่า “ไดนามิก” หมายถึงความทรงจำต้องได้รับการรีเฟรชอย่างต่อเนื่อง โดยทั่วไป DRAM จะใช้เป็นหน่วยความจำหลักในคอมพิวเตอร์ ต้องรีเฟรช RAM หลายพันครั้งต่อวินาที SRAM: โดยทั่วไปจะใช้เป็นแคชของระบบ (หน่วยความจำที่เล็กกว่าและเร็วกว่าซึ่งอยู่ใกล้กับแกนประมวลผล) มันเก็บสำเนาของข้อมูลที่ใช้เป็นประจำจากหน่วยความจำหลัก และถูกอธิบายว่า “คงที่” เพราะไม่จำเป็นต้องรีเฟรช อย่างไรก็ตาม SRAM ก็มีความผันผวนเช่นกัน และจะสูญเสียความทรงจำเมื่อไฟฟ้าดับ การปรับขนาด ในปัจจุบัน IMDGs เป็นวิธีที่ง่ายและคุ้มค่าในการจัดหาความสามารถในการปรับขนาด IMDG อนุญาตให้ปรับขนาดได้โดยการเพิ่ม RAM ใหม่ การเพิ่มหน่วยความจำถูกอธิบายว่าเป็น “การปรับขนาดแนวตั้ง: และเกี่ยวข้องกับการเพิ่มความสามารถของระบบ ทำให้สามารถจัดการธุรกรรมได้มากขึ้น นี่เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดและเร็วที่สุดในการเพิ่มความจุโดยไม่ต้องเปลี่ยนสถาปัตยกรรมของระบบอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ ฐานข้อมูลที่สามารถขยายขนาดในขณะที่เสนอมุมมองข้อมูล สามารถทำให้การทำงานกับคอนเทนเนอร์ง่ายขึ้นอย่างมาก NVRAM RAM มาพร้อมกับปัญหาที่สำคัญและชัดเจน มันสูญเสียข้อมูลระหว่างที่ไฟฟ้าดับ (หรือถ้าไม่ได้เสียบปลั๊ก) ทำให้เกิดความยุ่งยากอย่างมากสำหรับผู้ใช้ที่เป็นมนุษย์ หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่มแบบไม่ลบเลือน (NVRAM) อธิบายหน่วยความจำคอมพิวเตอร์ที่สามารถเก็บข้อมูลได้แม้ว่าจะตัดกระแสไฟไปยังหน่วยความจำแล้วก็ตาม ปัจจุบันรูปแบบ NVRAM ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดเรียกว่าหน่วยความจำแฟลช หน่วยความจำแฟลชคือที่เก็บข้อมูลคอมพิวเตอร์แบบไม่ลบเลือนซึ่งสามารถลบและตั้งโปรแกรมใหม่ได้โดยเจตนา เป็นชิปหน่วยความจำสำหรับจัดเก็บและถ่ายโอนข้อมูลจากอุปกรณ์ดิจิทัลเครื่องหนึ่งไปยังอีกเครื่องหนึ่ง หน่วยความจำแฟลชสามารถตั้งโปรแกรมใหม่หรือลบทางอิเล็กทรอนิกส์ได้ สามารถพบได้ในกล้องดิจิตอล เครื่องเล่น MP3 USB แฟลชไดรฟ์ และโซลิดสเตตไดรฟ์ ความก้าวหน้าที่สำคัญในเทคโนโลยี NVRAM คือทรานซิสเตอร์แบบ Floating-gate ซึ่งให้หน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว (EPROM) ที่สามารถลบได้ ตั้งโปรแกรมได้ ทรานซิสเตอร์แบบ Floating-gate ประกอบด้วยขั้วต่อเกทซึ่งป้องกันด้วยฉนวนคุณภาพสูง (ทำหน้าที่เป็นสวิตช์) สำหรับกริดของทรานซิสเตอร์ EPROM สามารถลบและตั้งค่าใหม่ได้โดยใช้แสงอัลตราไวโอเลต เทคโนโลยีนี้เพิ่งถูกแทนที่ด้วย EEPROM ซึ่งใช้ไฟฟ้าเพื่อรีเซ็ตความทรงจำ แนวคิดใหม่สำหรับ NVRAM ได้แก่ Ferroelectric RAM (F-RAM): หน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม คล้ายกับ DRAM มาก แต่ใช้ฟิล์มเฟอร์โรอิเล็กทริกแบบบางซึ่งอะตอมเปลี่ยนขั้ว ส่งผลให้เกิดสวิตช์ หน่วยความจำจะยังคงอยู่เมื่อไฟดับ Magnetoresistive RAM (MRAM): ใช้องค์ประกอบแม่เหล็กและทำงานคล้ายกับแกนกลาง Phase change RAM (PRAM): ใช้กลยุทธ์เดียวกับซีดีที่เขียนได้ แต่การอ่านจะขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงความต้านทานไฟฟ้า แทนที่จะเป็นคุณสมบัติทางแสง หน่วยความจำของกิ้งกือ: โดยทั่วไปแล้วการ์ดเจาะรูที่สร้างขึ้นโดยนาโนเทคโนโลยี Nano RAM: ใช้เทคโนโลยีคาร์บอนนาโนทิวบ์ In-Memory Database Management System (IMDBMS) ความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับความต้องการและลำดับความสำคัญขององค์กรเป็นสิ่งสำคัญในการกำหนดทางเลือกที่ดีที่สุดของสถาปัตยกรรมฐานข้อมูล IMDBMS (บางครั้งย่อมาจาก “ระบบฐานข้อมูลหน่วยความจำหลัก) ใช้วิธีการและเทคนิคที่หลากหลายเพื่อจัดเตรียมการประมวลผลฐานข้อมูลในหน่วยความจำ IMDBMS สมัยใหม่ไม่เพียงแต่เก็บข้อมูลในหน่วยความจำเท่านั้น แต่ยังดำเนินการภายในหน่วยความจำด้วย ข้อมูลทั้งหมดอาจถูกจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำ แต่อาจอยู่ในรูปแบบที่บีบอัด เพิ่มประสิทธิภาพการเข้าถึงและการจัดเก็บข้อมูล DBMS สามารถออกแบบให้มีความสามารถแบบไฮบริด เช่น การรวมฟังก์ชันของดิสก์ไดรฟ์และเทคโนโลยีในหน่วยความจำเข้าด้วยกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดและลดต้นทุน เพื่อให้มั่นใจถึงความทนทานของข้อมูลภายใน IMDBMS จะต้องถ่ายโอนข้อมูลดังกล่าวเป็นระยะๆ จากหน่วยความจำที่ระเหยได้ไปยังรูปแบบการจัดเก็บข้อมูลระยะยาวที่คงอยู่ยาวนานขึ้น วิธีหนึ่งสำหรับสิ่งนี้เรียกว่า “การบันทึกธุรกรรม” โดยมีสแน็ปช็อตตามกำหนดเวลาของข้อมูลในหน่วยความจำที่ส่งไปยังที่จัดเก็บแบบไม่ลบเลือนบางรูปแบบ หากระบบล้มเหลว (และรีบูต) ฐานข้อมูลสามารถรีเซ็ตได้ โดยที่ข้อมูลปัจจุบันส่วนใหญ่ยังคงมีอยู่ คลาวด์และ IMBD ระบบคลาวด์มอบสภาพแวดล้อมที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้ประโยชน์สูงสุดจากการคำนวณในหน่วยความจำ สภาพแวดล้อมระบบคลาวด์ช่วยให้องค์กรสามารถเข้าถึง RAM จำนวนมากได้ตามต้องการ แนวทางนี้สามารถช่วยให้องค์กรหลีกเลี่ยงค่าใช้จ่ายของคอมพิวเตอร์ในหน่วยความจำภายในองค์กรได้ คลาวด์ยังสามารถจัดเตรียมสภาพแวดล้อมที่ทำให้การจัดเก็บข้อมูลในหน่วยความจำมีความน่าเชื่อถือมากขึ้นผ่านการใช้โฮสต์สำรองและเครื่องเสมือนโดยใช้การเฟลโอเวอร์อัตโนมัติ ด้วยมาตรการเหล่านี้ การหยุดชะงักของ RAM จะไม่ทำให้ข้อมูลสูญหาย มาตรการป้องกันเหล่านี้พัฒนาได้ยากขึ้นในระบบคอมพิวเตอร์ภายในองค์กร การรวมระบบคลาวด์และการประมวลผลในหน่วยความจำเป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมในการเพิ่มประโยชน์สูงสุดให้กับระบบในหน่วยความจำ อนาคตของสถาปัตยกรรม IMBD Nima Negahban, CTO ของ Kinetica กล่าวว่า: “หน่วยความจำในหน่วยความจำนั้นยอดเยี่ยมในการนำข้อมูลจำนวนมากเข้ามา มีการอัปเดตอย่างต่อเนื่อง จากนั้นจึงสามารถดูข้อมูลทั้งหมดและสร้างได้จริง- เวลา. มันทำให้ทุกอย่างง่ายขึ้นมาก เพราะมันเร็วกว่า ไม่ว่าข้อมูลจะอยู่ที่ใด ส่วนที่เหลือของโซลูชันสแต็กจะย้ายไปอยู่ที่ใด เนื่องจากข้อมูลมีราคาแพง และความจำเป็นในการเข้าถึงอย่างรวดเร็วและทำการกลายพันธุ์ของข้อมูลนั้นคือสิ่งที่ขับเคลื่อนการประมวลผลทั้งหมด เมื่อข้อมูลยังคงขยายตัว และเมื่อฐานข้อมูลในหน่วยความจำมีความสร้างสรรค์มากขึ้น เราจะเห็นว่าฐานข้อมูลมีบทบาทมากขึ้น โดยจะกลายเป็นที่ที่คุณจัดเก็บแอพคอนเทนเนอร์ เอ็นจินการสร้างภาพ โมเดลการเรียนรู้ของเครื่อง และอื่นๆ ปรากฏการณ์แรงโน้มถ่วงของข้อมูลจะมีผลบังคับใช้” รูปภาพที่ใช้ภายใต้ลิขสิทธิ์จาก Shutterstock.com

  • บ้าน
  • Business
  • Data science
  • Marketing
  • Leave a Reply

    Your email address will not be published. Required fields are marked *

    Back to top button