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Wie Storage und Datenbanken sich gemeinsam entwickeln
Experten sind sich einig, dass schneller Speicher und Memory die Datenbankprozesse positiv beeinflussen, und die Performance und Flexibilität von Datenbanktechnologien optimiert.
Die Technologien von Storage und Datenbanken gehen mit sehr schneller Geschwindigkeit voran, und die Verbindung von beiden ist alles andere als zufällig.
Die Speicher- und Memory-Technologien haben einen enormen Einfluss auf die Prozesse von Datenbanken.
„Schnellerer Speicher und Memory führen direkt zu schnelleren Datenbankoperationen“, sagt Tom Coughlin, ein Partner von IEEE und Präsident von Coughlin Associates, einer Beratungsfirma für Datenspeicher. Und er fügt hinzu: „Auch neue Technologien wie zum Beispiel Akzeleratoren, die eng mit Memory und Speicher zusammenarbeiten, können eventuell zu effizienteren Abläufen führen – mit größerer Performance und geringeren Latenzen.“
Eine korrespondierende Entwicklung
Storage- und Datenbanksysteme befinden sich auf den gleichen methodischen Zyklen von Technologie und Installation, erläutert Ken Claffey, VP und General Manager für Enterprise Data Solutions bei Seagate Technology.
Mit der Zeit hätten sich SQL-Datenbanken von vertikal skalierbaren Systemen zu NoSQL-Datenbanken entwickelt, die horizontal skalierbare, verteilbare Systeme sind. In ähnlicher Weise haben sich Speichertechnologien von vertikal skalierbaren Arrays zu verteilten, horizontal Scale-Out-Speichersystemen entwickelt.
Claffey ergänzt: „Beide Technologien haben auch grundsätzliche Änderungen auf der Entwicklungsebene durchgemacht, von On-Premises proprietären Systemen hin zu Software-defined und Open-Source-Cloud-Speicher-Modellen.“
Die NoSQL-Revolution, die das Bedürfnis nach einem komplexen, schwer zu verwaltenden Datenmodell eliminierte, um die Verdopplung von Daten zu reduzieren, hängt eng mit dem Aufkommen von PCIe-basierten SSDs im Zeitraum von 2007 bis 2008 zusammen, erklärt Glauber Costa, ein Ingenieur bei dem Datenbank-Entwickler ScyllaDB. Und er fügt hinzu, dass die anschließende Entwicklung der NVMe-Technologie dabei geholfen hat, die Performance von Datenbanken weiter zu beschleunigen.
In der nächsten Zukunft stellt persistentes Memory (Persistent Memory) eine neue Generation von schnellen und leistungsstarken Datenbanken in Aussicht, die mit Videos, IoT und anderen komplexen Daten zurechtkommen werden. Costa führt aus: „Mit Persistent Memory wird es eine verbreitete Tendenz geben, die Latenzen von Millisekunden (ms) auf mehrere Mikrosekunden (µs) zu reduzieren.“
Er ergänzt, dass sich Storage von einer Welt, in der 10 ms Zugriffszeit für Festplatten akzeptabel waren, hin zu einer Umgebung entwickelt hat, in der man 400 µs an Performance bei SATA-SSDs erhalten kann und bis zu 10 - 100 µs bei NVMe-Geräten. „Bald werden wir von 100 - 200 Nanosekunden – dem RAM-Standard – bei Persistent Memory sprechen“, ergänzt er.
Storage Provider haben auch begriffen, dass sie ihre Angebote über die schiere Geschwindigkeit hinaus verbessern müssen, um die Anforderungen von größeren, komplizierteren und zunehmend verletzbaren Datenbanken zu erfüllen. „Wir sprechen nicht nur über parallele Prozesse für Durchsatz, Latenzen oder Dichte“, sagt Costa. „Zum Beispiel bieten viele NVMe-Provider wegen dem wachsenden Bedarf an Privacy und Sicherheit in den Datenbanken nun Data-at-Rest-Verschlüsselung an.“
Geschwindigkeit und Skalierbarkeit
Datenbanken der nächsten Generation erfordern schnelleren Speicher und besonders skalierbare Architekturen. „Heutige NVMe-Controller kommen mit vier Mal mehr parallelen I/O-Kommandos als SSD-Controller für SAS und SATA zurecht, wobei ein einziges NVMe-Laufwerk oft in der Lage ist, die Performance eines ganzen All-Flash-Arrays zur Verfügung zu stellen“, sagt Kirill Shoikhet, Chief Architect bei Excelero, einem Anbieter von Software-defined Block Storage für Cloud- und Unternehmensanwendungen.
Bei transaktionalen Prozessen dreht sich alles um Latenzen und parallele Verarbeitung, und die NVMe-Technologie kann die Latenzen deutlich senken, ergänzt Shoikhet. Er erläutert: „Die Fähigkeit, mit NVMe-oF Zugang zu entfernten NVMe-Laufwerken in einer effizienten Art und Weise zu bekommen, eröffnet viele Möglichkeiten, um Datenbank-Instanzen in einem Rechenzentrum für eine performante Datenbank als einen Service laufen zu lassen. Die Engpässe, die von traditionellen Controller-basierten Architekturen verursacht werden, bedeuten jedoch implizit, dass die Performance nicht gesteigert werden kann, um mehrere simultane Zugänge mit niedrigen Latenzen zu erlauben.
Im Gegensatz dazu stellen Ansätze, die sich auf direkten Zugang mittels NVMe-oF oder ähnliche Protokolle in Netzwerken mit Remote Direct Memory Access stützen, einen geteilten Zugang mit niedrigen Latenzen zur Verfügung, mit dem Datenbanken bis zu Cloud-ähnlichen Umgebungen bei niedrigen Kosten skalieren können.“
Die Zukunft von Storage- und Datenbankentechnologien
Die Speicherpreise sinken weiter in schnellem Tempo, während die Nachfrage nach Daten und ihre Verwendung stark ansteigen. Doch trotz jüngster Verbesserungen können die Erweiterbarkeit und Performance einer Anwendung noch immer durch die Geschwindigkeit und den Funktionsumfang der Speicherlösung begrenzt sein, sagt Matt Yonkovit, Chief Experience Officer bei Percona, einem Anbieter von Datenbank-Software und -Services. Er fügt hinzu: „In dem Maße, wie Anwendungen wachsende Datenmengen speichern müssen, wird die Nachfrage nach schnelleren und zuverlässigeren Speichersystemen zunehmen.“
Es gibt viele spannende Entwicklungen an der Schnittstelle von Speicher und Datenbanken, einschließlich Computational Storage, Persistent Memory und SQL auf GPU-Basis. Wandel und Erneuerungen bei den Speicher- und Datenbanktechnologien geschehen derzeit in schnellem Tempo und sind es auf jeden Fall wert, weiter beobachtet zu werden.
