Alternativni pristupi u

izgradnji sistema baza

podataka NoSQL, ugraene i temporalne

baze podataka

Alternativni pristupi u izgradnji SBP

Sistemi baza podataka

2 / 117

Sadraj

NoSQL baze podataka

Ugraene baze podataka

Temporalne baze podataka

Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

Termin NoSQL

nastao 2009. godine

u optem smislu, objedinjuje sve baze podataka i skladita

podataka koje ne slede primarne principe relacionih baza

podataka

No SQL ili Not Only SQL

ne predstavlja jedan proizvod ili tehnologiju

ve klasu proizvoda i kolekciju razliitih, ponekad povezanih

koncepata o nainima skladitenja i manipulacije podacima

3 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

Motivacija

pojava Interneta prouzrokuje

eksploziju koliine podataka koju je potrebno skladititi

problem velikih koliina podataka

degradacija performansi RSUBP

koliina podataka ima trend stalnog rasta

veliina pojedinanih podataka takoe raste

potreba za visokim nivoom skalabilnosti

zahteva se unapreenje skalabilnosti

potreba za visokim nivoom raspoloivosti

eksploziju broja istovremenih zahteva nad BP

milioni istovremenih zahteva

odgovor mora biti u razumnom vremenskom roku

4 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

Motivacija

pojam veliki podaci predstavlja kolekciju digitalnih

informacija

eng. big data

iji obim prevazilazi sposobnost prosene percepcije ljudi pa

i kapacitete raznih softverskih alata

za prihvatanje, obradu i upravljanje podacima

nije tano odreena donja granica veliine, definisane

pojmom veliki podaci

trenutno - svaki skup podataka vei od nekoliko terabajta

duina transakcija postaje problem

nepredvidiva duina transakcije

ACID osobine transakcija vie ne odgovaraju zahtevima,

vezanim za obradu velikih koliina podataka

5 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

ACID osobine

skraenica od eng. Atomicity, Consistency, Isolation,

Durability

skup osobina BP

garantuju pravilno izvrenje transakcija

definisane od strane Jim Gray-a

krajem 1970-ih godina

prilikom definisanja pouzdanog transakcionog sistema

6 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

ACID osobine

atominost

u sluaju uspenog izvrenja transakcije

sve operacije obuhvaene transakcijom e biti uspeno

izvrene

baza podataka ostaje u konzistentnom stanju

u sluaju neuspenog izvrenja transakcije

efekti izvrenja operacija obuhvaenih transakcijom nee biti

sauvani u bazi podataka

baza podataka takoe ostaje u konzistentnom stanju

onome, koje je prethodilo datoj transakciji

7 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

ACID osobine

konzistentnost

ukoliko su se podaci pre izvrenja transakcije nalazili u

konzistentnom stanju, nalazie se i po okonanju transakcije

izolacija

operacije tekue transakcije ne utiu na druge transakcije

koje se istovremeno izvravaju

trajnost

promene koje nastaju nakon zavretka transakcije ostaju

trajno sauvane

ak i u sluaju pada itavog sistema

8 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

CAP teorema

sistem koji skladiti deljene podatke ne moe

obezbediti istovremeno zadovoljenje sledeih uslova

konzistentnost

eng. Consistency

raspoloivost

eng. Availability

tolerancija razdvojenosti

eng. Partition tolerance

primenljiva na sisteme zasnovane na distribuiranoj

arhitekturi

9 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

CAP teorema

konzistentnost

svako itanje iz baze podataka kao rezultat ima najnoviju

verziju podataka

raspoloivost

odziv sistema u garantovanim vremenskim okvirima

baza podataka e uvek biti dostupna

nezavisno kada je postavljen upit

postie se

velikim brojem fizikih servera

replikacijom podataka

10 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

CAP teorema

tolerancija razdvojenosti

nijedan skup otkaza, osim potpunog otkazivanja, ne sme da

proizvede neispravan odziv sistema baze podataka

sistem mora da prihvata delimine otkaze i nastavlja ispravan

rad

razdvojenost

stanje komunikacione mree kod koje su delovi sistema

podeljeni u dve ili vie particija

izmeu kojih ne postoji komunikacija

reenje:

replikacija

odloeno (asinhrono) pisanje u trenutno nedostupne

delove baze podataka

11 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

CAP teorema - dokaz

12 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

A V1 V0

A V0

1

2

A V1

A

P

V0

1

2

A V1

B V1 V1

1

2

1 2 3

NoSQL baze podataka

CAP teorema dokaz

ta se dogaa ako poruka P ne stigne na

odredite?

dolazi do razdvojenosti delova sistema

tri mogua dogaaja

transakcija A se ponitava

sistem ne prihvata razdvojenost svojih delova

transakcija A se uspeno nastavlja

sistem nije konzistentan

transakcija A eka na uspeno slanje poruke P

sistem nije raspoloiv

nepoznato vreme odaziva

u svakom od dogaaja jedan od uslova nije

ispunjen

13 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

CAP teorema kompromisi

odbacivanje prihvatanja razdvojenosti

obezbeuju se konzistentnost i raspoloivost

alternative

kompletan sistem na jednom raunaru

rad bez razdvojenosti

viestruko umreavanje

redudantne veze

veoma skupe

ree se pravi ovakav kompromis

14 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

CAP teorema kompromisi

odbacivanje raspoloivosti

obezbeuju se konzistentnost i tolerancija razdvojenosti

u sluaju razdvojenosti ne garantuje se vreme odziva

problem se redukuje uspostavljanjem to nie sprege izmeu

vorova

koristi se ree

sistem koji nije raspoloiv nije ni upotrebljiv

15 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

CAP teorema kompromisi

odbacivanje konzistentnosti

obezbeuju se raspoloivost i tolerancija razdvojenosti

ne garantuje itanje poslednje verzije podataka u sluaju

razdvojenosti

u suprotnosti sa ACID skupom osobina

definie se BASE skup osobina

eng. Basically Available, Soft state, Eventually consistent

16 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

BASE osobine

sutinski raspoloiv

veina podataka je dostupna vei deo vremena

nekonzistentno stanje

baza podataka ne mora biti konzistentna u svakom trenutku

konvergentna konzistencija

dodatkom novog vora u sistem sadraj se moe replicirati

na njega

ne postoji garancija da e u svakom trenutku svi vorovi

sadrati identine kopije podataka

tei se vremenskoj taki u kojoj e svi vorovi sadrati

konzistentne podatke

17 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

MapReduce algoritam

omoguava upravljanje velikim koliinama podataka

posredstvom distribuirane mree vorova

deli veliki zadatak na manje delove

pogodne za paralelno procesiranje

MapReduce okruenje

upravlja izvrenjem MR algoritma

obezbeuje spregu sa korisnikom

18 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

MapReduce algoritam

map korak

glavni vor

preuzima ulazne podatke

deli ulazne podatke na manje delove

distribuira manje delove u radne vorove

radni vorovi

procesiraju dodeljene zadatke

vraaju odgovor glavnom voru

reduce korak

glavni vor

preuzima rezultate radnih vorova

kombinuje rezultate sa ciljem dobijanja traenog rezultata

19 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

NoSql sistemi

nastali usled potreba za

skladitenjem velike koliine podataka

pristupom od strane velikog broja korisnika

realizacija baza podataka se oslanja na distribuiranu

arhitekturu

CAP teorema

sa BASE skupom osobina

uvodi pojam konvergentne konzistentnosti kao

kompromisno reenje

MapReduce algoritam

efikasna obrada podataka

20 / 117 Alternativni pristupi u izgradnji SBP

NoSQL baze podataka

NoSql sistemi osobine i prednosti

ne poseduju formalno specificiranu emu baze

podataka

rukovanje fleksibilnim strukturama podataka

nestrukturirani i polustrukturirani podaci

ne oslanjaju se na relacioni model podataka

ne podravaju operacije spajanja

unapreene performanse u radu sa velikom koliinom

podataka

horizontalna skalabilnost i ela