قابلية توسع قاعدة البيانات

يشير التوسع الرأسي لقواعد البيانات إلى قدرة نظام قاعدة البيانات على الاستفادة الكاملة من الأنظمة ذات التكوين الأقصى، والتي تشمل عادةً المعالجات المتعددة ذات الذاكرة الكبيرة وسعة التخزين الهائلة. تتميز هذه الأنظمة بسهولة إدارتها نسبيًا، ولكنها قد توفر توافرًا أقل. مع ذلك، لكل جهاز كمبيوتر تكوين أقصى. إذا تجاوزت أحمال العمل هذا الحد، فإن الخيارات المتاحة هي إما الانتقال إلى نظام آخر أكبر، أو إعادة تصميم النظام لتحقيق قابلية التوسع الأفقي. ^{[ 11 ]}

يتضمن التوسع الأفقي لقواعد البيانات إضافة المزيد من الخوادم للعمل على عبء عمل واحد. وتأتي معظم الأنظمة القابلة للتوسع الأفقي مصحوبة بتنازلات في الوظائف. إذا كان التطبيق يتطلب المزيد من الوظائف، فقد يكون الانتقال إلى نظام قابل للتوسع الرأسي هو الخيار الأفضل. ^{[ 11 ]}

تعمل قواعد البيانات على أجهزة فردية تتراوح سعتها من الساعات الذكية إلى الحواسيب العملاقة وصولاً إلى مزارع خوادم متعددة قابلة لإعادة التكوين بشفافية. ^{[ 3 ]} كما تم توسيع نطاق قواعد البيانات رأسيًا لتشغيلها على معالجات دقيقة 64 بت ، ووحدات معالجة مركزية متعددة النوى ، ومعالجات متعددة كبيرة الحجم بتقنية SMP ، باستخدام تطبيقات متعددة الخيوط .

يتطلب الاستغلال الأمثل لتكوين الأجهزة استخدام تقنيات تأمين متنوعة، بدءًا من تأمين قاعدة البيانات بأكملها، مرورًا بتأمين الجداول بأكملها، وصولًا إلى تأمين كتل القرص، وانتهاءً بتأمين صفوف الجداول الفردية. وتعتمد دقة التأمين المناسبة على حجم العمل. فكلما صغر حجم الكائن المُؤمَّن، قلّ احتمال تداخل طلبات قاعدة البيانات مع بعضها البعض أثناء خمول الجهاز. وعادةً ما تكون تأمينات الصفوف ضرورية لدعم تطبيقات معالجة المعاملات ذات الحجم الكبير، على حساب زيادة الحمل على المعالجة لإدارة العدد الأكبر من التأمينات. ^{[ 4 ]}

علاوة على ذلك، تضمن بعض الأنظمة أن يرى الاستعلام عرضًا متسقًا زمنيًا لقاعدة البيانات عن طريق قفل البيانات التي يفحصها الاستعلام لمنع أي تحديث من تعديلها، مما قد يؤدي إلى توقف العمل. وبدلاً من ذلك، تستخدم بعض قواعد البيانات اتساق القراءة متعدد الإصدارات لتجنب أقفال القراءة (المانعة) مع الاستمرار في توفير نتائج استعلام متسقة. ^{[ 12 ]}

قد تحدث مشكلة اختناق أخرى في بعض الأنظمة عندما تحاول طلبات متعددة الوصول إلى نفس البيانات في الوقت نفسه. على سبيل المثال، في أنظمة معالجة المعاملات الفورية (OLTP)، قد تحاول معاملات متعددة إدخال بيانات في الجدول نفسه في الوقت نفسه. في نظام "لا مشاركة"، تتم معالجة جميع عمليات الإدخال هذه في أي لحظة بواسطة خادم واحد يدير ذلك الجزء ( الشظية ) من الجدول، مما قد يُرهقه، بينما لا يكون لدى بقية النظام الكثير ليفعله. تستخدم العديد من هذه الجداول رقمًا تسلسليًا كمفتاح أساسي، ويزداد هذا الرقم مع كل صف جديد يُضاف. قد يتعرض فهرس هذا المفتاح أيضًا للتنازع (ارتفاع درجة الحرارة) أثناء معالجته لعمليات الإدخال هذه. أحد الحلول لهذه المشكلة هو عكس أرقام المفتاح الأساسي . يؤدي هذا إلى توزيع عمليات الإدخال في كل من الجدول والمفتاح عبر أجزاء متعددة من قاعدة البيانات. ^{[ 13 ]}

تتمثل إحدى التقنيات الأساسية في تقسيم الجداول الكبيرة إلى أقسام متعددة بناءً على نطاقات القيم في حقل رئيسي. على سبيل المثال، يمكن تخزين بيانات كل عام على قرص صلب منفصل أو على جهاز كمبيوتر منفصل. يزيل التقسيم القيود المفروضة على أحجام الجداول الفردية.

تحتفظ قواعد البيانات المكررة بنسخ من الجداول أو قواعد البيانات على أجهزة كمبيوتر متعددة. وتُعد تقنية التوسع هذه ملائمة بشكل خاص للبيانات التي نادراً ما يتم تحديثها أو لا يتم تحديثها على الإطلاق، مثل سجلات المعاملات أو جداول الضرائب. ^{[ 7 ]}

تُستخدم طرائق متنوعة لتوسيع نطاق العمليات بما يتجاوز حدود جهاز حاسوب واحد. يعتمد نظام HP Enterprise NonStop SQL على بنية "عدم المشاركة" ، حيث لا تتم مشاركة البيانات أو الذاكرة بين الخوادم المختلفة. يقوم منسق بتوجيه طلبات قاعدة البيانات إلى الخادم المناسب. توفر هذه البنية قابلية توسع شبه خطية.

يستخدم معيار X/Open XA المدعوم على نطاق واسع مراقبًا عالميًا للمعاملات لتنسيق المعاملات الموزعة بين موارد المعاملات شبه المستقلة المتوافقة مع XA.

يستخدم Oracle RAC نموذجًا مختلفًا لتحقيق قابلية التوسع، قائمًا على بنية "مشاركة كل شيء". يتضمن هذا النهج استخدام القرص المشترك الذي يسمح لأجهزة كمبيوتر متعددة بالوصول إلى أي قرص في المجموعة. وتُمكّن تقنيات التخزين المتصلة بالشبكة (NAS) وشبكات منطقة التخزين (SAN)، بالإضافة إلى الشبكات المحلية وتقنية قناة الألياف ، من إنشاء مثل هذه التكوينات. يتضمن هذا النهج ذاكرة تخزين مؤقت منطقية "مشتركة" تُتاح فيها البيانات المخزنة مؤقتًا في ذاكرة الخادم للخوادم الأخرى دون الحاجة إلى قراءتها من القرص مرة أخرى. تُنقل كل صفحة من خادم إلى آخر لتلبية الطلبات. تتم التحديثات عادةً بسرعة كبيرة، بحيث يمكن تحديث صفحة "شائعة" من خلال عمليات متعددة مع تأخير ضئيل. يُزعم أن هذا النهج يدعم مجموعات تحتوي على ما يصل إلى 100 خادم. ^{[ 14 ]}

يشكك بعض الباحثين في القيود المتأصلة في أنظمة إدارة قواعد البيانات العلائقية . فعلى سبيل المثال، يرى مشروع GigaSpaces أن بنية البيانات القائمة على المساحة ضرورية لتحقيق الأداء الأمثل وقابلية التوسع. بينما يقدم مشروع Base One حجته لصالح قابلية التوسع القصوى ضمن تقنية قواعد البيانات العلائقية السائدة. ^{[ 15 ]}