قاعدة بيانات في الذاكرة

قاعدة البيانات في الذاكرة ( IMDb ، أو نظام قاعدة بيانات الذاكرة الرئيسية ( MMDB )، أو قاعدة البيانات المقيمة في الذاكرة ) هي نظام لإدارة قواعد البيانات يعتمد بشكل أساسي على الذاكرة الرئيسية لتخزين بيانات الحاسوب . وهي تختلف عن أنظمة إدارة قواعد البيانات التي تستخدم آلية تخزين على القرص . تتميز قواعد البيانات في الذاكرة بسرعتها مقارنةً بقواعد البيانات المُحسّنة للقرص، لأن الوصول إلى القرص أبطأ من الوصول إلى الذاكرة، كما أن خوارزميات التحسين الداخلية أبسط وتنفذ عددًا أقل من تعليمات وحدة المعالجة المركزية. يُلغي الوصول إلى البيانات في الذاكرة وقت البحث عند الاستعلام عن البيانات، مما يوفر أداءً أسرع وأكثر قابلية للتنبؤ من القرص. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

تستخدم التطبيقات التي يكون فيها وقت الاستجابة بالغ الأهمية، مثل تلك التي تُشغّل معدات شبكات الاتصالات وشبكات الإعلانات عبر الهاتف المحمول ، قواعد بيانات الذاكرة الرئيسية في أغلب الأحيان. ^{[ 3 ]} وقد اكتسبت قواعد بيانات الذاكرة الرئيسية رواجًا كبيرًا، لا سيما في مجال تحليلات البيانات ، بدءًا من منتصف العقد الأول من الألفية الثانية ، ويعود ذلك أساسًا إلى المعالجات متعددة النوى التي يمكنها الوصول إلى ذاكرة كبيرة، وإلى انخفاض تكلفة ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

تُعدّ خاصية تقلب ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) عائقًا تقنيًا محتملاً أمام تخزين البيانات في الذاكرة. ففي حالة انقطاع التيار الكهربائي، سواء كان ذلك متعمدًا أم لا، تُفقد البيانات المخزنة في ذاكرة الوصول العشوائي المتطايرة . ^{[ 6 ]} ومع ظهور تقنية ذاكرة الوصول العشوائي غير المتطايرة ، ستتمكن قواعد البيانات الموجودة في الذاكرة من العمل بكامل طاقتها والحفاظ على البيانات في حالة انقطاع التيار الكهربائي. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

في أبسط صورها، تخزن قواعد بيانات الذاكرة الرئيسية البيانات على أجهزة ذاكرة متطايرة . تفقد هذه الأجهزة جميع المعلومات المخزنة عند انقطاع التيار الكهربائي عنها أو إعادة تشغيلها. في هذه الحالة، يمكن القول إن قواعد بيانات الذاكرة الرئيسية تفتقر إلى دعم خاصية "المتانة" من خصائص ACID (الذرية، والاتساق، والعزل، والمتانة). بينما تدعم قواعد بيانات الذاكرة الرئيسية القائمة على الذاكرة المتطايرة، وغالبًا ما تدعم، الخصائص الثلاث الأخرى لـ ACID وهي الذرية والاتساق والعزل.

أضافت العديد من مواقع IMDB متانةً إضافيةً من خلال الآليات التالية:

• ملفات اللقطات ، أو صور نقاط التحقق ، التي تسجل حالة قاعدة البيانات في لحظة زمنية محددة. يُنشئ النظام هذه الملفات عادةً بشكل دوري، أو على الأقل عند إيقاف تشغيل قاعدة بيانات الأفلام على الإنترنت (IMDb) بشكل مُتحكم فيه. ورغم أنها تُوفر قدرًا من استمرارية البيانات (بحيث لا تفقد قاعدة البيانات كل شيء في حالة تعطل النظام)، إلا أنها لا تُوفر سوى متانة جزئية (إذ تُفقد التغييرات "الحديثة"). وللحصول على متانة كاملة، يجب استكمالها بأحد الوسائل التالية:
• تسجيل المعاملات ، الذي يسجل التغييرات التي تطرأ على قاعدة البيانات في ملف سجل ويسهل الاسترداد التلقائي لقاعدة البيانات الموجودة في الذاكرة.
• وحدة الذاكرة غير المتطايرة ( NVDIMM ) هي وحدة ذاكرة مزودة بواجهة DRAM، وغالبًا ما تُدمج مع ذاكرة فلاش NAND لضمان أمان البيانات غير المتطايرة. صُممت حلول NVDIMM الأولى باستخدام مكثفات فائقة بدلًا من البطاريات كمصدر طاقة احتياطي. بفضل هذه الوحدة، يمكن لـ IMDb استئناف العمل بأمان من حالته عند إعادة التشغيل.
• ذاكرة الوصول العشوائي غير المتطايرة (NVRAM)، والتي عادةً ما تكون على شكل ذاكرة وصول عشوائي ثابتة مدعومة بطاقة بطارية (ذاكرة الوصول العشوائي بالبطارية)، أو ذاكرة قراءة فقط قابلة للمسح والبرمجة كهربائياً ( EEPROM ). باستخدام هذه الذاكرة، يستطيع نظام IMDb عند إعادة التشغيل استعادة البيانات من آخر حالة متسقة لها.
• تعتمد تطبيقات التوافر العالي على نسخ قواعد البيانات ، مع التحويل التلقائي إلى قاعدة بيانات احتياطية مطابقة في حالة تعطل قاعدة البيانات الأساسية. ولحماية البيانات من الفقدان في حالة تعطل النظام بالكامل، يُستخدم عادةً نسخ قاعدة بيانات IMDb بالإضافة إلى آلية أو أكثر من الآليات المذكورة أعلاه.

تسمح بعض قواعد بيانات إدارة المعلومات (IMDBs) لمخطط قاعدة البيانات بتحديد متطلبات متانة مختلفة لمناطق محددة من قاعدة البيانات - وبالتالي، فإن البيانات سريعة التغير التي يمكن إعادة إنشائها بسهولة أو التي ليس لها معنى بعد إيقاف تشغيل النظام لن تحتاج إلى تسجيلها من أجل المتانة (على الرغم من أنه يجب نسخها من أجل التوافر العالي)، في حين سيتم وضع علامة على معلومات التكوين على أنها بحاجة إلى الحفظ. 

على الرغم من أن تخزين البيانات في الذاكرة يُحسّن الأداء، إلا أنه يُعدّ طريقة مكلفة لتخزين البيانات. ولتحقيق فوائد التخزين في الذاكرة مع تقليل التكاليف، يُمكن تخزين البيانات الأكثر استخدامًا في الذاكرة، وباقي البيانات على القرص. ونظرًا لعدم وجود تمييز واضح بين البيانات التي يجب تخزينها في الذاكرة وتلك التي يجب تخزينها على القرص، تقوم بعض الأنظمة بتحديث مكان تخزين البيانات ديناميكيًا بناءً على استخدامها. ^{[ 10 ]} يختلف هذا الأسلوب اختلافًا طفيفًا عن التخزين المؤقت ، حيث تُخزّن البيانات التي تم الوصول إليها مؤخرًا مؤقتًا ، بدلًا من تخزين البيانات الأكثر استخدامًا في الذاكرة.

تتيح مرونة الأساليب الهجينة تحقيق التوازن بين:

• الأداء (الذي يتم تحسينه عن طريق فرز وتخزين واسترجاع البيانات المحددة بالكامل في الذاكرة، بدلاً من الذهاب إلى القرص)
• التكلفة، لأنه يمكن استبدال القرص الصلب الأقل تكلفة بذاكرة أكبر
• المثابرة
• عامل الشكل، لأن رقائق ذاكرة الوصول العشوائي لا يمكن أن تقترب من كثافة محرك الأقراص الصلبة الصغير

في مجال الحوسبة السحابية، ظهر مصطلحا "درجة حرارة البيانات" أو "البيانات الساخنة" و"البيانات الباردة" لوصف كيفية تخزين البيانات في هذا السياق. ^{[ 11 ]} تُستخدم البيانات الساخنة لوصف البيانات بالغة الأهمية التي تتطلب الوصول إليها بشكل متكرر، بينما تُستخدم البيانات الباردة لوصف البيانات التي لا تتطلب الوصول إليها بشكل متكرر أو عاجل، مثل البيانات المحفوظة لأغراض الأرشفة أو التدقيق. ينبغي تخزين البيانات الساخنة بطرق تتيح استرجاعها وتعديلها بسرعة، ويتم ذلك غالبًا عن طريق التخزين في الذاكرة، ولكن ليس دائمًا. أما البيانات الباردة، فيمكن تخزينها بطريقة أكثر فعالية من حيث التكلفة، ومن المسلّم به أن الوصول إليها سيكون أبطأ على الأرجح مقارنةً بالبيانات الساخنة. ورغم فائدة هذه الأوصاف، إلا أن مصطلحي "الساخنة" و"الباردة" يفتقران إلى تعريفات محددة. ^{[ 11 ]}

تُعدّ كفاءة التصنيع سببًا إضافيًا لاختيار نظام قاعدة بيانات مُدمج يجمع بين الذاكرة والقرص. تتضمن بعض خطوط إنتاج الأجهزة، لا سيما في الإلكترونيات الاستهلاكية ، وحدات ذات تخزين دائم، وأخرى تعتمد على الذاكرة للتخزين ( مثل أجهزة الاستقبال الرقمية ). إذا كانت هذه الأجهزة تتطلب نظام قاعدة بيانات، فيمكن للمُصنِّع اعتماد نظام قاعدة بيانات هجين بتكلفة أقل أو أعلى ، وبقدر أقل من تخصيص البرمجيات، بدلًا من استخدام قواعد بيانات منفصلة، ​​إحداها في الذاكرة والأخرى على القرص، لمنتجاته التي لا تعتمد على القرص وتلك التي تعتمد عليه.

تم إصدار محرك قاعدة البيانات الأول الذي يدعم الجداول الموجودة في الذاكرة والجداول الموجودة على القرص في قاعدة بيانات واحدة، وهو WebDNA، في عام 1995.

يتضمن شكل آخر استخدام كميات كبيرة من الذاكرة غير المتطايرة في الخادم، على سبيل المثال، رقائق ذاكرة الفلاش كذاكرة قابلة للعنونة بدلاً من هيكلتها كمصفوفات أقراص. تجمع قاعدة البيانات في هذا النوع من الذاكرة بين سرعة الوصول الفائقة واستمرارية البيانات حتى بعد إعادة التشغيل وانقطاع التيار الكهربائي. ^{[ 12 ]}

• SAP HANA : هي قاعدة بيانات عمودية التوجه تُخزّن البيانات في الذاكرة بدلاً من تخزينها على القرص. وتدّعي أنها تُخزّن البيانات بشكل عمودي في الذاكرة الرئيسية، وتدعم كلاً من المعالجة التحليلية الفورية (OLAP) والمعالجة المعاملاتية الفورية (OLTP) في النظام نفسه. ^{[ 13 ]}
• أوراكل تايمز تين: هي قاعدة بيانات في الذاكرة، وهي قاعدة بيانات علائقية مُحسَّنة للذاكرة، وتدّعي تقديم استجابة في أجزاء من الثانية وأداء إنتاجية عالي للغاية. ^{[ 14 ]}
• Redis : قاعدة بيانات متاحة المصدر في الذاكرة، تم تطويرها بواسطة شركة Redis Ltd.، وتستخدم على نطاق واسع.

• مقارنة أنظمة إدارة قواعد البيانات العلائقية
• مخزن بيانات موزع
• قواعد البيانات المضمنة
• المعالجة في الذاكرة
• قائمة قواعد البيانات الموجودة في الذاكرة
• NoSQL
• نيو إس كيو إل

• جاك بيلزر (أبريل 1980).موسوعة علوم وتكنولوجيا الحاسوب - المجلد 14: أنظمة قواعد البيانات الضخمة جدًا إلى أنظمة الذاكرة الصفرية ومصادر معلومات ماركوف . دار نشر مارسيل ديكر. رقم ISBN 978-0-8247-2214-2.