数据库的前世今生

2020-06-22

原标题:数据库的前世今生

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被称之为基础柔件三驾马车之一的数据库,在经历了层次型和网状型、相关型数据型库以及更强化盛的数据管理功能等三个时期之后,其在异日的发展历程中还有哪些更众的能够性?

基于此,卡内基梅隆大学计算机科学系数据库学副教授 Andy Pavlo 曾于 2015 年为 CMU 计算机科学系 50 周年庆典上写下了本身对于数据库异日 50 年的构想。

在本文中,他挑出了几点:相关模型对于大无数行使而言仍将占有主导地位,开发框架和数据库管理编制将更添厉密地耦相符在一首,从而使一切数据库交互都透明化,SQL 照样是与 DBMS 交互的实际说话,但人类永久都不会真实编写 SQL,将以自然说话查询相关数据题目,这将导致编程方式发生壮大变化。无所不在的「物联网」意味着每个设备都能搜集其环境的数据,对于新硬件,更变通和可编程的处理结构将更为普及,人类行为数据库管理员的角色将不复存在,DBMS 最后将十足自治和自吾修复,星际设备的数据库事务将崛首,最后,「吾将在 50 年后死」。

以下为译文:

最后,吾照样从事了吾曾扬言不会从事的做事:成为别名教授,有本身的博客,但从不更新。吾清新,距离吾上次发外文章已有一年之久,吾也必要给事务处理数据库编制这一盛开议题撰写第三片面内容。往年在CMU发生了很众事情,吾计划在项现在更添完善后再在这边商议。预告几点:

自然,还有很众并发控制和非易失性内存做事。毫无疑问,吾的课外教授运动已经顾不太上了。

以下是吾写的一篇文章,行为下个月CMU计算机科学系50周年庆典的一片面。吾们每个教员的义务是:针对自身所在的周围,展看其在2065年的发展概况。因此,吾的义务是概述数据库编制在50年后的样子。但是,在吾展看异日之前,吾最先花一些时间来商议数据库的以前和现在。

1

数据库的以前

第一个数据库管理编制(DBMS)在1968年上线。IBM的IMS用于跟踪土星5号和阿波罗太空追求项方针供答和零部件库存。它引入了云云一栽思维,即行使程序的代码答该与它所操作的数据别离。由此声援开发人员编写只关注数据访问和操作的行使程序,而不关注与实走这些操作和确保数据坦然相关的复杂性和支付。IMS之后,在20世纪70年代早期,IBM的System R和添州大学的INGRES率先开发了第一个相关型DBMS。

第一批编制的数据库做事负载异国今天那么复杂和众样化。在这些早期的行使程序中,操作员经过终端启动事务,然后手动向编制输入新数据。此时,DBMS的预期峰值吞吐量仅为每秒数十到数百个事务,回响反映时间以秒为单位度量。这些早期DBMS的体系结构也基于那时通走的计算硬件。它们清淡安放在只有一个CPU中央和幼批主内存的计算机上。对于这些编制来说,磁盘是数据库的主要存储位置,由于磁盘能够存储比内存更大的数据,而且成本更矮。

2

数据库的现在

尽管在50年后,吾们行使数据库的方式发生了很大的变化,相关模型和SQL照样是布局数据库并与之交互的主要方式。很众互联网行使程序必要每秒声援数十万甚至数百万个事务,每个事务的处理延长以毫秒为单位。这是由于它们同时与数百万用户和其他计算机编制相连。现在,企业和布局能够从这些行使程序中搜集大量的数据,他们期待分析这些数据来揣摸新的新闻,以请示他们的决策。基于此,近年来吾们看到了针对特定行使场景的特意编制的崛首,这些行使场景的性能比基于1970年代架构的通用DBMS要益得众。现在有一些DBMS旨在为联机事务处理(OLTP)行使程序迅速获取新新闻,还有一些DBMS旨在为复杂的联机分析处理(OLAP)程序存储大量数据。

这些较新的DBMS还行使了近年来展现的三栽主要硬件趋势。最先是大内存计算机的展现,这使得现在能够安放幼批的机器,这些机器有有余的DRAM来存储除了最大的OLTP数据库之外的一切数据。将数据存储在内存中能够确保DBMS能够以较矮的延长同时处理很众事务。按照吾们的经验,用于当代OLTP行使程序的数据库的大幼清淡为几百GB。与OLAP数据仓库相比,DBMS能够管理几个PB大幼的数据库。这是由于OLTP数据库存储行使程序的现在状态(例如,比来90天的订单),而OLAP数据库存储布局的一切历史新闻(例如,一切下过的订单)。因此,OLAP DBMS照样主要存储在磁盘上,并行使一些优化,如压缩或柱状存储,以克服它们较长的访问时间。

第二个硬件趋势是从挑高单核CPU时钟速度到众核CPU的转折。时钟频率已保持了几十年的添长,但现在添长已经停留,由于硬功率节制和复杂性的题目。复杂的、无序的、超标量的处理器正在被浅易的、有序的、单题目中央所取代。在DBMS中行使这栽增补的并走性是很难得的,由于协和数百个线程的共享数据的访问特意复杂。当代DBMS行使矮支付并发控制和其他无锁技术来挑高编制的可伸缩性。

第三个趋势是商品硬件的成本降矮。这在云计算平台中尤为清晰。现在能够安放一个大型集群,其处理和存储能力只相等于十年前的一幼片面。这栽变化与1980-1990年代相比,二手车以前十年中异国共享的DBMS的数目在赓续增补。

尽管取得了这些挺进,但照样存在一些壮大题目,由此窒碍了很众人安放数据浓密型行使程序。一切这些的一个主要主题是,数据库照样是计算编制(例如,安放、配置、管理)的人造浓密型组件。行使两个自力的DBMS别离OLTP和OLAP做事负载,以避免其中一个做事负载减慢另一个做事负载的速度,但是它必要额外的进程来将数据从编制传输到另一个做事负载。除此之外,调优DBMS以获得特定行使程序的最佳性能是出了名的难得。很众布局求助于雇佣行家来为预期的做事量配置编制。但是,随着数据库的周围和复杂性的添长,优化DBMS以已足这些行使程序的需求已经超出了人类的能力。

3

数据库的异日

在接下来的50年里,就像之前相通,吾们将看到数据库周围的壮大变化。除了存储的数据量和速度清晰添大之外,数据库在行使程序中的行使方式以及它们所安放的硬件类型也将发生壮大变化。很难展望该周围的主要范式转折是什么,展望哪些数据库公司和产品照样可用也是不实际的。因此,吾发外一下对几个普及主题的看法。

相关模型仍将主导大无数行使程序,但开发人员将不再必要过于不安其行使程序行使的数据模型。编程框架和DBMS之间的耦相符将更添厉密,云云一切的数据库交互都将是透明的(并且是最佳的)。同样,SQL(或它的某栽方言)将照样是与DBMS交互的实际说话,但人类实在上永久不会编写SQL。相逆,他们会用自然说话咨询相关数据的题目。这些变化将导致吾们编写程序的方式发生壮大转折;开发人员以一栽最容易被人类理解的方式对其数据进走建模,然后框架(与DBMS一首)将自动为其生成最佳存储方案。一切程序都将行使强一致的ACID事务实走。也就是说,在当今基于Web的行使程序中行使的最后一致性形式将避免增补管理的复杂性。在网络通信、并发控制和资源管理方面将会有壮大的改进,这将行使ACID事务变得更益并具有可伸缩性。

异日会有越来越众的行使程序更自然地将数据存储在数组或矩阵中。这是由于布局必要分析大量的非结构化新闻,尤其是视频。吾们将掌握将一切非结构化数据转换成半结构化格式的能力,这栽格式在DBMS中更容易布局和索引。行为其中的一片面,时效性也将变得主要,由于它相关到新闻如何随时间的变化。现在的编制无法注释这一点,由于在一个时间序列中存储挑取的每个视频帧的新闻的支付很大。

无处不在的“物联网”将意味着每台设备都能够搜集相关其环境的数据。这将包括从幼型嵌入式传感器到大型自立机器人。幼型设备将行使片上DBMS,就像手机现在包含片上视频解码器相通。一切这些编制的数据库将十足能够经过一些标准API(能够是SQL)进走组相符和浅易的说相符。这意味着DBMS将以零配置彼此通信。你只需将两个DBMS相互指向对方,它们就会立即传递它们的新闻,并确保它们是同步的。某些管理器服务将能够按照必要跨设备分发查询实走。人们将不必要手动配置挑取-转换-添载实用程序或其他工具来保持差别编制上的数据一致。以这栽方式使一切差别的DBMS可组相符和可互操作将是一项主要的工程做事。因此,将会有一个行使人造智能或机器学习的工具包来自动地将差别的DBMS变体映射到彼此以进走相通的操作。

对于新的硬件,更变通和可编程的制程将更普及。DBMS将把程序的关键片面(例如锁管理器)编译到一个硬件添速器中。吾们还将看到易失性和非易失性内存之间的二分法的消逝。DBMS将伪定一切内存都是迅速和持久的,不必要维护变化无常的缓存。这栽新存储器将比今天可用的存储器大几个数目级。因此,DBMS将在预先计算的作古视图中存储其数据的众个副本,以便迅速回响反映任何能够的查询。

数据库管理员的角色将不复存在。这些异日的编制太复杂了,人类无法推理。DBMS最后将十足自治和自修复。同样,编程框架和DBMS之间的厉密耦相符将声援编制在布局数据、挑供资源和优化实走方面做出比人造生成计划更益的决策。

吾们将看到星际设备(如太空探测器)数据库事务的添长。在这栽情况下,在这些容器上运走的DBMS彼此之间的距离将比在地球上运走的编制要远得众,并且会导致清晰较长的延长(即延长时间,分钟或幼时)。这意味着在今天基于web的行使程序中行使的弱一致性技术和实践将被行使到这些星际编制中。

末了的末了,50年后吾也已脱离阳世了吧。

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