什么是并行数据库

一、什么是并行数据库

并行数据库系统（Parallel Database System）是新一代高性能的数据库系统，是在MPP和集群并行计算环境的基础上建立的数据库系统。并行数据库技术起源于20世纪70年代的数据库机（Database Machine）研究，，研究的内容主要集中在关系代数操作的并行化和实现关系操作的专用硬件设计上，希望通过硬件实现关系数据库操作的某些功能，该研究以失败而告终。80年代后期，并行数据库技术的研究方向逐步转到了通用并行机方面，研究的重点是并行数据库的物理组织、操作算法、优化和调度策络。从90年代至今，随着处理器、存储、网络等相关基础技术的发展，并行数据库技术的研究上升到一个新的水平，研究的重点也转移到数据操作的时间并行性和空间并行性上。并行数据库系统的目标是高性能（High Performance）和高可用性（High Availability），通过多个处理节点并行执行数据库任务，提高整个数据库系统的性能和可用性。性能指标关注的是并行数据库系统的处理能力，具体的表现可以统一总结为数据库系统处理事务的响应时间。并行数据库系统的高性能可以从两个方面理解，一个是速度提升（SpeedUp），一个是范围提升（ScaleUp）。速度提升是指，通过并行处理，可以使用更少的时间完成两样多的数据库事务。范围提升是指，通过并行处理，在相同的处理时间内，可以完成更多的数据库事务。并行数据库系统基于多处理节点的物理结构，将数据库管理技术与并行处理技术有机结合，来实现系统的高性能。可用性指标关注的是并行数据库系统的健壮性，也就是当并行处理节点中的一个节点或多个节点部分失效或完全失效时，整个系统对外持续响应的能力。高可用性可以同时在硬件和软件两个方面提供保障。在硬件方面，通过冗余的处理节点、存储设备、网络链路等硬件措施，可以保证当系统中某节点部分或完全失效时，其它的硬件设备可以接手其处理，对外提供持续服务。在软件方面，通过状态监控与跟踪、互相备份、日志等技术手段，可以保证当前系统中某节点部分或完全失效时，由它所进行的处理或由它所掌控的资源可以无损失或基本无损失地转移到其它节点，并由其它节点继续对外提供服务。为了实现和保证高性能和高可用性，可扩充性也成为并行数据库系统的一个重要指标。可扩充性是指，并行数据库系统通过增加处理节点或者硬件资源（处理器、内存等），使其可以平滑地或线性地扩展其整体处理能力的特性。随着对并行计算技术研究的深入和SMP、MPP等处理机技术的发展，并行数据库的研究也进入了一个新的领域，集群已经成为了并行数据库系统中最受关注的热点。目前，并行数据库领域主要还有下列问题需要进一步地研究和解决。（1）并行体系结构及其应用，这是并行数据库系统的基础问题。为了达到并行处理的目的，参与并行处理的各个处理节点之间是否要共享资源、共享哪些资源、需要多大程度的共享，这些就需要研究并行处理的体系结构及有关实现技术。（2）并行数据库的物理设计，主要是在并行处理的环境下，数据分布的算法的研究、数据库设计工具与管理工具的研究。（3）处理节点间通讯机制的研究。为了实现并行数据库的高性能，并行处理节点要最大程度地协同处理数据库事务，因此，节点间必不可少地存在通讯问题，如何支持大量节点之间消息和数据的高效通讯，也成为了并行数据库系统中一个重要的研究课题。（4）并行操作算法，为提高并行处理的效率，需要在数据分布算法研究的基础上，深入研究联接、聚集、统计、排序等具体的数据操作在多节点上的并行操作算法。（5）并行操作的优化和同步，为获得高性能，如何将一个数据库处理事务合理地分解成相对独立的并行操作步骤、如何将这些步骤以最优的方式在多个处理节点间进行分配、如何在多个处理节点的同一个步骤和不同步骤之间进行消息和数据的同步，这些问题都值得深入研究。（6）并行数据库中数据的加载和再组织技术，为了保证高性能和高可用性，并行数据库系统中的处理节点可能需要进行扩充（或者调整），这就需要考虑如何对原有数据进行卸载、加载，以及如何合理地在各个节点是重新组织数据。

二、并行数据库有哪些

1、Oracle RAC并行数据库管理系统。另外还有DBGrid分布式并行数据库系统，例如VoltDB实时业务高并发数据高性能数据库系统等。还有一些分布式关系型数据库系统，如MySQL的集群方案NDB Cluster和Oracle TimesTen实时分布式内存数据库系统等也是并行数据库的分支之一。至于Google提出的分布式数据库中涌现的非结构化处理机制和由闪存技术构建的数据库管理系统等，也在并行数据库领域占有重要位置。除此之外，还有一些基于大数据处理技术的并行数据库系统，如Apache Hadoop YARN分布式资源管理系统等。这些并行数据库系统在不同的应用场景和需求下发挥着重要作用。例如，Oracle RAC提供了高可用性、高扩展性和高容错性等特点，适用于大型企业的关键业务应用。而VoltDB则以其高并发和低延迟的特性在实时数据处理领域表现突出。

2、并行数据库通过在同一时间点执行多个处理任务的特性实现了高效的数据处理能力和优良的数据处理能力弹性伸缩性能以及非常高的负载能力。这些系统能够处理大量的数据请求，同时保持系统的稳定性和性能。此外，它们还提供了高可用性和可扩展性，使得在面临大规模数据处理需求时能够保持系统的稳定运行。它们还提供了灵活的架构和强大的数据处理能力，使得它们能够在各种应用场景下发挥出色的性能表现。

三、并行数据库的作用和目标

1、并行数据库系统的目标是高性能（High Performance）和高可用性（High Availability），通过多个处理节点并行执行数据库任务，提高整个数据库系统的性能和可用性。

2、性能指标关注的是并行数据库系统的处理能力，具体的表现可以统一总结为数据库系统处理事务的响应时间。并行数据库系统的高性能可以从两个方面理解，一个是速度提升（SpeedUp），一个是范围提升（ScaleUp）。速度提升是指，通过并行处理，可以使用更少的时间完成两样多的数据库事务。范围提升是指，通过并行处理，在相同的处理时间内，可以完成更多的数据库事务。并行数据库系统基于多处理节点的物理结构，将数据库管理技术与并行处理技术有机结合，来实现系统的高性能。

3、可用性指标关注的是并行数据库系统的健壮性，也就是当并行处理节点中的一个节点或多个节点部分失效或完全失效时，整个系统对外持续响应的能力。高可用性可以同时在硬件和软件两个方面提供保障。在硬件方面，通过冗余的处理节点、存储设备、网络链路等硬件措施，可以保证当系统中某节点部分或完全失效时，其它的硬件设备可以接手其处理，对外提供持续服务。在软件方面，通过状态监控与跟踪、互相备份、日志等技术手段，可以保证当前系统中某节点部分或完全失效时，由它所进行的处理或由它所掌控的资源可以无损失或基本无损失地转移到其它节点，并由其它节点继续对外提供服务。

4、为了实现和保证高性能和高可用性，可扩充性也成为并行数据库系统的一个重要指标。可扩充性是指，并行数据库系统通过增加处理节点或者硬件资源（处理器、内存等），使其可以平滑地或线性地扩展其整体处理能力的特性。

5、随着对并行计算技术研究的深入和SMP、MPP等处理机技术的发展，并行数据库的研究也进入了一个新的领域，集群已经成为了并行数据库系统中最受关注的热点。目前，并行数据库领域主要还有下列问题需要进一步地研究和解决。

6、（1）并行体系结构及其应用，这是并行数据库系统的基础问题。为了达到并行处理的目的，参与并行处理的各个处理节点之间是否要共享资源、共享哪些资源、需要多大程度的共享，这些就需要研究并行处理的体系结构及有关实现技术。

7、（2）并行数据库的物理设计，主要是在并行处理的环境下，数据分布的算法的研究、数据库设计工具与管理工具的研究。

8、（3）处理节点间通讯机制的研究。为了实现并行数据库的高性能，并行处理节点要最大程度地协同处理数据库事务，因此，节点间必不可少地存在通讯问题，如何支持大量节点之间消息和数据的高效通讯，也成为了并行数据库系统中一个重要的研究课题。

9、（4）并行操作算法，为提高并行处理的效率，需要在数据分布算法研究的基础上，深入研究联接、聚集、统计、排序等具体的数据操作在多节点上的并行操作算法。

10、（5）并行操作的优化和同步，为获得高性能，如何将一个数据库处理事务合理地分解成相对独立的并行操作步骤、如何将这些步骤以最优的方式在多个处理节点间进行分配、如何在多个处理节点的同一个步骤和不同步骤之间进行消息和数据的同步，这些问题都值得深入研究。

11、（6）并行数据库中数据的加载和再组织技术，为了保证高性能和高可用性，并行数据库系统中的处理节点可能需要进行扩充（或者调整），这就需要考虑如何对原有数据进行卸载、加载，以及如何合理地在各个节点是重新组织数据。