База данных в памяти ( IMDb , или система баз данных основной памяти ( MMDB ) или резидентная база данных памяти ) — это система управления базами данных , которая в первую очередь полагается на основную память для хранения компьютерных данных . Это контрастирует с системами управления базами данных, в которых используется механизм дискового хранения . Базы данных в памяти работают быстрее, чем базы данных, оптимизированные для диска, поскольку доступ к диску медленнее, чем доступ к памяти, а алгоритмы внутренней оптимизации проще и выполняют меньше инструкций ЦП. Доступ к данным в памяти сокращает время поиска при запросе данных, что обеспечивает более быструю и предсказуемую производительность, чем на диске. [1] [2]
Приложения, для которых время отклика имеет решающее значение, например, те, которые используют телекоммуникационное сетевое оборудование и сети мобильной рекламы , часто используют базы данных в основной памяти. [3] IMDB приобрели большую популярность, особенно в сфере анализа данных , начиная с середины 2000-х годов — в основном благодаря многоядерным процессорам, которые могут работать с большой памятью, и менее дорогой оперативной памяти . [4] [5]
Потенциальным техническим препятствием для хранения данных в памяти является нестабильность оперативной памяти. В частности, в случае отключения питания, преднамеренного или иного, данные, хранящиеся в энергозависимой оперативной памяти, теряются. [6] С внедрением технологии энергонезависимой оперативной памяти базы данных в памяти смогут работать на полной скорости и сохранять данные в случае сбоя питания. [7] [8] [9]
В своей простейшей форме базы данных основной памяти хранят данные на энергозависимых запоминающих устройствах. Эти устройства теряют всю сохраненную информацию при отключении питания или перезагрузке устройства. В этом случае можно сказать, что IMDB не поддерживают «долговечность» свойств ACID ( атомарность, согласованность, изоляция, долговечность). IMDB на основе энергозависимой памяти могут поддерживать и часто поддерживают три других свойства ACID: атомарность, согласованность и изоляцию.
Многие IMDB повысили надежность с помощью следующих механизмов:
Некоторые IMDB позволяют схеме базы данных указывать различные требования к устойчивости для выбранных областей базы данных – таким образом, быстро меняющиеся данные, которые можно легко восстановить или которые не имеют смысла после выключения системы, не нужно будет протоколировать для обеспечения устойчивости (хотя для обеспечения высокой доступности ее необходимо будет реплицировать), тогда как информация о конфигурации будет помечена как требующая сохранения.
Хотя хранение данных в памяти дает преимущества в производительности, это дорогостоящий метод хранения данных. Подход к реализации преимуществ хранения в памяти при одновременном ограничении затрат заключается в хранении наиболее часто используемых данных в памяти, а остальных — на диске. Поскольку нет жесткого различия между тем, какие данные следует хранить в памяти, а какие — на диске, некоторые системы динамически обновляют место хранения данных в зависимости от их использования. [10] Этот подход немного отличается от кэширования , при котором кэшируются данные, к которым последний раз обращались , а не данные , к которым чаще всего обращаются, которые хранятся в памяти.
Гибкость гибридных подходов позволяет найти баланс между:
В индустрии облачных вычислений появились термины «температура данных» или «горячие данные» и «холодные данные», чтобы описать, как данные хранятся в этом отношении. [11] «Горячие» данные используются для описания критически важных данных, к которым требуется частый доступ, тогда как «холодные» данные описывают данные, которые необходимы реже и менее срочно, например данные, хранящиеся для целей архивирования или аудита. «Горячие» данные должны храниться способами, обеспечивающими быстрый поиск и изменение, что часто, но не всегда, достигается за счет хранения в памяти. С другой стороны, холодные данные могут храниться более экономичным способом, и считается, что доступ к данным, вероятно, будет медленнее по сравнению с горячими данными. Хотя эти описания полезны, понятиям «горячий» и «холодный» не хватает конкретных определений. [11]
Эффективность производства является еще одной причиной выбора комбинированной системы баз данных в памяти и на диске. Некоторые линейки устройств, особенно в сфере бытовой электроники , включают в себя устройства с постоянной памятью, а также другие, для хранения которых используется память ( например, телевизионные приставки ). Если для таких устройств требуется система базы данных, производитель может использовать гибридную систему баз данных с меньшими и более высокими затратами и с меньшей настройкой кода вместо использования отдельных баз данных в памяти и на диске соответственно для бездисковых и дисковых баз данных. дисковые продукты.
Первый механизм базы данных , поддерживающий таблицы как в памяти, так и на диске в одной базе данных, WebDNA , был выпущен в 1995 году.
Другой вариант предполагает использование больших объемов энергонезависимой памяти на сервере, например, микросхем флэш-памяти в качестве адресуемой памяти, а не структурированной в виде дисковых массивов. База данных в такой форме памяти сочетает в себе очень высокую скорость доступа с устойчивостью к перезагрузкам и потерям питания. [12]