Представлена новая открытая СУБД VoltDB

Анонсирована новая открытая СУБД нового поколения - VoltDB, ориентированная на обработку транзакций в реальном времени (OLTP) и продемонстрировавшая способность обрабатывать миллионы транзакций в секунду на недорогом кластере, собранном своими силами из обычных серверов. Проектирование и разработка VoltDB велась под руководством Майкла Стоунбрейкера (Mike Stonebraker), одного из основателей проектов Ingres и PostgreSQL. СУБД распространяется в двух вариантах: коммерческом, с обеспечением полноценной поддержки, и свободном "Community Edition". Исходные тексты доступны в рамках лицензии GPL.

Отмечено, что VoltDB опережает по производительности традиционные OLTP СУБД в односерверной конфигурации в 45 раз, но в отличие от высокопроизводительных БД проповедующих подход NoSQL, VoltDB поддерживает выполнение запросов на языке SQL и гарантирует транзакционную целостность данных (ACID, атомарность и изолированность транзакций). По заявлению разработчиков, пре-релиз VoltDB можно рассматривать как стабильный, он уже несколько месяцев используется в компании Getco, бизнес которой связан с электронными финансовыми торгами, и продемонстрировал непревзойденные показатели производительности и масштабируемости. Другим примером внедрения VoltDB являются online-игры студии Eonblast, по данным которой производительности при использовании VoltDB опережает классические решения на базе MySQL с кешированием в Memcached.

Невероятного на первый взгляд роста производительности в VoltDB удалось добиться благодаря использованию совершенно непохожей на традиционные схемы внутренней архитектуры. Типичные современные OLTP СУБД используют те же приемы, что и 30 лет назад и очень трудно масштабируются при увеличении числа CPU или узлов в кластере. Исследование показало, что в таких СУБД более 90% времени тратится на такие операции, как ведение журнала, обеспечение блокировок, фиксацию изменений и управление буферизацией.

Суть архитектуры VoltDB в комбинации хранения всех данных в памяти с концепцией распределенной организации и разбиения БД по разделам (партицирование). СУБД VoltDB оптимизирована для работы на современных серверах, снабженных большим количеством ОЗУ и многоядерными CPU. Для сохранения данных на диск используется концепция снапшотов, отражающих срез данных, актуальных на момент создания снапшота. Работа с данными осуществляется через хранимые процедуры на языке Java, копии которых прикрепляются к каждому из разделов (ODBC/JDBC и прямое выполнение SQL-операторов для всей базы не поддерживается). При выполнении запроса, затрагивающего несколько разделов, в каждом из нужных разделов вызывается хранимая процедура, а затем результаты агрегируются.

Основные элементы архитектуры VoltDB:

• Все данные постоянно держатся в ОЗУ, что обеспечивает максимальную пропускную способность и исключает необходимость буферизации;
• VoltDB распределяет данные и их SQL-обработчики по узлам, каждый из который привязан к своему процессорному ядру (на одном сервере запускается столько узлов VoltDB сколько ядер CPU);
• Каждый однопоточный раздел работает в автономном режиме, что исключает необходимость в блокировках и фиксации операций;
• Данные автоматически реплицируются внутри кластера, что позволяет добиться высокой доступности и исключает необходимость ведения журнала;
• Производительность VoltDB увеличивается почти линейно при добавлении дополнительных серверов в кластер.

Результаты измерения производительности:

• СУБД VoltDB обработала 53 тыс. транзакций в секунду на одном сервере, в то время как другие СУБД на том же оборудовании могли выполнить только 1155 транзакций. При увеличении числа серверов до 12, кластер позволил выполнить 560 тыс транзакций в сек.
• Тестирование работы online-игры на 12-узловом кластере продемонстрировало производительность в 1.3 млн. транзакций в сек.
• При сравнении VoltDB с NoSQL-базами, оперирующими данными в виде ключ/значение, производительность VoltDB была на уровне или выше рассматриваемых систем.

Планы на будущее:

• Возможность изменения схемы БД на лету (сейчас для изменения структуры требуется остановка СУБД);
• Набор инструментов для мониторинга кластера;
• Интерфейс для доступа клиентов с использованием формата JSON;
• Увеличение производительности транзакции для выполнения которых необходимо привлечение данных из нескольких разделов;
• Расширение поддерживаемого синтаксиса SQL (сейчас поддерживаются только простейшие операции);
• Возможность автоматической замены сбойного узла на лету;
• Расширение возможностей по экспорту данных из БД;
• Поддержка WAN-репликации между территориально разделенными узлами;
• Возможность подключения новых узлов к кластеру на лету и вывод узлов без остановки кластера.