クラウドデータベースの選択では「CAP定理」は避けられない？

1980 年代初頭と比較すると、今日のデータベース技術は大きく進歩しました。ハードウェアの選択に関して、メインフレームを唯一の選択肢と見なすことはなくなっただけでなく、特定のビジネス ニーズに基づいて、ビジネス シナリオの要件により適合したデータベース製品を選択することもできます。

今日、ソフトウェアとハ​​ードウェアの技術の継続的な進歩により、データベースの種類は大きく変化しています。これまで一般的に使用されてきたリレーショナルデータベースに加えて、時系列データベース、グラフデータベース、テキストデータベースなども選択できます。一部のデータベースは単一のデータ処理のみをサポートしますが、一部のデータベースは同じインスタンスを共有する複数のデータをサポートできます。オンライン トランザクション処理専用に使用されるデータベースの一部は OLTP と呼ばれます。分析業務に特化して使用されるデータベースの中には、OLAP と呼ばれるものもあります。この2つを組み合わせることができる方法はHTAPと呼ばれます。

つまり、データベースをどこにでも配置でき、いつでもどこからでもデータにアクセスでき、自由にデータを移行できます。たとえば、スマートフォンのデータをローカル データ センター サーバーに移行したり、ローカル サーバーからクラウド データベースに移行したりできます。

では、クラウド データベースとは何でしょうか?

過去 2 年間、従来のデータベース ベンダーとクラウド コンピューティングの大手企業の両方が「クラウド データベース」を推進してきました。クラウド データベースの概念については人によって理解が異なり、さまざまな意見があります。では、クラウド データベースとは一体何でしょうか?ローカルからクラウドに移行されたデータベースはクラウド データベースですか?

定義の観点から見ると、クラウド データベースとは、仮想コンピューティング環境で最適化または展開されたデータベースを指します。最も重要な利点は、従量課金制、オンデマンド拡張、高可用性、ストレージ統合などの機能を実現できることです。したがって、クラウド データベースはローカルまたは独自のクラウド経由で実行でき、ローカル データベースと互換性があります。さらに、一部の大手クラウド コンピューティング企業はクラウド ネイティブ データベースを推進しており、これはデータ アーキテクチャ全体でパブリック クラウド ベンダーが提供するサービスを使用する必要があることを意味します。

クラウド データベースをどのように捉えるかにかかわらず、1 つ確かなことがあります。それは、データベースは単純なソフトウェア アプリケーションではなく、アプリケーションのバックエンドとストレージ層が関係しているということです。つまり、データはフロントエンドからバックエンドに転送され、バックエンドはデータベースに直接接続されます。同時に、CAP 定理によれば、一貫性、可用性、分断耐性の 3 つすべてを考慮することは不可能です。代わりに、最大で 2 つを同時に考慮することができます。

ただし、理想的なデータベースの選択方法は、アプリケーションの要件によって異なります。アプリケーションのカタログを表示するためにのみ使用される場合は、データベースの読み取り速度と待機時間が重要になります。この場合、ドキュメント データベースが理想的な選択肢となる可能性がありますが、多くのリレーショナル データベースやワイドカラム データベースも使用できます。金融取引アプリケーション処理の場合、データベースの ACID プロパティ (原子性、一貫性、独立性、耐久性) をどのように満たすかが非常に重要になります。現時点では、リレーショナル データベースが明らかに最良の選択です。

データベース技術が成熟するにつれて、データベースの選択も従来の技術アーキテクチャの限界を打ち破りつつあります。たとえば、現代のビジネス ニーズを満たす分散データベース アーキテクチャでは、Paxos または Raft コンセンサス アルゴリズムを使用して、ノード障害とパーティション耐性を解決できます。基本的に、ノードがクラスターを離れても、クラスターはクォーラムがある限り機能し続けます。さらに、このパーティショニングの概念は、プライベート クラウドの内部ネットワークではほとんど見られません。クラウド サービス プロバイダーが提供するサービスと同様の分散アーキテクチャ サービスは、ファイバー冗長性を通じてローカル データ センターに実装され、パブリック ネットワーク伝送による内部トラフィックを占有しません。

したがって、一般的に、CAP 定理を回避できるテクノロジーはありませんが、優れたクラウド データベースは 5 つの 9 (99.999%) を超える可用性を備えており、データベースの一貫性と可用性のレベルがある程度大幅に向上します。たとえば、マルチプレイヤー ゲームのシナリオでは、読み取り/書き込み機能とレイテンシの両方が重要です。現時点では、分散データベース アーキテクチャによってこの問題をうまく解決できます。一貫性が強く求められるビジネスやリレーショナル ビジネスでない場合は、キー値データベースが理想的な選択肢となる可能性があります。センサーのようにデータの入出力を行う場合、高速かつ大量の書き込みが可能な時系列データベースの方がパフォーマンスは向上します。

さらに、どのクラウド データベースでも、少量のデータから大量のデータまで処理できます。ギガバイト以下のデータも処理できるものもあります。ビッグデータ処理機能を備えたクラウド データベースはテラバイト (数千 GB) のデータに対応でき、いくつかのデータベースはペタバイト (数百万 GB) に対応できます。

ほとんどのクラウド データベースではストレージに対して月額料金が請求され、SSD ストレージはディスク ストレージよりもコストがかかるということを強調しておくことが重要です。さらに、データ処理速度が過度に速いと、データベースの書き込み速度やネットワーク容量の制限など、他の指標にも影響を及ぼします。データ量が突然増加した場合、データベースまたはフロントエンド プログラムは、データの損失を防ぐために、永続ストレージに書き込むときにデータを RAM にバッファリングする必要がある場合があります。

どのデータベースを選択する場合でも、実稼働環境に導入する前に徹底的にテストすることを忘れないでください。さらに、すべてのクラウド データベースで、ローカル データベースの 100% をクラウドに移行することを要求するわけではありません。同時に、データベースがクラウド上に置かれたら、監視と保護対策を実施する必要があります。問題が発生した場合、バックアップ プランへの迅速な移行を可能にする早期警告メカニズムが必要です。