In-Memory Databases

Táto práca sa zaoberá databázami pracujúcimi v pamäti a tiež konceptmi, ktoré boli vyvinuté na vytvorenie takýchto systémov, pretože dáta sú v týchto databázach uložené v hlavnej pamäti, ktorá je schopná spracovať data niekoľkokrát rýchlejšie, ale je to súčasne nestabilné pamäťové medium. Na podloženie týchto konceptov je v práci zhrnutý vývoj databázových systémov od počiatku ich vývoja až do súčasnosti. Prvými databázovými typmi boli hierarchické a sieťové databázy, ktoré boli už v 70. rokoch 20. storočia nahradené prvými relačnými databázami ktorých vývoj trvá až do dnes a v súčastnosti sú zastúpené hlavne OLTP a OLAP systémami. Ďalej sú spomenuté objektové, objektovo-relačné a NoSQL databázy a spomenuté je tiež rozširovanie Big Dát a možnosti ich spracovania. Pre porozumenie uloženia dát v hlavnej pamäti je predstavená pamäťová hierarchia od registrov procesoru, cez cache a hlavnú pamäť až po pevné disky spolu s informáciami o latencii a stabilite týchto pamäťových médií. Ďalej sú spomenuté možnosti usporiadania dát v pamäti a je vysvetlené riadkové a stĺpcové usporiadanie dát spolu s možnosťami ich využitia pre čo najvyšší výkon pri spracovaní dát. V tejto sekcii sú spomenuté aj kompresné techniky, ktoré slúžia na čo najúspornejšie využitie priestoru hlavnej pamäti. V nasledujúcej sekcii sú uvedené postupy, ktoré zabezpečujú, že zmeny v týchto databázach sú persistentné aj napriek tomu, že databáza beží na nestabilnom pamäťovom médiu. Popri tradičných technikách zabezpečujúcich trvanlivosť zmien je predstavený koncept diferenciálnej vyrovnávacej pamäte do ktorej sa ukladajú všetky zmeny v a taktiež je popísaný proces spájania dát z tejto vyrovnávacej pamäti a dát z hlavného úložiska. V ďalšej sekcii práce je prehľad existujúcich databáz, ktoré pracujú v pamäti ako SAP HANA, Times Ten od Oracle ale aj hybridných systémov, ktoré pracujú primárne na disku, ale sú schopné pracovať aj v pamäti. Jedným z takýchto systémov je SQLite. Táto sekcia porovnáva jednotlivé systémy, hodnotí nakoľko využívajú koncepty predstavené v predchádzajúcich kapitolách, a na jej konci je tabuľka kde sú prehľadne zobrazené informácie o týchto systémoch. Ďalšie časti práce sa týkajú už samotného testovania výkonnosti týchto databáz. Zo začiatku sú popísané testovacie dáta pochádzajúce z DBLP databázy a spôsob ich získania a transformácie do použiteľnej formy pre testovanie. Ďalej je popísaná metodika testovania, ktorá sa deli na dve časti. Prvá časť porovnáva výkon databázy pracujúcej v disku s databázou pracujúcou v pamäti. Pre tento účel bola využitá databáza SQLite a možnosť spustenia databázy v pamäti. Druhá časť testovania sa zaoberá porovnaním výkonu riadkového a stĺpcového usporiadania dát v databáze pracujúcej v pamäti. Na tento účel bola využitá databáza SAP HANA, ktorá umožňuje ukladať dáta v oboch usporiadaniach. Výsledkom práce je analýza výsledkov, ktoré boli získané pomocou týchto testov.This bachelor thesis deals with in-memory databases and concepts that were developed to create such systems. To lay the base ground for in-memory concepts, the thesis summarizes the development of the most used database systems. The data layouts like the column and the row layout are introduced together with the compression and storage techniques used to maintain persistence of the in-memory databases. The other parts contain the overview of the existing in-memory database systems and describe the benchmarks used to test the performance of the in-memory databases. At the end, the thesis analyses the results of benchmarks.