Leistungsmessung und Leistungsbewertung von NoSQL-Datenbanken

Das Ziel der vorliegenden Masterthesis ist es, einen Überblick der verschiedenen Datenbanktypen und Leistungsanalysen zu geben. Die vergleichende Literaturstudie beschäftigt sich mit einem jungen Forschungsfeld und betrachtet insbesondere nichtrelationale NoSQL-Datenbanken, welche in den letzten Jahren immer beliebter geworden sind und einige Vorteile gegenüber relationalen Datenbanken aufweisen. Doch was können die konkreten Datenbankimplementierungen bei unterschiedliche Datenmodellen leisten und welcher Testaufbau bietet sich bei welchen Einsatzanforderungen an? Zu Anfang definiert diese Arbeit Kriterien zur Bewertung von Leistung und untersucht experimentelle Vorgehensweise verschiedener Forscher. Ein wichtiger Fokus liegt darauf, die Vergleichbarkeit der Messmethoden und Ergebnisse einzuschätzen und zu gewährleisten. Neben dem methodischen Vorgehen wird mit dem YCSB-Framework ein wichtiges Werkzeug besprochen, mit dem Leistungsmessungen in NoSQL-Datenbanken implementiert werden können

Adaptive Management of Multimodel Data and Heterogeneous Workloads

Data management systems are facing a growing demand for a tighter integration of heterogeneous data from different applications and sources for both operational and analytical purposes in real-time. However, the vast diversification of the data management landscape has led to a situation where there is a trade-off between high operational performance and a tight integration of data. The difference between the growth of data volume and the growth of computational power demands a new approach for managing multimodel data and handling heterogeneous workloads. With PolyDBMS we present a novel class of database management systems, bridging the gap between multimodel database and polystore systems. This new kind of database system combines the operational capabilities of traditional database systems with the flexibility of polystore systems. This includes support for data modifications, transactions, and schema changes at runtime. With native support for multiple data models and query languages, a PolyDBMS presents a holistic solution for the management of heterogeneous data. This does not only enable a tight integration of data across different applications, it also allows a more efficient usage of resources. By leveraging and combining highly optimized database systems as storage and execution engines, this novel class of database system takes advantage of decades of database systems research and development. In this thesis, we present the conceptual foundations and models for building a PolyDBMS. This includes a holistic model for maintaining and querying multiple data models in one logical schema that enables cross-model queries. With the PolyAlgebra, we present a solution for representing queries based on one or multiple data models while preserving their semantics. Furthermore, we introduce a concept for the adaptive planning and decomposition of queries across heterogeneous database systems with different capabilities and features. The conceptual contributions presented in this thesis materialize in Polypheny-DB, the first implementation of a PolyDBMS. Supporting the relational, document, and labeled property graph data model, Polypheny-DB is a suitable solution for structured, semi-structured, and unstructured data. This is complemented by an extensive type system that includes support for binary large objects. With support for multiple query languages, industry standard query interfaces, and a rich set of domain-specific data stores and data sources, Polypheny-DB offers a flexibility unmatched by existing data management solutions

Effizienz in Cluster-Datenbanksystemen - Dynamische und Arbeitslastberücksichtigende Skalierung und Allokation

Database systems have been vital in all forms of data processing for a long time. In recent years, the amount of processed data has been growing dramatically, even in small projects. Nevertheless, database management systems tend to be static in terms of size and performance which makes scaling a difficult and expensive task. Because of performance and especially cost advantages more and more installed systems have a shared nothing cluster architecture. Due to the massive parallelism of the hardware programming paradigms from high performance computing are translated into data processing. Database research struggles to keep up with this trend. A key feature of traditional database systems is to provide transparent access to the stored data. This introduces data dependencies and increases system complexity and inter process communication. Therefore, many developers are exchanging this feature for a better scalability. However, explicitly managing the data distribution and data flow requires a deep understanding of the distributed system and reduces the possibilities for automatic and autonomic optimization. In this thesis we present an approach for database system scaling and allocation that features good scalability although it keeps the data distribution transparent. The first part of this thesis analyzes the challenges and opportunities for self-scaling database management systems in cluster environments. Scalability is a major concern of Internet based applications. Access peaks that overload the application are a financial risk. Therefore, systems are usually configured to be able to process peaks at any given moment. As a result, server systems often have a very low utilization. In distributed systems the efficiency can be increased by adapting the number of nodes to the current workload. We propose a processing model and an architecture that allows efficient self-scaling of cluster database systems. In the second part we consider different allocation approaches. To increase the efficiency we present a workload-aware, query-centric model. The approach is formalized; optimal and heuristic algorithms are presented. The algorithms optimize the data distribution for local query execution and balance the workload according to the query history. We present different query classification schemes for different forms of partitioning. The approach is evaluated for OLTP and OLAP style workloads. It is shown that variants of the approach scale well for both fields of application. The third part of the thesis considers benchmarks for large, adaptive systems. First, we present a data generator for cloud-sized applications. Due to its architecture the data generator can easily be extended and configured. A key feature is the high degree of parallelism that makes linear speedup for arbitrary numbers of nodes possible. To simulate systems with user interaction, we have analyzed a productive online e-learning management system. Based on our findings, we present a model for workload generation that considers the temporal dependency of user interaction.Datenbanksysteme sind seit langem die Grundlage für alle Arten von Informationsverarbeitung. In den letzten Jahren ist das Datenaufkommen selbst in kleinen Projekten dramatisch angestiegen. Dennoch sind viele Datenbanksysteme statisch in Bezug auf ihre Kapazität und Verarbeitungsgeschwindigkeit was die Skalierung aufwendig und teuer macht. Aufgrund der guten Geschwindigkeit und vor allem aus Kostengründen haben immer mehr Systeme eine Shared-Nothing-Architektur, bestehen also aus unabhängigen, lose gekoppelten Rechnerknoten. Da dieses Konstruktionsprinzip einen sehr hohen Grad an Parallelität aufweist, werden zunehmend Programmierparadigmen aus dem klassischen Hochleistungsrechen für die Informationsverarbeitung eingesetzt. Dieser Trend stellt die Datenbankforschung vor große Herausforderungen. Eine der grundlegenden Eigenschaften traditioneller Datenbanksysteme ist der transparente Zugriff zu den gespeicherten Daten, der es dem Nutzer erlaubt unabhängig von der internen Organisation auf die Daten zuzugreifen. Die resultierende Unabhängigkeit führt zu Abhängigkeiten in den Daten und erhöht die Komplexität der Systeme und der Kommunikation zwischen einzelnen Prozessen. Daher wird Transparenz von vielen Entwicklern für eine bessere Skalierbarkeit geopfert. Diese Entscheidung führt dazu, dass der die Datenorganisation und der Datenfluss explizit behandelt werden muss, was die Möglichkeiten für eine automatische und autonome Optimierung des Systems einschränkt. Der in dieser Arbeit vorgestellte Ansatz zur Skalierung und Allokation erhält den transparenten Zugriff und zeichnet sich dabei durch seine vollständige Automatisierbarkeit und sehr gute Skalierbarkeit aus. Im ersten Teil dieser Dissertation werden die Herausforderungen und Chancen für selbst-skalierende Datenbankmanagementsysteme behandelt, die in auf Computerclustern betrieben werden. Gute Skalierbarkeit ist eine notwendige Eigenschaft für Anwendungen, die über das Internet zugreifbar sind. Lastspitzen im Zugriff, die die Anwendung überladen stellen ein finanzielles Risiko dar. Deshalb werden Systeme so konfiguriert, dass sie eventuelle Lastspitzen zu jedem Zeitpunkt verarbeiten können. Das führt meist zu einer im Schnitt sehr geringen Auslastung der unterliegenden Systeme. Eine Möglichkeit dieser Ineffizienz entgegen zu steuern ist es die Anzahl der verwendeten Rechnerknoten an die vorliegende Last anzupassen. In dieser Dissertation werden ein Modell und eine Architektur für die Anfrageverarbeitung vorgestellt, mit denen es möglich ist Datenbanksysteme auf Clusterrechnern einfach und effizient zu skalieren. Im zweiten Teil der Arbeit werden verschieden Möglichkeiten für die Datenverteilung behandelt. Um die Effizienz zu steigern wird ein Modell verwendet, das die Lastverteilung im Anfragestrom berücksichtigt. Der Ansatz ist formalisiert und optimale und heuristische Lösungen werden präsentiert. Die vorgestellten Algorithmen optimieren die Datenverteilung für eine lokale Ausführung aller Anfragen und balancieren die Last auf den Rechnerknoten. Es werden unterschiedliche Arten der Anfrageklassifizierung vorgestellt, die zu verschiedenen Arten von Partitionierung führen. Der Ansatz wird sowohl für Onlinetransaktionsverarbeitung, als auch Onlinedatenanalyse evaluiert. Die Evaluierung zeigt, dass der Ansatz für beide Felder sehr gut skaliert. Im letzten Teil der Arbeit werden verschiedene Techniken für die Leistungsmessung von großen, adaptiven Systemen präsentiert. Zunächst wird ein Datengenerierungsansatz gezeigt, der es ermöglicht sehr große Datenmengen völlig parallel zu erzeugen. Um die Benutzerinteraktion von Onlinesystemen zu simulieren wurde ein produktives E-learningsystem analysiert. Anhand der Analyse wurde ein Modell für die Generierung von Arbeitslasten erstellt, das die zeitlichen Abhängigkeiten von Benutzerinteraktion berücksichtigt

Kooperativ verteiltes Data Warehouse : ein Architekturansatz für eine ganzheitliche Datenhaltung in der Hochschulverwaltung

Effizienzsteigerungen in der öffentlichen Verwaltung ist der Bereich über den sich die öffentliche Hand hohe Einsparungen erhofft. Dies und die Verbesserung von Forschung und Lehre wird auch in der Hochschulverwaltung thematisiert. Für Entscheidungen auf den verschiedenen Hierarchiestufen müssen benötigte Daten von Informationssystemen bereitgestellt werden. Die vorliegende Arbeit trägt Anforderungen an ein solches System zusammen und leitet daraus ein Datenhaltungskonzept ab, das in einem integrierten Ansatz sowohl die Anforderungen des Controllings einerseits sowie der Hochschulverwaltung und -steuerung andererseits berücksichtigt

Management und IT: Tagungsband zur AKWI-Fachtagung vom 16. bis 18.09.2012 an der Hochschule Pforzheim

Wirtschaftsinformatik befasst sich mit allen Themen, die an der Schnittstelle zwischen Informatik und Betriebswirtschaft anzutreffen sind. So geht es in der Wirtschaftsinformatik – basierend auf dem Wissen und dem Verstehen der betriebswirtschaftlichen Konzepte und Anwendungen – insbesondere darum, IT-Systeme für die betriebliche Praxis zu entwickeln, einzuführen und zu betreiben. Eine wissenschaftliche Fachtagung, die den Titel „Management und IT“ trägt, setzt an einer solchen Beschreibung der Wirtschaftsinformatik an