High performance data processing

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Faria, Nuno Filipe Pinto
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1822/84135
Resumo: Dissertação de mestrado em Informatics Engeneering
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spelling High performance data processingBase de dadosDistribuídoConcorrênciaConsistênciaTransaçãoDatabaseDistributedConcurrencyConsistencyTransactionEngenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e InformáticaDissertação de mestrado em Informatics EngeneeringÀ medida que as aplicações atingem uma maior quantidade de utilizadores, precisam de processar uma crescente quantidade de pedidos. Para além disso, precisam de muitas vezes satisfazer pedidos de utilizadores de diferentes partes do globo, onde as latências de rede têm um impacto significativo no desempenho em instalações monolíticas. Portanto, distribuição é uma solução muito procurada para melhorar a performance das camadas aplicacional e de dados. Contudo, distribuir dados não é uma tarefa simples se pretendemos assegurar uma forte consistência. Isto leva a que muitos sistemas de base de dados dependam de protocolos de sincronização pesados, como two-phase commit, consenso distribuído, bloqueamento distribuído, entre outros, enquanto que outros sistemas dependem em consistência fraca, não viável para alguns casos de uso. Esta tese apresenta o design, implementação e avaliação de duas soluções que têm como objetivo reduzir o impacto de assegurar garantias de forte consistência em sistemas de base de dados, especialmente aqueles distribuídos pelo globo. A primeira é o Primary Semi-Primary, uma arquitetura de base de dados distribuída com total replicação que permite que as réplicas evoluam independentemente, para evitar que os clientes precisem de esperar que escritas precedentes que não geram conflitos sejam propagadas. Apesar das réplicas poderem processar tanto leituras como escritas, melhorando a escalabilidade, o sistema continua a oferecer garantias de consistência forte, através do envio da certificação de transações para um nó central. O seu design é independente de modelos de dados, mas a sua implementação pode tirar partido do controlo de concorrência nativo oferecido por algumas base de dados, como é mostrado na implementação usando PostgreSQL e o seu Snapshot Isolation. Os resultados apresentam várias vantagens tanto em ambientes locais como globais. A segunda solução são os Multi-Record Values, uma técnica que particiona dinâmicamente valores numéricos em múltiplos registros, permitindo que escritas concorrentes possam executar com uma baixa probabilidade de colisão, reduzindo a taxa de abortos e/ou contenção na adquirição de locks. Garantias de limites inferiores, exigido por objetos como saldos bancários ou inventários, são assegurados por esta estratégia, ao contrário de muitas outras alternativas. O seu design é também indiferente do modelo de dados, sendo que as suas vantagens podem ser encontradas em sistemas SQL e NoSQL, bem como distribuídos ou centralizados, tal como apresentado na secção de avaliação.As applications reach an wider audience that ever before, they must process larger and larger amounts of requests. In addition, they often must be able to serve users all over the globe, where network latencies have a significant negative impact on monolithic deployments. Therefore, distribution is a well sought-after solution to improve performance of both applicational and database layers. However, distributing data is not an easy task if we want to ensure strong consistency guarantees. This leads many databases systems to rely on expensive synchronization controls protocols such as two-phase commit, distributed consensus, distributed locking, among others, while other systems rely on weak consistency, unfeasible for some use cases. This thesis presents the design, implementation and evaluation of two solutions aimed at reducing the impact of ensuring strong consistency guarantees on database systems, especially geo-distributed ones. The first is the Primary Semi-Primary, a full replication distributed database architecture that allows different replicas to evolve independently, to avoid that clients wait for preceding non-conflicting updates. Al though replicas can process both reads and writes, improving scalability, the system still ensures strong consistency guarantees, by relaying transactions’ certifications to a central node. Its design is independent of the underlying data model, but its implementation can take advantage of the native concurrency control offered by some systems, as is exemplified by an implementation using PostgreSQL and its Snapshot Isolation. The results present several advantages in both throughput and response time, when comparing to other alternative architectures, in both local and geo-distributed environments. The second solution is the Multi-Record Values, a technique that dynami cally partitions numeric values into multiple records, allowing concurrent writes to execute with low conflict probability, reducing abort rate and/or locking contention. Lower limit guarantees, required by objects such as balances or stocks, are ensure by this strategy, unlike many other similar alternatives. Its design is also data model agnostic, given its advantages can be found in both SQL and NoSQL systems, as well as both centralized and distributed database, as presented in the evaluation section.Pereira, JoséUniversidade do MinhoFaria, Nuno Filipe Pinto2020-12-222020-12-22T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/84135eng203254368info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T11:55:02Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/84135Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T18:44:31.483947Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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