393

XVIII. Перспективы развития БД

Развитие компьютерной техники

Развитие ядра СУБД

Развитие внешнего окружения

Развитие средств работы с БД

Развитие моделей данных

Сенсорные сети

Технологии обслуживания нового поколения

Развитие компьютерной техники

За последние 25 лет тактовая частота процессоров возросла с МГц до ГГц, оперативная память – с нескольких сотен Кбайт до Гигабайт, а память на дисках - со 100 Мбайт до Тбайт и более. Появилась возможность объединить информационные, вычислительные и сетевые ресурсы распределенных компьютеров в виде ГРИД-системы. Увеличение оперативной памяти объемом до десятков Гбайт позволяет постоянно держать в оперативной памяти полностью многие БД или наиболее часто используемые таблицы и большинство индексов.

Персональный компьютер будущего будет выглядеть по своим возможностям как суперЭВМ сегодняшнего дня. Рабочая нагрузка типового компьютера будущего потребует обработки Тбайт данных и производительности - на терафлопном уровне. Организации будут располагать петабайтами памяти, управлять тысячами процессоров, поэтому распределенные информационные ресурсы и вычисления будут широко использоваться при развитии БД.

Например, корпорация Oracle продемонстрировала свои первые серверы на базе четвертого поколения RISC-процессоров Sparc T4. Первое поколение этой серии Sparc T1 (кодовое название Niagara) было выпущено в конце 2005 г. компанией Sun Microsystems. Новый восьмиядерный процессор с ядром, поддерживающим два потока команд и работающим на тактовой частоте 3 ГГц, по скорости выполнения одного потока команд в пять раз превосходит 16-ядерный Sparc T3 с тактовой частотой 1,69 ГГц, в котором каждое ядро обслуживает только один поток команд. В Sparc T4 улучшена поддержка средств виртуализации операционной системы Solaris, используемой в серверах на платформе Sparc, и реализован механизм динамических потоков (Dynamic Threads), позволяющий автоматически балансировать ресурсы ядра процессора между двумя потоками команд в зависимости от их текущих потребностей в процессорных ресурсах. Еще одно усовершенствование Sparc T4 — встроенный сетевой интерфейс 10 Gigabit Ethernet. Первой серверной системой, построенной на базе нового Sparc, стал кластер SPARC SuperCluster T4-4. Он масштабируется до 16 Sparc T4 и 4 Тб оперативной памяти и строится из четырехсокетных стоечных серверов SPARC T4-4.

Мобильные телефоны, беспроводные мобильные устройства, в том числе ноутбуки, коммуникаторы и смартфоны позволяют еще больше расширить сферу использования БД. Встроенные вычислительные устройства — в автомобилях, зданиях и даже в теле человека — все шире распространяются. Все они требуют использования БД для хранения измеряемых ими показателей. Интернет проникает во все сферы человеческой деятельности, ИКТ становятся способными не только обслуживать, но и предвидеть запросы пользователя, автоматически адаптироваться к ним. Компьютерные интерфейсы становятся более естественными, для этого используется распознавание речи, естественный язык для формулировки запросов и изображения. Для ИКТ сейчас характерны низкая степень надежности и живучести системы из-за сбоев при эксплуатации; большой объем трафика; доступность в режиме 7*24*365, появилась проблема задержек в иерархии памяти.

Некоторые проблемы повышения надежности можно решить за счет резервирования аппаратных средств, но создать систему с надежностью работы 99.999% невероятно трудно. Это связано с надежностью работы каналов связи, техники, инструментальных программных средств и тематических приложений. Для увеличения скорости обработки многие СУБД загружают всю БД или отдельную таблицу в оперативную память.

В организациях, обрабатывающих огромные потоки данных в реальном режиме времени, например, гидрометеорологические данные, передаваемые по каналам глобальной сети телесвязи, сервера не успевают обеспечить должный темп обработки данных. Для них переход к управлению потоками данных это насущная необходимость. Фактически здесь используется элементы СУБД, встроенные в приложение. С точки зрения СУБД поток представляет собой таблицу неограниченной длины, а для обработки берутся отдельные ее фрагменты. Фрагменты могут быть скользящими, а их размеры определяются либо заданным числом записей, либо фиксированным временным интервалом. Основная особенность потоковых данных состоит в том, что такие данные поступают с большой скоростью, а приложения успевают обрабатывать эти данные в реальном времени, в темпе их измерений.

Примером СУБД, работающей в оперативной памяти, является, кэширующая СУБД GemFire фирмы GemStone. СУБД загружает из основного хранилища активно используемые данные, после чего Java-приложения начинают взаимодействовать с кэш-системой, а не с реальной БД. Производительность СУБД-приложений за счет такого кэширования повышается на порядок.

Постоянное снижение стоимости оптоволоконных кабелей и активного сетевого оборудования будет способствовать более широкому внедрению Гигабитных каналов. Технология Гигабит Ethernet уже используется в качестве магистральных линий и началось ее применение в отдельных узлах Интернет.

К настоящему времени накоплено много технологических решений - аппаратных, инфраструктурных, архитектурных и программных, которые позволяют значительно повысить эффективность и простоту работы с БД. В корпорациях Microsoft и Google разрабатываются инструменты, которые дают администраторам возможность управлять одновременно сотнями серверов БД, разворачивать приложения непосредственно на всем множестве серверов.

Общей тенденцией является интеграция в аппаратуру функций, выполнявшихся ранее программным обеспечением или специализированными микросхемами. Видеосистемы должны поддерживать 3D и 4D - графику для деловых, образовательных и прочих приложений. Например, ежедневные карты погоды, построенные с учетом рельефа. Технологии виртуальной реальности найдут применение в таких областях как обучение, изучение природной среды, др.

Осуществляется переход на 64-разрядные ОС. К сожалению, большинство действующих приложений написано для 32-разрядных систем. Основными рабочими средами пользователей остаются ОС Windows, Linux. На серверах и ответственных задачах доминируют ОС Linux. Дружественность ОС Linux к пользователю приближается к уровню ОС Windows. Поддержка больших объемов оперативной памяти позволяет иметь несколько загружаемых ОС на одном сервере одновременно в нескольких виртуальных машинах и повысить скорость работы тех ОС, которые нуждаются в этом. Многие компании уже виртуализировали часть своих ИТ-систем, использование технологий виртуализации будет расширяться. Это дает возможность работать с унаследованными приложениями. Станет доступен режим быстрого переключения между разными ОС. Это важно при анализе аварийных ситуаций на серверах [6].

Следуя современной тенденции к унификации, корпорация Microsoft планирует выпустить единую ОС и одинаковые основные инструменты для персональных компьютеров, смартфонов, планшетов и телевизоров. При этом обеспечивается одинаковый графический интерфейс и одни и те же программные компоненты - браузер, электронная почта, скайп, ICQ, др. Microsoft планирует выпустить первую ОС Windows, которая будет поддерживать разные микропроцессорные архитектуры. Google также стремится к формированию единой и упрощенной экосистемы, которая бы помогла упростить разработку приложений и в целом развитие линейки инструментов. ОС Android 4.0 можно ставить не только на смартфоны, но и на планшеты. Уже имеется определенный опыт замены предустановленных ОС на коммуникаторах и смартфонах [19], что позволит в дальнейшем стандартизовать ОС для различных мобильных устройств.

Электронные средства взаимодействия нужны для обеспечения связи между людьми, а не между компьютерами. Следует ожидать, что регулярный доступ к источнику информации станет насущной потребностью каждого индивидуума. БД и связанные с ними технологии при этом играют ключевую роль. На многих web-узлах уже давно применяются технологии БД, и эти технологии получат дальнейшее развитие. Некоторые узлы представляют собой, в сущности, аналоги приложений БД, где Интернет играет роль инфраструктуры. Администраторы динамических сайтов (порталов) фактически являются администраторами БД. Удаленный сетевой доступ к серверам БД становится общепринятым.

Направление развития реляционных СУБД в последние годы тоже изменилось. Если предыдущее десятилетие они развивались, чтобы обеспечить быстрый доступ к алфавитно-цифровым структурированным данным, то теперь нужно хранить еще графику, звук и различного рода неструктурированные данные. Существенно изменилась аппаратная среда - она стала сетевой. С развитием Интернет появилась необходимость поддерживать HTML - страницы, трех, четырех и n-мерные данные. И все это можно реализовать на основе БД.

Развитие БД связано с доставкой данных и приложений к любому Интернет-устройству. Требуется развитие инфраструктуры для подключения новых устройств, интеграции контента, обеспечения надежности работы сети и соответственно увеличения скорости доступа к данным. В ближайшие годы число Интернет - устройств будет измеряться десятками миллиардов, а глобальная сеть превратится в глобальную вычислительную платформу для новых сервисов и приложений.

Центры обработки данных должны создаваться с высокой избыточностью, где максимальная нагрузка на сервера не должна превышать 50%. Тогда они смогут справиться с пиковыми нагрузками даже тогда, когда отказывают критически важные системы, а другие стоят на профилактике. Кроме того надо иметь резервные центры, где будет устанавливаться отдельное оборудование для восстановления, готовое сразу приступить к работе в случае региональной катастрофы.