Phân mảnh cơ sở dữ liệu là gì?

Các tổ chức sử dụng quá trình phân mảnh cơ sở dữ liệu để đạt được những lợi ích sau:

Cải thiện thời gian phản hồi

Việc truy xuất dữ liệu trên một cơ sở dữ liệu lớn duy nhất mất nhiều thời gian hơn. Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu cần tìm kiếm qua nhiều hàng để truy xuất dữ liệu chính xác. Ngược lại, các phân mảnh dữ liệu có ít hàng hơn so với toàn bộ cơ sở dữ liệu. Vì vậy, việc truy xuất thông tin cụ thể hoặc chạy một truy vấn từ một cơ sở dữ liệu đã phân mảnh sẽ mất ít thời gian hơn. 

Tránh xảy ra sự cố cho toàn bộ dịch vụ

Nếu máy tính lưu trữ cơ sở dữ liệu gặp sự cố, ứng dụng phụ thuộc vào cơ sở dữ liệu này cũng sẽ lâm vào tình cảnh tương tự. Quá trình phân mảnh cơ sở dữ liệu sẽ ngăn điều này xảy ra nhờ phân phối các phần của cơ sở dữ liệu vào các máy tính khác nhau. Khi một trong các máy tính gặp sự cố, ứng dụng sẽ không ngừng hoạt động do có thể hoạt động bằng các phân mảnh đang hoạt động khác. Quá trình phân mảnh cũng thường được thực hiện kết hợp với quá trình sao chép dữ liệu trên các phân mảnh. Do đó, nếu không thể truy cập vào một phân mảnh, bạn vẫn có thể truy cập và khôi phục dữ liệu từ một phân mảnh thay thế khác.

Điều chỉnh quy mô hiệu quả

Một cơ sở dữ liệu đang phát triển tiêu thụ nhiều tài nguyên điện toán hơn và về sau sẽ chạm ngưỡng dung lượng lưu trữ. Các tổ chức có thể áp dụng phân mảnh cơ sở dữ liệu để bổ sung thêm tài nguyên điện toán nhằm hỗ trợ điều chỉnh quy mô cơ sở dữ liệu. Họ có thể bổ sung các phân mảnh mới trong thời gian chạy mà không cần tắt ứng dụng để bảo trì.

Các phương pháp phân mảnh cơ sở dữ liệu áp dụng nhiều quy tắc khác nhau cho khóa phân mảnh để xác định nút chính xác cho một hàng dữ liệu cụ thể. Sau đây là các kiến trúc phân mảnh phổ biến.

Phân mảnh dựa trên phạm vi

Phân mảnh dựa trên phạm vi, hoặc phân mảnh linh hoạt, tách các hàng cơ sở dữ liệu dựa trên một phạm vi giá trị. Sau đó, nhà thiết kế cơ sở dữ liệu sẽ chỉ định một khóa phân mảnh cho phạm vi tương ứng. Ví dụ: nhà thiết kế cơ sở dữ liệu phân vùng dữ liệu theo chữ cái đầu tiên trong tên của khách hàng như sau. 

 

Tên	Khóa phân mảnh
Bắt đầu bằng chữ cái từ A đến I	A
Bắt đầu bằng chữ cái từ J đến S	B
Bắt đầu bằng chữ cái từ T đến Z	C

 

Khi hệ thống ghi một hồ sơ khách hàng vào cơ sở dữ liệu, ứng dụng sẽ xác định chính xác khóa phân mảnh bằng cách kiểm tra tên khách hàng. Sau đó, ứng dụng sẽ khớp khóa với nút vật lý của khóa này và lưu trữ hàng dữ liệu trên máy đó. Tương tự, ứng dụng sẽ tiến hành khớp đảo ngược khi tìm kiếm một hồ sơ cụ thể.

Ưu và nhược điểm

Phân mảnh dựa trên phạm vi có thể gây quá tải dữ liệu trên một nút vật lý, tùy thuộc vào các giá trị dữ liệu. Trong ví dụ của chúng tôi, phân mảnh A (chứa tên bắt đầu bằng chữ cái từ A đến I) có thể chứa số lượng các hàng dữ liệu nhiều hơn, vượt xa phân mảnh C (chứa tên bắt đầu bằng chữ cái từ T đến Z). Tuy nhiên, quá trình này sẽ dễ triển khai hơn.

Phân mảnh băm

Phân mảnh băm chỉ định khóa phân mảnh cho mỗi hàng của cơ sở dữ liệu bằng một công thức toán học được gọi là hàm băm. Hàm băm lấy thông tin từ hàng và tạo ra một giá trị băm. Ứng dụng sử dụng giá trị băm làm khóa phân mảnh và lưu trữ thông tin trong các phân mảnh vật lý tương ứng.

Các nhà phát triển phần mềm áp dụng quá trình phân mảnh băm nhằm phân bổ đồng đều thông tin trong một cơ sở dữ liệu giữa vô số phân mảnh. Ví dụ: phần mềm tách hồ sơ khách hàng thành hai phân mảnh với giá trị băm khác nhau là 1 và 2. 

Tên	Giá trị băm
John	1
Jane	2
Paulo	1
Wang	2

Ưu và nhược điểm

Mặc dù phân mảnh băm giúp phân bổ đồng đều dữ liệu giữa các phân mảnh vật lý, quá trình này không phân tách cơ sở dữ liệu dựa trên ý nghĩa của thông tin. Do đó, các nhà phát triển phần mềm có thể gặp khó khăn trong việc chỉ định lại giá trị băm khi bổ sung thêm các phân mảnh vật lý vào môi trường máy tính. 

Phân mảnh thư mục

Phân mảnh thư mục sử dụng một bảng tra cứu để khớp thông tin cơ sở dữ liệu với các phân mảnh vật lý tương ứng. Bảng tra cứu cũng giống như một bảng trên trang tính, liên kết một cột cơ sở dữ liệu với một khóa phân mảnh. Ví dụ: sơ đồ sau đây trình bày một bảng tra cứu cho màu quần áo.

Màu	Khóa phân mảnh
Màu xanh lam	A
Màu đỏ	B
Màu vàng	C
Màu đen	D

Khi một ứng dụng lưu trữ thông tin quần áo trong cơ sở dữ liệu, ứng dụng này sẽ tham khảo bảng tra cứu. Nếu một chiếc váy có màu xanh lam, ứng dụng sẽ lưu trữ thông tin này trong phân mảnh tương ứng. 

Ưu và nhược điểm

Các nhà phát triển phần mềm áp dụng phân mảnh thư mục bởi tính linh hoạt của quá trình này. Mỗi phân mảnh là một đại diện mang ý nghĩa của cơ sở dữ liệu và không bị phạm vi giới hạn. Tuy nhiên, phân mảnh thư mục sẽ gặp sự cố nếu bảng tra cứu chứa thông tin sai. 

Phân mảnh dựa trên địa lý

Phân mảnh dựa trên địa lý phân tách và lưu trữ thông tin cơ sở dữ liệu theo vị trí địa lý. Ví dụ: một trang web cung cấp dịch vụ hẹn hò sử dụng cơ sở dữ liệu để lưu trữ thông tin khách hàng từ nhiều thành phố khác nhau như sau. 

Tên	Khóa phân mảnh
John	California
Jane	Washington
Paulo	Arizona

Các nhà phát triển phần mềm dùng thành phố làm khóa phân mảnh. Họ lưu trữ thông tin của mỗi khách hàng trong các phân mảnh vật lý nằm ở các thành phố tương ứng. 

Ưu và nhược điểm

Phân mảnh dựa trên địa lý cho phép các ứng dụng truy xuất thông tin nhanh hơn do khoảng cách giữa các phân mảnh và khách hàng đưa ra yêu cầu ngắn hơn. Quá trình này phát huy tốt hiệu quả nếu các mẫu hình truy cập dữ liệu chủ yếu dựa trên địa lý. Tuy nhiên, phân mảnh dựa trên địa lý cũng có thể dẫn đến sự phân bổ dữ liệu không đồng đều. 

Quá trình phân mảnh cơ sở dữ liệu là một chiến lược điều chỉnh quy mô theo chiều ngang, giúp phân bổ thêm các nút hoặc máy tính nhằm chia sẻ khối lượng công việc của một ứng dụng. Nhờ sở hữu kiến trúc có khả năng chịu lỗi, việc điều chỉnh quy mô theo chiều ngang đã mang đến lợi ích cho các tổ chức. Khi một máy tính gặp sự cố, các máy khác vẫn sẽ tiếp tục hoạt động mà không bị gián đoạn. Các nhà thiết kế cơ sở dữ liệu giảm thời gian ngừng hoạt động bằng cách dàn trải các phân mảnh logic trên nhiều máy chủ. 

Dù vậy, phân mảnh chỉ là một trong số các chiến lược điều chỉnh quy mô cơ sở dữ liệu. Hãy khám phá một số kỹ thuật khác và hiểu rõ sự khác biệt giữa chúng.

Điều chỉnh quy mô theo chiều dọc

Việc thay đổi theo chiều dọc sẽ tăng công suất điện toán của một máy. Ví dụ: đội ngũ CNTT thêm một CPU, RAM và đĩa cứng vào một máy chủ cơ sở dữ liệu để giải quyết lưu lượng truy cập ngày càng tăng. 

So sánh điều chỉnh quy mô theo chiều dọc và phân mảnh cơ sở dữ liệu

Việc điều chỉnh quy mô theo chiều dọc sẽ ít tốn kém hơn, nhưng tài nguyên điện toán mà bạn có thể điều chỉnh quy mô theo chiều dọc sẽ bị giới hạn. Trong khi đó, phân mảnh, một chiến lược điều chỉnh quy mô theo chiều ngang, lại dễ thực hiện hơn. Ví dụ: đội ngũ CNTT cài đặt nhiều máy tính thay vì nâng cấp phần cứng của máy tính cũ.

Sao chép

Sao chép là một kỹ thuật tạo bản sao chính xác của cơ sở dữ liệu và lưu trữ chúng trên nhiều máy tính khác nhau. Các nhà thiết kế cơ sở dữ liệu sử dụng kỹ thuật sao chép để thiết kế một hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ có khả năng chịu lỗi. Khi một trong các máy tính lưu trữ cơ sở dữ liệu gặp sự cố, các bản sao khác vẫn sẽ hoạt động. Sao chép là một phương pháp phổ biến trong các hệ thống điện toán phân tán.

So sánh sao chép và phân mảnh cơ sở dữ liệu

Phân mảnh cơ sở dữ liệu không tạo ra các bản sao của cùng một thông tin. Thay vào đó, quá trình này phân tách một cơ sở dữ liệu thành nhiều phần và lưu trữ chúng trên nhiều máy tính khác nhau. Không giống như sao chép, quá trình phân mảnh cơ sở dữ liệu không giúp đạt được tính sẵn sàng cao. Có thể áp dụng phân mảnh kết hợp với sao chép để đạt được cả khả năng điều chỉnh quy mô và tính sẵn sàng cao.

Trong một số trường hợp, phân mảnh cơ sở dữ liệu có thể bao gồm bản sao của các tập dữ liệu cụ thể. Ví dụ: một cửa hàng bán lẻ bán sản phẩm cho cả khách hàng ở Mỹ và châu Âu có thể lưu trữ bản sao của các bảng chuyển đổi kích cỡ trên nhiều phân mảnh khác nhau cho cả hai khu vực. Ứng dụng có thể sử dụng các bản sao trùng lặp của bảng chuyển đổi để chuyển đổi kích cỡ đo mà không cần truy cập vào các máy chủ cơ sở dữ liệu khác. 

Phân vùng

Phân vùng là quá trình tách bảng cơ sở dữ liệu thành nhiều nhóm. Phân vùng được phân thành hai loại: 

• Phân vùng ngang tách cơ sở dữ liệu theo hàng.
• Phân vùng dọc tạo ra nhiều phân vùng khác nhau của các cột cơ sở dữ liệu. 

So sánh phân vùng và phân mảnh cơ sở dữ liệu

Phân mảnh cơ sở dữ liệu cũng giống như phân vùng ngang. Cả hai quá trình đều chia cơ sở dữ liệu thành nhiều nhóm hàng riêng biệt. Phân vùng lưu trữ tất cả các nhóm dữ liệu trên cùng một máy tính, nhưng phân mảnh cơ sở dữ liệu lại dàn trải chúng trên nhiều máy tính khác nhau.

AWS là một nền tảng quản lý dữ liệu toàn cầu mà bạn có thể sử dụng để xây dựng một chiến lược dữ liệu hiện đại. Với AWS, bạn có thể chọn cơ sở dữ liệu được xây dựng cho mục đích nhất định phù hợp, đạt được hiệu suất trên quy mô lớn, chạy cơ sở dữ liệu được quản lý toàn phần, cũng như dựa vào tính sẵn sàng và khả năng bảo mật cao.

Bắt đầu sử dụng dịch vụ quản lý dữ liệu trên AWS bằng cách tạo tài khoản AWS ngay hôm nay.