Availability: Datenintensive Anwendungen designen | Technische Universität München

Datenintensive Anwendungen designen: Konzepte für zuverlässige, skalierbare und wartbare Systeme

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Bibliographic Details
Main Author:	Kleppmann, Martin (Author)
Other Authors:	Langenau, Frank (Translator)
Format:	Book
Language:	German English
Published:	Heidelberg O'Reilly 2019
Edition:	1. Auflage
Subjects:	Softwareentwicklung Big Data Softwarearchitekten, Softwareentwickler Systemdesign Datenbanken BI Data Science Skalierung Datensysteme relationale Datenbanken NoSQL NoSQL-Datenspeicher Streamprocessing Batchprocessing Message Broker
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ISBN:	9783960090755 3960090757

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XIII TEIL I: GRUNDLAGEN VON DATENSYSTEMEN 1 ZUVERLAESSIGE, SKALIERBARE UND WARTBARE ANWENDUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 GEDANKEN ZU DATENSYSTEMEN ................................................................... 4 ZUVERLAESSIGKEIT .......................................................................................... 6 HARDWAREFEHLER .................................................................................... 7 SOFTWAREFEHLER ...................................................................................... 9 MENSCHLICHE FEHLER .............................................................................. 10 WIE WICHTIG IST ZUVERLAESSIGKEIT? ......................................................... 11 SKALIERBARKEIT ............................................................................................ 11 LASTEN BESCHREIBEN .............................................................................. 11 PERFORMANCE BESCHREIBEN ..................................................................... 14 KONZEPTE ZUR BEWAELTIGUNG VON BELASTUNGEN ...................................... 18 WARTBARKEIT ............................................................................................... 20 BETRIEBSFAEHIGKEIT: DEN BETRIEB ERLEICHTERN .......................................... 21 EINFACHHEIT: KOMPLEXITAET IM GRIFF ....................................................... 22 EVOLVIERBARKEIT: AENDERUNGEN ERLEICHTERN ............................................ 23 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................... 24 2 DATENMODELLE UND ABFRAGESPRACHEN .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 RELATIONALES MODELL VS. DOKUMENTMODELL .............................................. 30 DIE GEBURT VON NOSQL ....................................................................... 31 DIE OBJEKTRELATIONALE UNVERTRAEGLICHKEIT .............................................. 32 N:L- UND N:N-BEZIEHUNGEN ................................................................... 35 WIEDERHOLEN DOKUMENTDATENBANKEN DIE GESCHICHTE? ..................... 38 HEUTIGE RELATIONALE DATENBANKEN VS. DOKUMENTDATENBANKEN ........ 41 ABFRAGESPRACHEN FUER DATEN ...................................................................... 45 DEKLARATIVE ABFRAGEN IM WEB ........................................................... 47 MAPREDUCE-ABFRAGEN .......................................................................... 49 GRAPHEN-AEHNLICHE DATENMODELLE ............................................................. 52 PROPERTY-GRAPHEN ................................................................................ 53 DIE ABFRAGESPRACHE CYPHER ............................................................... 55 GRAPH-ABFRAGEN IN SQL ...................................................................... 57 TRIPLE-STORES UND SPARQL ................................................................. 59 DAS FUNDAMENT: DATALOG ................................................................... 63 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................... 66 3 SPEICHERN UND ABRUFEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 DATENSTRUKTUREN, AUF DENEN IHRE DATENBANK BERUHT .............................. 74 HASH-INDIZES ......................................................................................... 76 SSTABLES UND LSM-BAEUME ................................................................. 80 B-BAEUME ............................................................................................... 85 B-BAEUME UND LSM-BAEUME IM VERGLEICH .......................................... 89 ANDERE INDIZIERUNGSSTRUKTUREN ........................................................... 91 TRANSAKTIONSVERARBEITUNG ODER DATENANALYSE? ...................................... 97 DATA-WAREHOUSING .............................................................................. 98 STERNE UND SCHNEEFLOCKEN: SCHEMAS FUER DIE ANALYTIK ....................... 101 SPALTENORIENTIERTE SPEICHERUNG ............................................................... 103 SPALTENKOMPRIMIERUNG ........................................................................ 105 SORTIERREIHENFOLGE IN SPALTENORIENTIERTEN DATENBANKEN ................... 107 IN SPALTENORIENTIERTE DATENBANKEN SCHREIBEN .................................... 108 AGGREGATEN: DATENWUERFEL UND MATERIALISIERTE SICHTEN ..................... 109 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................... 111 4 CODIERUNG UND EVOLUTION .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 FORMATE FUER DAS CODIEREN VON DATEN ....................................................... 120 SPRACHSPEZIFISCHE FORMATE ................................................................. 121 JSON, XML UND BINAERE VARIANTEN ..................................................... 122 THRIFT UND PROTOCOL BUFFERS ................................................................. 125 AVRO ..................................................................................................... 130 DIE VORZUEGE VON SCHEMAS ................................................................... 136 DATENFLUSSMODI ........................................................................................ 137 DATENFLUSS UEBER DATENBANKEN ........................................................... 137 DATENFLUSS UEBER DIENSTE: REST UND RPC .......................................... 140 DATENFLUSS BEIM NACHRICHTENAUSTAUSCH ............................................ 146 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................... 148 TEIL II: VERTEILTE DATEN 5 REPLIKATION .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 LEADER UND FOLLOWER .................................................................................. 160 SYNCHRONE UND ASYNCHRONE REPLIKATION ............................................ 161 NEUE FOLLOWER EINRICHTEN ................................................................... 163 KNOTENAUSFAELLE BEHANDELN ................................................................... 164 IMPLEMENTIERUNG VON REPLIKATIONSPROTOKOLLEN ................................ 167 PROBLEME MIT DER REPLIKATIONSVERZOEGERUNG ............................................ 170 DIE EIGENEN SCHREIBOPERATIONEN LESEN ................................................ 171 MONOTONES LESEN ................................................................................ 173 PRAEFIXKONSISTENZ .................................................................................... 175 LOESUNGEN FUER REPLIKATIONSVERZOEGERUNG .............................................. 176 MULTI-LEADER-REPLIKATION .......................................................................... 177 EINSATZFAELLE FUER MULTI-LEADER-REPLIKATION .......................................... 177 SCHREIBKONFLIKTE BEHANDELN ................................................................. 180 TOPOLOGIEN FUER MULTI-LEADER-REPLIKATION .......................................... 185 REPLIKATION OHNE LEADER ............................................................................ 187 IN DIE DATENBANK SCHREIBEN, WENN EIN KNOTEN AUSGEFALLEN IST ........ 188 GRENZEN DER QUORUMKONSISTENZ ......................................................... 191 SLOPPY QUOREN UND HINTED HANDOFF ................................................... 194 PARALLELE SCHREIBVORGAENGE ERKENNEN ................................................... 196 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................... 204 6 PARTITIONIERUNG .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 PARTITIONIERUNG UND REPLIKATION ............................................................... 212 PARTITIONIERUNG VON SCHLUESSEL-WERT-DATEN .............................................. 213 PARTITIONIERUNG NACH SCHLUESSELBEREICH ................................................ 214 NACH DEM HASHWERT DES SCHLUESSELS PARTITIONIEREN ........................... 215 SCHIEFE ARBEITSLASTEN UND ENTLASTUNG VON HOTSPOTS ......................... 217 PARTITIONIERUNG UND SEKUNDAERINDIZES ....................................................... 218 SEKUNDAERINDIZES NACH DOKUMENT PARTITIONIEREN ................................ 219 SEKUNDAERINDIZES NACH BEGRIFF PARTITIONIEREN ...................................... 220 REBALANCING - PARTITIONEN GLEICHMAESSIG BELASTEN .................................... 222 STRATEGIEN FUER REBALANCING ................................................................... 222 OPERATIONEN: AUTOMATISCHES ODER MANUELLES REBALANCING ............... 226 ANFRAGEN WEITERLEITEN ................................................................................ 227 PARALLELE ABFRAGEAUSFUEHRUNG ............................................................... 229 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................... 230 7 TRANSAKTIONEN .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 DAS SCHWAMMIGE KONZEPT EINER TRANSAKTION ........................................ 236 DIE BEDEUTUNG VON ACID .................................................................... 237 EINZELOBJEKT- UND MULTIOBJEKTOPERATIONEN ...................................... 242 SCHWACHE ISOLATIONSSTUFEN ........................................................................ 248 READ COMMITTED .................................................................................. 249 SNAPSHOT-ISOLATION UND REPEATABLE READ .......................................... 252 VERLORENE UPDATES VERHINDERN ........................................................... 258 SCHREIBVERSATZ UND PHANTOME ............................................................. 262 SERIALISIERBARKEIT ......................................................................................... 268 TATSAECHLICHE SERIELLE AUSFUEHRUNG ....................................................... 269 ZWEI-PHASEN-SPERRVERFAHREN (2PL) ..................................................... 274 SERIALISIERBARE SNAPSHOT-ISOLATION (SSI) ............................................ 278 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................... 284 8 DIE PROBLEME MIT VERTEILTEN SYSTEMEN .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 FEHLER UND TEILAUSFAELLE .............................................................................. 292 CLOUD-COMPUTING UND SUPERCOMPUTING .......................................... 293 UNZUVERLAESSIGE NETZWERKE ........................................................................ 296 NETZWERKFEHLER IN DER PRAXIS ............................................................... 298 FEHLER ERKENNEN .................................................................................. 299 TIMEOUTS UND UNBESCHRAENKTE VERZOEGERUNGEN .................................. 300 SYNCHRONE UND ASYNCHRONE NETZWERKE ............................................ 304 UNZUVERLAESSIGE UHREN .............................................................................. 307 MONOTONE UHREN UND ECHTZEITUHREN ................................................. 308 UHRENSYNCHRONISIERUNG UND GENAUIGKEIT .......................................... 309 SICH AUF SYNCHRONISIERTE UHREN VERLASSEN .......................................... 311 PROZESSPAUSEN ...................................................................................... 316 WISSEN, WAHRHEIT UND LUEGEN ................................................................. 321 DIE WAHRHEIT WIRD VON DER MEHRHEIT DEFINIERT .................................. 322 BYZANTINISCHE FEHLER ............................................................................ 326 SYSTEMMODELL UND REALITAET ................................................................. 329 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................... 333 9 KONSISTENZ UND KONSENS .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 KONSISTENZGARANTIEN .................................................................................. 344 LINEARISIERBARKEIT ...................................................................................... 346 WAS MACHT EIN SYSTEM LINEARISIERBAR? ................................................. 347 AUF LINEARISIERBARKEIT SETZEN ............................................................. 352 LINEARISIERBARE SYSTEME IMPLEMENTIEREN .......................................... 355 DIE KOSTEN DER LINEARISIERBARKEIT ....................................................... 358 ORDNUNGSGARANTIEN .................................................................................... 362 ORDNUNG UND KAUSALITAET ...................................................................... 363 ORDNUNG NACH SEQUENZNUMMERN ....................................................... 368 TOTAL GEORDNETER BROADCAST ................................................................. 372 VERTEILTE TRANSAKTIONEN UND KONSENS ..................................................... 377 ATOMARER COMMIT UND ZWEI-PHASEN-COMMIT (2PC) ....................... 379 VERTEILTE TRANSAKTIONEN IN DER PRAXIS ................................................ 386 FEHLERTOLERANTER KONSENS ...................................................................... 391 MITGLIEDSCHAFTS- UND KOORDINATIONSDIENSTE ........................................ 397 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................... 401 TEIL III: ABGELEITETE DATEN 10 STAPELVERARBEITUNG .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417 STAPELVERARBEITUNG MIT UNIX-TOOLS ........................................................... 419 EINFACHE PROTOKOLLANALYSE ................................................................... 419 DIE UNIX-PHILOSOPHIE .......................................................................... 422 MAPREDUCE UND VERTEILTE DATEISYSTEME ................................................... 426 MAPREDUCE-J OBAUSFUEHRUNG ................................................................. 428 REDUCE-SEITIGE VERKNUEPFUNGEN UND GRUPPIERUNGEN ......................... 432 MAP-SEITIGE VERKNUEPFUNGEN ............................................................... 438 DIE AUSGABE VON STAPEL-WORKFLOWS ................................................... 441 HADOOP IM VERGLEICH MIT VERTEILTEN DATENBANKEN ........................... 446 JENSEITS VON MAPREDUCE ............................................................................ 450 ZWISCHENZUSTAENDE MATERIALISIEREN ....................................................... 451 GRAPHEN UND ITERATIVE VERARBEITUNG ................................................... 456 HOEHERE APIS UND SPRACHEN ................................................................. 460 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................... 462 11 STREAM-VERARBEITUNG .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471 EREIGNISSTROEME UEBERTRAGEN ....................................................................... 472 NACHRICHTENSYSTEME ............................................................................ 473 PARTITIONIERTE PROTOKOLLE ..................................................................... 479 DATENBANKEN UND STREAMS ........................................................................ 485 SYSTEME SYNCHRON HALTEN ..................................................................... 486 ERFASSEN VON DATENAENDERUNGEN ........................................................... 487 EVENT SOURCING ...................................................................................... 491 ZUSTAND, STREAMS UND UNVERAENDERLICHKEIT ........................................ 494 STREAMS VERARBEITEN .................................................................................. 499 ANWENDUNGEN DER STREAM-VERARBEITUNG .......................................... 501 UEBERLEGUNGEN ZUR ZEIT ........................................................................ 505 STREAM-JOINS ......................................................................................... 509 FEHLERTOLERANZ ....................................................................................... 513 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................... 517 12 DIE ZUKUNFT VON DATENSYSTEMEN .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527 DATENINTEGRATION ...................................................................................... 528 SPEZIALISIERTE TOOLS DURCH ABLEITEN VON DATEN KOMBINIEREN ........... 528 BATCH- UND STREAM-VERARBEITUNG ....................................................... 533 DIE ENTFLECHTUNG VON DATENBANKEN ....................................................... 538 ZUSAMMENSTELLUNG VERSCHIEDENER DATENSPEICHERTECHNIKEN ............. 539 ANWENDUNGEN DATENFLUSSORIENTIERT ENTWICKELN ................................ 544 ABGELEITETE ZUSTAENDE BEOBACHTEN ....................................................... 550 AUF DER SUCHE NACH KORREKTHEIT ............................................................... 557 DAS ENDE-ZU-ENDE-ARGUMENT FUER DATENBANKEN ................................ 558 DURCHSETZUNG VON EINSCHRAENKUNGEN ................................................ 564 ZEITNAEHE UND INTEGRITAET ........................................................................ 567 VERTRAUEN IST GUT, KONTROLLE IST BESSER ................................................. 572 DAS RICHTIGE TUN ......................................................................................... 578 PRAEDIKTIVE ANALYTIK .............................................................................. 579 DATENSCHUTZ UND NACHVERFOLGUNG ..................................................... 582 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................... 590 13 GLOSSAR .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601 INDEX 609
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