システム管理のシャーディング

システム管理のシャーディングでは、シャードへのデータのマッピングをユーザーが指定する必要はありません。コンシステント・ハッシュによるパーティション化を使用して、データが自動的にシャード間に分散されます。パーティション化アルゴリズムにより、データがシャード間に均一およびランダムに分散されます。

システム管理のシャーディングで使用される分散はホット・スポットを回避し、シャード間で均一なパフォーマンスを実現するためのものです。Oracle Globally Distributed Databaseは、シャード・データベースへのシャードの追加または削除の際に、バランスの取れたチャンク分散を自動的に維持します。

コンシステント・ハッシュはスケーラブルな分散システムでよく使用されるパーティション化の方法です。従来のハッシュ・パーティション化とは異なります。従来のハッシュの場合はバケット数がHF(key) % Nとして計算されます。ここで、HFはハッシュ関数、Nはバケット数です。この方法はNが一定の場合はうまく機能しますが、Nが変化するとすべてのデータの再シャッフルが必要になります。

線形ハッシュ法などのより高度なアルゴリズムの場合、ハッシュ・バケットを追加するために表全体を再ハッシュする必要はありませんが、バケット数が2のべき乗のみ、およびバケットを分割できるオーダーのみなど、バケット数に制限があります。

Oracle Globally Distributed Databaseで使用するコンシステント・ハッシュの実装では、このような制限を回避するために、次の図のように、ハッシュ関数の値の取りうる範囲(たとえば、0から2³²)をN個の隣接する間隔のセットに分割し、それぞれの間隔をチャンクに割り当てます。この例では、シャード・データベースに1024個のチャンクが含まれ、各チャンクに2²²のハッシュ値の範囲が割り当てられます。したがって、コンシステント・ハッシュによるパーティション化は、本質的にはハッシュ値の範囲によるパーティション化です。

図2-6 チャンクに割り当てられるハッシュ値の範囲

「図2-6 チャンクに割り当てられるハッシュ値の範囲」の説明

すべてのシャードの計算能力が同じだと仮定すると、シャード・データベースの各シャードに等しい数のチャンクが割り当てられます。たとえば、16個のシャードを含むシャード・データベース内に1024個のチャンクが作成されると、各シャードに64個のチャンクが含まれます。

シャード・データベースへのシャードの追加や削除の際の再シャーディングの場合、いくつかのチャンクがシャード間を移動して、シャード間のチャンクの均一な分散が維持されます。このプロセスでチャンクの内容は変化せず、再ハッシュは行われません。

1つのチャンクが分割されるときに、ハッシュ値の範囲が2つの範囲に分割されますが、他のチャンクに対して何かを行う必要はありません。任意のチャンクをいつでも個別に分割できます。

接続リクエストのシャードへの送信にかかわるシャード・データベースのすべてのコンポーネントに、各シャードでホストされるチャンクのリスト、および各チャンクに関連付けられたハッシュ値の範囲を含むルーティング表が保持されます。特定のデータベース・リクエストのルーティング先を決定するために、ルーティング・アルゴリズムによって、シャーディング・キーで指定された値にハッシュ関数が適用され、計算されたハッシュ値が適切なチャンクにマップされ、次にチャンクを含むシャードにマップされます。

システム管理のシャーディングを使用するシャード・データベースのチャンクの数は、シャード・カタログの作成時に指定できます。指定しない場合は、デフォルト値としてシャード当たり120個のチャンクが使用されます。シャード・データベースのデプロイ後にチャンク数を変更する方法はチャンクの分割のみです。

コンシステント・ハッシュによってパーティション化されたシャード表を作成する前に、表のパーティションを格納するために表領域のセット(チャンク当たり1つの表領域)を作成する必要があります。表領域は、CREATE TABLESPACE SETのSQL文を処理すると自動的に作成されます。

表領域セットのすべての表領域が同じ物理属性を持ち、Oracle Managed Files (OMF)のみを格納できます。最も簡単な形式の場合、CREATE TABLESPACE SET文は、たとえば次のように表領域セットの名前という1つのパラメータのみを持ちます。

CREATE TABLESPACE SET ts1;

この場合、セットの各表領域にデフォルトの属性を持つ1つのOMFファイルが含まれます。表領域の属性をカスタマイズするには、文にUSING TEMPLATE句(次の例を参照)を追加します。USING TEMPLATE句は、セットの各表領域に適用される属性を指定します。

CREATE TABLESPACE SET ts1
USING TEMPLATE
( 
 DATAFILE SIZE 10M
 EXTENT MANAGEMENT LOCAL UNIFORM SIZE 256K
 SEGMENT SPACE MANAGEMENT AUTO
 ONLINE
)
;

表領域セットが作成されたら、コンシステント・ハッシュでパーティション化される表を作成して、セットに属する表領域にパーティションを格納できます。CREATE TABLE文は、たとえば次のようになります。

CREATE SHARDED TABLE customers 
( cust_id     NUMBER NOT NULL
, name        VARCHAR2(50)
, address     VARCHAR2(250) 
, location_id VARCHAR2(20)
, class       VARCHAR2(3)
, signup      DATE
, CONSTRAINT cust_pk PRIMARY KEY(cust_id)
)
PARTITION BY CONSISTENT HASH (cust_id)
PARTITIONS AUTO
TABLESPACE SET ts1
;

この文のPARTITIONS AUTOは、パーティション数が自動的に表領域セットts1の表領域の数(チャンク数と等しい)に設定され、各パーティションが個別の表領域に格納されることを意味します。

表領域セットの各表領域が別個のチャンクに属します。つまり、1つのチャンクは所定の表領域セットの1つの表領域のみを含むことができます。ただし、同じ表ファミリに属する複数の表に同じ表領域セットを使用できます。この場合、セットの各表領域に複数のパーティション(各表から1つ)が格納されます。

または、表ファミリの各表を個別の表領域セットに格納できます。この場合、1つのチャンクに複数の表領域(各表領域セットから1つ)が含まれ、各表領域に1つのパーティションが格納されます。

次の図は、単一シャード表のユースケースの場合のパーティション、表領域およびシャード間の関係を示しています。この場合、各チャンクに1つの表領域が含まれ、各表領域に1つのパーティションが格納されます。

図2-7 システム管理のシャーディング

「図2-7 システム管理のシャーディング」の説明

ノート:

シャーディング方法はGDSCTL CREATE SHARDCATALOGコマンドで指定し、後から変更することはできません。