(Schema-Management) Seminar Cloud Data Management WS 09/10. Hendrik Kerkhoff 1

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1 (Schema-Management) Seminar Cloud Data Management WS 09/10 Hendrik Kerkhoff 1

2 Anforderungen an eine Multi-Tenancy Datenbank Erweiterung von klassischen Datenbanken Funktionsweise & Einsatzgebiete Schema-Mapping Techniken Performanz Beispiel: Force.com SaaS Multi-Tenancy DBS Hendrik Kerkhoff 2

3 Multi-tenancy refers to the ability to run multiple customers on a single software instance installed on multiple servers. This is done to increase resource utilization by allowing load balancing among tenants, and to reduce operational complexity and cost in managing the software to deliver the service. From a customer s perspective, multi-tenancy is transparent. The customer seems to have an instance of the software entirely to themselves. Most importantly, the customer s data is secure relative to other customer s data and customization can be employed to the degree the application supports it without regard to what other tenants are doing. [1] Bob Warfield Hendrik Kerkhoff 3

4 Private Table Layout Basic Table Layout Extension Table Layout Universal Table Layout Pivot Table Layout Chunk Table Layout Chunk Folding Hendrik Kerkhoff 4

5 Mandanten erhalten eigenes, logisches Schema Query Transformation Schicht (QTL) sorgt für Umwandlung der SQL Anfragen von logischem auf physisches Schema Metadaten Mandanten-Prioritäten für SLAs leicht realisierbar, da QTL vorgeschaltet Selbsterstellte Grafik Hendrik Kerkhoff 5

6 Cloud?? [2] Aulbach et. Al: Multi-Tenant Databases for Software as a Service: Schema-Mapping Techniques Hendrik Kerkhoff 6

7 Vorteile: Jeder Mandant hat eigenes Datenbank-Schema Leichte Realisierung von Erweiterungen Nur Umbenennung der Tabellen notwendig Nachteile Hohe Isolation = Konsolidierung ( Vereinheitlichbarkeit ) Hoher Speicherbedarf [2] Aulbach et. Al: Multi-Tenant Databases for Software as a Service: Schema-Mapping Techniques Hendrik Kerkhoff 7

8 Eine Tabelle für alle Mandanten Nutzung der Tenant ID zur Zuordnung der Daten Query Transformation Layer fügt Tenant ID an SELECT Name FROM Account SELECT Name FROM Account WHERE TenantID = 13 Account Tenant Aid Name Acme Gump Ball Big Selbsterstellte Grafik Hendrik Kerkhoff 8

9 Vorteile: Einfache Implementierung Geringer Speicherverbrauch Gut geeignet für einfache Anwendungen wie Blogs Nachteile Keine mandantenabhängigen Erweiterungen Hendrik Kerkhoff 9

10 Erweiterungen des Grundschemas durch zusätzliche Tabellen Tentant-Spalte Notwendig, da mehrere Mandanten eine Erweiterung nutzen können Row-Spalte Ermöglicht die Rekonstruktion der logischen Tabellen [2] Aulbach et. Al: Multi-Tenant Databases for Software as a Service: Schema-Mapping Techniques Hendrik Kerkhoff 10

11 Vorteile Nur Tabellen, die benötigt werden müssen gelesen werden Performanz-Gewinn Hohe Konsolidierung ( Vereinheitlichbarkeit ) Einfache Erweiterbarkeit Nachteile Rekonstruktion der logischen Tabellen durch zusätzliche Join- Operationen aufwändig Zusätzlicher Schreib-/Leseaufwand da nicht sichergestellt werden kann, dass Reihen in gleichem Speicherbereich hinterlegt sind (hohe Fragmentierung) Hendrik Kerkhoff 11

12 Tentant und Table Spalte Mehrere generische Spalten Flexibeler Datentyp, z.b. VARCHAR Mapping: Spalte Col n = Spalte n in logischer Tabelle Metadaten über Spaltentypen und logische Tabellen [2] Aulbach et. Al: Multi-Tenant Databases for Software as a Service: Schema-Mapping Techniques Hendrik Kerkhoff 12

13 Vorteile Rekonstruktionsaufwand gering, da alle Werte eines Datensatzes zusammen Problemlose Erweiterungen Nachteile Datentypen müssen umgewandelt werden, nicht typsicher Sehr breite Spalten notwendig Viele NULL-Werte Indizierung nicht praktikabel: entweder über alle Mandanten, oder gar nicht Hendrik Kerkhoff 13

14 Tenant, Table, Row und Column-Spalte Jedes Feld in der logischen Tabelle wird zu eigenem Datensatz in Pivot- Tabellen VARCHAR als Datentyp verteilte Universal Table Für jeden Datentyp eigene Tabelle Keine Speicherung von NULL-Werten notwendig Für Indizierung: neue Tabelle, z.b. Pivot Str Index [2] Aulbach et. Al: Multi-Tenant Databases for Software as a Service: Schema-Mapping Techniques Hendrik Kerkhoff 14

15 Vorteile Keine NULL-Werte Problemlose Erweiterbarkeit Wenig Metadaten notwendig Nachteile Logische Tabelle mit N-Spalten erfordert (N-1) Joins zur Rekonstruktion Geringerer Aufwand bei wenigen Spalten Hendrik Kerkhoff 15

16 Tentant, Table, Chunk und Row Spalten Chunks (= Blöcke ) identifizieren Reihenfolge der Werte Spalten mit verschiedenen Datentypen Spart Metadaten sowie Umwandlung der Daten Erlaubt das sinnvolle Indizieren von Spalten Durch das Ändern der Breite können Joins verringert werden auf Kosten eventueller NULL-Werte [2] Aulbach et. Al: Multi-Tenant Databases for Software as a Service: Schema-Mapping Techniques Hendrik Kerkhoff 16

17 Vorteile Einfache Erweiterungen Datentypen müssen nicht umgewandelt werden Nur eine Tabelle im Speicher Wenige Metadaten notwendig Nachteile Viele Selbst-Joins durch Haltung fast aller Daten im Arbeitsspeicher relativ geringe Kosten Hohe Flexibilität bedeutet aufwendige Query-Transformation Hendrik Kerkhoff 17

18 Mischung aus Extension Tables und Chunk Tables Oft / gemeinsam Benutzte Daten werden in einer Tabelle gespeichert Seltene Attribute werden in Chunk-Tabellen gespeichert * Stefan Aulbach, Torsten Grust, Dean Jacobs, Alfons Kemper, Jan Rittinger: Multi-Tenant Databases for Software as a Service: Schema-Mapping Techniques [2] Hendrik Kerkhoff 18

19 Vorteile Hohe Konsolidierung Eine Tabelle für gemeinsame Daten Erweiterbarkeit Typsicherheit gewährleistet Nachteile Transformationsaufwand Jedoch nicht größer als bei Chunk Tables Hendrik Kerkhoff 19

20 DB2 Datenbank auf 2.8Ghz Intel Xeon, 1GB Arbeitsspeicher, 2Gbit/s Ethernet Anbindung 10 Tabellen, Mandanten (1.4MB Daten / Mandant) 4 KB pro Tabelle je Schema 8 KB für Benutzerdaten inkl. Indizierung verschiedene Anfragen (Select, Insert, Update) mit unterschiedlicher Komplexität Extension Table Layout ohne Erweiterungen Hendrik Kerkhoff 20

21 [2] Aulbach et. Al: Multi-Tenant Databases for Software as a Service: Schema-Mapping Techniques Hendrik Kerkhoff 21

22 Kosten für JOINs [2] Aulbach et. Al: Multi-Tenant Databases for Software as a Service: Schema-Mapping Techniques Hendrik Kerkhoff 22

23 Isolation Konsolidierung Erweiterbarkeit Transfor mationsa ufwand Sonstiges Private Table o ++ - Hoher Speicherbedarf Basic Table + ++ (o) Keine Erweiterungen Extension Table o - ggf. hoher Speicherbedarf Universal Table o o o - - Viele NULL-Werte - Keine Indizierung - nicht Typsicher Pivot Table o o Viele JOINS Chunk Table o o ++ o - Nur eine Tabelle - wenige Metadaten Chunk Folding o + ++ o - Gute Mischung Hendrik Kerkhoff 23

24 Von außen aufgesetzte Mandantenfähigkeit Nur Zwischenschicht kennt Verknüpfungen zwischen Daten Datenbanken werden zu Datentopf wenig Optimierung der Daten möglich Durch wenige Tabellen bessere Ausnutzung des Arbeitsspeichers Allerdings müssen logische Strukturen durch Joins wieder zusammengeführt werden Modifikation der Kerntabellen schwierig Kompatibilität der Mandanten muss gewährleistet sein, muss durch Versionierung hergestellt werden Hendrik Kerkhoff 24

25 Software-Entwicklungsplattform als Dienst Entwicklung von beliebigen SaaS-Applikationen Hosting von SaaS Fertige Funktionalitäten Benutzerverwaltung Datenmanagement Workflows Reporting Multi-Tenant Datenbank Universal Table Layout Optimierungen Hendrik Kerkhoff 25

26 Metadaten Datentabellen Spez. Pivot Tabellen [3] Salesforce.com: The Force.com Multitenant Architecture Hendrik Kerkhoff 26

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28 Private Table Schema Grid-Infrastruktur Geringe Hardwarekomplexität mit gemeinsamem Archivspeicher Replikation auf Mandantenebene zur Performanzsteigerung und Verfügbarkeit Eine globale Logging-Datei pro Mandant Hendrik Kerkhoff 28

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30 1. Bob Warfield, SmoothSpan Blog 27th October 2007, smoothspan.wordpress.com/2007/10/28/multitenancy-can-havea-161-cost-advantage-over-single-tenant/ 2. Stefan Aulbach, Torsten Grust, Dean Jacobs, Alfons Kemper, Jan Rittinger: Multi-Tenant Databases for Software as a Service: Schema-Mapping Techniques, SIGMOD 08, ACM /08/0 3. Salesforce.com: The Force.com Multitenant Architecture, 2008, ForcedotcomBookLibrary/ Force.com_Multitenancy_WP_ pdf 4. Stefan Aulbach, Dean Jacobs, Alfons Kemper, Michael Seibold: A Comparison of Flexible Schemas for Software as a Service, SIGMOD 09, ACM /09/06 5. Dean Jacobs, Stefan Aulbach: Ruminations on Multi-Tenant Databases, BTW 2007, Hendrik Kerkhoff 30