[論文レビュー] Database as a Service - Current Issues and Its Future

Xi Zheng|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2018

Privacy-Preserving Technologies in Data参考文献 30被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、低遅延レプリケーションを用いてRDBMSとNoSQLデータベースを統合する、画期的なDatabase-as-a-Service（DBaaS）アーキテクチャ「Trinity Model」を提案する。これにより、スムーズなスケーラビリティ、強化されたセキュリティ、学習曲線の低減が実現される。このモデルはハイブリッドデータデプロイメントをサポートし、複数のNoSQLタイプを統合し、複雑なデータベース管理を抽象化することで、SaaS開発を加速する。

ABSTRACT

With the prevalence of applications in cloud, Database as a Service (DBaaS) becomes a promising method to provide cloud applications with reliable and flexible data storage services. It provides a number of interesting features to cloud developers, however, it suffers a few drawbacks: long learning curve and development cycle, lacking of in-depth support for NoSQL, lacking of flexible configuration for security and privacy, and high cost models. In this paper, we investigate these issues among current DBaaS providers and propose a novel Trinity Model that can significantly reduce the learning curves, improve the security and privacy, and accelerate database design and development. We further elaborate our ongoing and future work on developing large real-world SaaS projects using this new DBaaS model.

研究の動機と目的

• 現在のDBaaSモデルにおける主な制限要因、すなわち高い学習曲線、不十分なNoSQLサポート、不十分なセキュリティおよびプライバシー制御の特定と分析。
• 既存のDBaaS提供において、RDBMSとNoSQLデータベースの間の統合が不十分であるという問題の解決。
• 特にSaaS環境において、クラウドアプリケーション開発者の開発サイクルと学習曲線の短縮。
• セキュリティおよびプライバシーの向上を図るため、テナント制御のプライベートクラウドに部分的または完全にデータを格納できる、柔軟なハイブリッドデータデプロイメントの実現。
• 微分プライバシーおよびリアルタイムトラフィック分析などの高度なセキュリティおよびプライバシーメカニズムをDBaaSスタックに統合すること。

提案手法

• Trinity Modelは、RDBMSログから非スキーマ型NoSQLコレクションへの非同期的で低遅延なレプリケーションを可能にするミドルウェア層を採用し、3段階のプロセス（スキーママッピング、バイナリログからのログ抽出、データ転送）を経て実現する。
• RDBMSデータのマルチテナントシャーディングを分散データベースに実装し、各シャーディングをマスタースレーブ構成としてレプリカ化することで、障害耐性と高可用性を確保する。
• NoSQLクラスタはOLAPワークロードを処理し、各RDBMSシャーディングが対応するNoSQLのレプリカセット（プライマリおよびセカンドリーノード）にマッピングされる。
• NoSQL上にクエリキャッシュを統合することで、繰り返しのデータフェッチを削減し、高並列処理環境でのパフォーマンスを向上させる。
• 自動スケーリングモジュールは、ワークロードの変動やネットワーク状態の変化に応じて、リソースを動的に割り当てまたは再構成する。
• 本アーキテクチャは、グラフ、空間時間的、ドキュメント、およびキー値データベースといった多様なNoSQLタイプを、統一されたDBaaSレイヤー内で統合可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DBaaSにおけるRDBMSとNoSQLデータベースの統合により、学習曲線を低減し、アプリケーション開発をどのように加速できるか？
• RQ2 RDBMSからNoSQLへの低遅延で信頼性の高いレプリケーションを実現するためのアーキテクチャパターンは何か？ その際、データの一貫性と整合性を保持するにはどうすればよいか？
• RQ3 部分的または完全にプライベートクラウドにデータを格納するハイブリッドデータデプロイメントを、統一されたDBaaSモデル内でどのように実現できるか？ その際、パフォーマンスやスケーラビリティを損なわないようにするには？
• RQ4 マルチテナントSaaSアプリケーション向けに、データプライバシーやセキュリティを強化するためのメカニズムをDBaaSに統合するにはどうすればよいか？
• RQ5 グラフ、空間時間的といった多様なNoSQLデータベースタイプ（例：グラフ、空間時間的）を、一つの統合的で一貫性のあるDBaaS抽象化レイヤー内でどのようにネイティブにサポートできるか？

主な発見

• Trinity Modelは、データ型、関係、CRUD操作を定義する包括的で直感的なデータモデルを提供することで、低レベルのデータベース管理を抽象化し、開発者の学習曲線を顕著に低減した。
• ミドルウェアは、バイナリログの変更を活用することで、RDBMSからNoSQLへの低遅延レプリケーションを実現し、最小限のパフォーマンスオーバーヘッドでニアリアルタイム同期を可能にした。
• 本モデルはハイブリッドデプロイメントをサポートし、機密性の高いデータをテナントが制御するプライベートクラウドに格納しつつ、アプリケーションをパブリッククラウドで実行できるようにすることで、データプライバシーとコンプライアンスを強化した。
• グラフ、空間時間的、ドキュメントデータベースといった複数のNoSQLタイプを統一されたDBaaSレイヤーに統合することで、複雑なSaaSワークロードにおけるより柔軟で効率的なデータモデリングが可能になった。
• 自動スケーリングおよびキャッシュメカニズムにより、特にOLAPおよび分析クエリに対して、システムの応答性が著しく向上し、遅延が低減した。
• クラウド開発者を対象とした初期のアンケートおよびインタビュー調査では、現在のDBaaSソリューションが、不十分なNoSQLサポート、高レベルの複雑さ、限られたセキュリティ制御という点で課題を抱えていることが確認され、Trinity Modelの必要性が裏付けられた。