Veri Tabanı ve dağıtık sistemlerde sharding nedir? Örnek senaryolarla key-based sharding, range-based sharding ve hash-based sharding Sharding ve Replication beraber yapılabilir mi?

Veri Tabanı ve dağıtık sistemlerde sharding nedir?

Veritabanı ve dağıtık sistemlerde "sharding" (parçalama), büyük bir veritabanını daha küçük, daha hızlı ve daha kolay yönetilebilir parçalara (shard'lara) ayırma işlemidir. Bu yöntem özellikle büyük ölçekli veritabanı sistemlerinde sıklıkla kullanılır. İşte sharding'in temel özellikleri:

Veritabanı Bölünmesi: Sharding, bir veritabanını birden çok parçaya böler. Her parça, veritabanının tamamının bir alt kümesini içerir ve genellikle farklı sunucularda depolanır.

Yük Dağılımı: Sharding, veritabanı yükünü birden çok sunucu arasında dağıtarak sistem performansını artırır. Her shard, veritabanı sorgularını bağımsız olarak işleyebilir, böylece veritabanı işlemlerinin hızı artar.

Ölçeklenebilirlik: Sharding, veritabanlarının ölçeklenebilirliğini artırır. Veritabanı büyüdükçe, daha fazla shard eklemek kolaydır. Bu, özellikle büyük veri setleriyle çalışan büyük ölçekli uygulamalar için önemlidir.

Yüksek Erişilebilirlik: Sharding, sistemdeki bir shard'ın başarısız olması durumunda bile veritabanının geri kalanının çalışmaya devam etmesini sağlar. Bu, veri erişilebilirliğini ve sistem dayanıklılığını artırır.

Sharding Stratejileri: Veriler, çeşitli sharding stratejilerine göre bölünebilir. Bu stratejiler arasında key-based sharding, range-based sharding ve hash-based sharding bulunur. Her strateji, verilerin nasıl bölüneceğini ve shard'lara nasıl atanacağını belirler.

Sharding'in uygulanması, veritabanı tasarımı ve yönetiminde önemli bir beceri gerektirir. Yanlış yapılandırılmış bir sharding stratejisi, veri tutarsızlıklarına ve performans sorunlarına yol açabilir. Bu nedenle, sharding uygulanırken dikkatli planlama ve strateji geliştirme önemlidir.

Örnek senaryolarla  key-based sharding, range-based sharding ve hash-based sharding 

Tabii ki, bu üç sharding stratejisini - key-based sharding, range-based sharding ve hash-based sharding - somut örneklerle açıklayalım:

1. Key-Based Sharding (Anahtar Tabanlı Sharding)

Örnek Senaryo: Bir sosyal medya platformu, kullanıcıların her birine benzersiz bir kullanıcı ID'si atar. Bu platform, kullanıcı verilerini sharding yapmak için kullanıcı ID'sini kullanabilir.

Uygulama: Eğer 3 shard varsa, Kullanıcı ID % 3 formülü kullanılarak her kullanıcı ID'si bir shard'a atanır. Örneğin, kullanıcı ID'si 101 olan bir kullanıcı 101 % 3 = 2 formülüyle hesaplandığında 2 numaralı shard'a atanır.

Avantajlar ve Dezavantajlar: Bu yöntem basit ve uygulaması kolaydır, ancak veri yükü dengesiz dağılabileceği için bazı shard'lar diğerlerinden daha fazla yüke sahip olabilir.

2. Range-Based Sharding (Aralık Tabanlı Sharding)

Örnek Senaryo: Bir finans şirketi, işlem tarihlerine göre finansal işlemleri saklar. Bu durumda, işlem tarihleri belirli bir aralığa göre shard'lara ayrılabilir.

Uygulama: İşlemler tarih aralıklarına göre bölünür. Örneğin, 2020-2021 işlemleri Shard 1'de, 2022-2023 işlemleri Shard 2'de saklanır. Bu, belirli bir tarih aralığındaki tüm işlemlerin aynı shard'da bulunmasını sağlar.

Avantajlar ve Dezavantajlar: Bu yöntem, sorguların belirli bir tarih aralığına odaklanması durumunda etkilidir. Ancak, bazı aralıklarda veri yoğunluğunun artması dengesiz yük dağılımına yol açabilir.

3. Hash-Based Sharding (Hash Tabanlı Sharding)

Örnek Senaryo: Bir e-ticaret şirketi, müşteri siparişlerini yönetmek için bir veritabanına sahiptir. Müşteri ID'sini kullanarak hash tabanlı sharding uygulanabilir.

Uygulama: Her müşteri ID'si bir hash fonksiyonundan geçirilir ve sonuç, hangi shard'a atanacağını belirler. Örneğin, hash(müşteri ID) % shard sayısı formülü kullanılır. Bu, her müşteri ID'si için eşit dağılım sağlayacak bir shard numarası üretir.

Avantajlar ve Dezavantajlar: Hash tabanlı sharding, verilerin daha dengeli bir şekilde dağılmasını sağlar ve hotspot oluşumunu önler. Ancak, hash fonksiyonunun iyi seçilmesi gereklidir, aksi takdirde yük dengesizliği oluşabilir.

Her strateji, farklı senaryolar ve ihtiyaçlar için uygun olabilir. Önemli olan, veri erişim desenlerini ve uygulamanın gereksinimlerini dikkate alarak doğru sharding stratejisini seçmektir.

Sharding ve Replication beraber yapılabilir mi? Örnek bir senaryo

Evet, sharding ve replication (çoklama) birlikte kullanılabilir ve bu, özellikle büyük ölçekli, yüksek kullanılabilirlik gerektiren veritabanı sistemleri için oldukça yaygın bir uygulamadır. Bu iki yöntemi birleştirmek, veri dağılımını optimize ederken aynı zamanda veri kaybı riskini azaltır ve sistem dayanıklılığını artırır.

Örnek Senaryo: Global E-Ticaret Platformu

Senaryo Açıklaması:

Bir global e-ticaret şirketi, dünya çapında milyonlarca müşteriye hizmet vermektedir.

Bu platform, müşteri siparişleri, kullanıcı profilleri, ürün katalogları gibi büyük miktarda veri işlemektedir.

Şirket, bu verileri etkili bir şekilde yönetmek için hem sharding hem de replication stratejilerini kullanmaya karar verir.

Sharding Uygulaması:

Şirket, coğrafi konuma göre sharding yapar: Kuzey Amerika, Avrupa, Asya vb. için ayrı shard'lar oluşturur.

Her bölgeye özgü veriler, ilgili shard'da saklanır. Örneğin, Avrupa'daki müşterilerle ilgili veriler Avrupa shard'ında tutulur.

Bu, bölgesel veri işleme ve sorgu performansını optimize eder.

Replication Uygulaması:

Her shard'ın bir ya da birden fazla kopyası (replica) oluşturulur.

Bu replicalar, farklı veri merkezlerinde saklanır, böylece bir veri merkezi başarısız olduğunda diğerleri devreye girer.

Replicalar aynı zamanda okuma yükünü dağıtmak için kullanılır; okuma işlemleri ana veri kümesi yerine replicalardan yapılabilir.

Birleşik Avantajlar:

Ölçeklenebilirlik: Sharding, veritabanının ölçeklenebilirliğini artırırken, replication yüksek erişilebilirlik ve veri güvenliği sağlar.

Performans Artışı: Coğrafi olarak yakın shard'lardan veri okuma, veri erişim süresini azaltır ve kullanıcı deneyimini iyileştirir.

Yedeklilik ve Dayanıklılık: Replicalar sayesinde, bir shard'daki verilere erişimde sorun oluştuğunda diğer replicalardan veri erişilebilir, böylece sistem kesintisiz çalışmaya devam eder.

Sonuç:

Bu senaryoda, sharding ve replication'ın birleşimi, hem veri işleme hızını artırır hem de sistem dayanıklılığını sağlar, bu da global bir e-ticaret platformu için hayati öneme sahiptir. Her iki strateji de doğru şekilde uygulandığında, sistem performansı ve güvenilirliği önemli ölçüde artar.