【サーバーNo.343】今更聞けない！データベースクラスターをサクッと解説

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データベースクラスターは、データベースの可用性やスケーラビリティを高めるための重要な技術です。この技術を理解することで、システムのパフォーマンス向上や障害耐性を強化する方法を学ぶことができます。本記事では、データベースクラスターについてわかりやすく解説します。

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データベースクラスターとは？

データベースクラスターとは、複数のサーバーが協力して一つのデータベースシステムを構成する仕組みです。これにより、高可用性と負荷分散を実現し、データベースのパフォーマンスを向上させることができます。各サーバーはデータを同期させ、障害が発生した際にも他のサーバーが対応することでシステムが停止するリスクを減少させます。

わかりやすい具体的な例

わかりやすい具体的な例1

graph TD; A[サーバーA] --> B[サーバーB]; A --> C[サーバーC]; B --> D[バックアップサーバー]; C --> D; A --> D; classDef highAvailability fill:#f9f,stroke:#333,stroke-width:4px; class A,B,C,D highAvailability;

上記の例では、複数のサーバーがデータベースクラスターを形成し、データを同期しています。もしサーバーAに障害が発生しても、サーバーBやCがデータを保持しているため、システムは停止することなく運用を続けることができます。

わかりやすい具体的な例2

graph TD; X[データベースクラスター] --> Y[ユーザーアクセス]; Y --> Z[アプリケーションサーバー]; Z --> A[バックエンドサーバー]; X --> A; classDef highLoad fill:#f9f,stroke:#333,stroke-width:4px; class X,Y,Z,A highLoad;

次に、データベースクラスターが大量のユーザーアクセスを捌く仕組みについて説明します。ユーザーがデータベースにアクセスすると、クラスター内の複数のサーバーが負荷を分散して処理を行います。これにより、高いアクセス負荷を効率的にさばくことができます。

データベースクラスターが考案された背景をわかりやすく説明します。データベースのスケーラビリティや可用性が求められるようになった時期に、特にウェブアプリケーションの普及が加速し、大規模なデータ処理を効率化するために考案されました。この技術により、システムが停止しにくく、データを安全に運用できるようになったのです。

graph TD; A[1980年代] --> B[インターネットの普及]; B --> C[データベース需要の急増]; C --> D[データベースクラスターの開発]; class A,B,C,D highAvailability;

考案した人の紹介

データベースクラスターを考案したのは、複数のデータベースエンジンを並列に動作させる技術を開発した研究者たちです。この技術は、主に米国を中心に開発され、1980年代後半には商業利用が開始されました。特に、データベースエンジンのパフォーマンス向上と障害耐性の強化に大きな貢献をしました。

考案された背景

データベースクラスターが考案された背景としては、1980年代後半から90年代初頭にかけて、企業が扱うデータ量の急増とインターネットの普及が挙げられます。システムダウンを防ぎ、負荷を分散させる技術が急務となり、データベースクラスターの開発が進みました。

データベースクラスターを学ぶ上でつまづくポイント

多くの人がデータベースクラスターを学ぶ際に感じる難しさは、複数のサーバー間でのデータ同期の仕組みや、フェールオーバー機能の理解です。これらは初めて学ぶ人には抽象的に感じられるかもしれませんが、理解を深めることで、システム全体の動作が見えるようになります。

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データベースクラスターの構造

データベースクラスターの構造は、主にマスタースレーブ型とマルチマスター型に分かれます。マスタースレーブ型では、1つの主サーバーが書き込みを行い、他のサーバーはそのデータをコピーして読み取りを行います。マルチマスター型では、複数のサーバーが書き込みを行い、データの同期が行われます。

graph TD; A[マスターサーバー] --> B[スレーブサーバー1]; A --> C[スレーブサーバー2]; A --> D[バックアップサーバー]; classDef masterSlave fill:#f9f,stroke:#333,stroke-width:4px; class A,B,C,D masterSlave;

データベースクラスターを利用する場面

データベースクラスターは、大量のデータを扱うシステムや、高可用性を求められる環境で利用されます。例えば、オンラインショッピングサイトや、クラウドサービスでのデータベース運用に使用されることが多いです。

利用するケース1

データベースクラスターが利用される具体的なケースとして、オンラインバンキングシステムがあります。金融機関では、ユーザーの口座情報や取引履歴をリアルタイムで処理するために、高可用性を確保する必要があります。データベースクラスターを使用することで、万が一の障害時にも迅速にデータを復旧し、サービスの継続性を保つことができます。

graph TD; A[金融システム] --> B[クライアントアクセス]; A --> C[データベースクラスター]; C --> D[バックエンドサーバー]; classDef highAvailability fill:#f9f,stroke:#333,stroke-width:4px; class A,B,C,D highAvailability;

利用するケース2

次に、ソーシャルメディアプラットフォームでのデータベースクラスターの利用例です。ソーシャルメディアサービスでは、ユーザーが大量のデータをアップロードするため、負荷分散とデータ同期が重要です。データベースクラスターを使うことで、ユーザーの活動データを効率的に処理し、高速な応答を提供できます。

graph TD; X[ソーシャルメディア] --> Y[ユーザーリクエスト]; Y --> Z[データベースクラスター]; Z --> A[コンテンツサーバー]; X --> A; classDef highLoad fill:#f9f,stroke:#333,stroke-width:4px; class X,Y,Z,A highLoad;

さらに賢くなる豆知識

データベースクラスターの豆知識として、データ同期のアルゴリズムに関する内容があります。特に、データの整合性を保つために、マスターサーバーとスレーブサーバー間でのデータコピー時に、トランザクションログを活用することが重要です。これにより、データの矛盾を防ぐことができます。

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あわせてこれも押さえよう！

データベースクラスターの理解において、あわせて学ぶ必要があるサーバーについて5個のキーワードを挙げて、それぞれを簡単に説明します。

  • ロードバランサー

    • リクエストの負荷を複数のサーバーに均等に分配する技術です。

  • バックアップサーバー

    • データの障害対策として、バックアップを保持するためのサーバーです。

  • フェールオーバー

    • 一部のサーバーに障害が発生した際に、他のサーバーに自動的に切り替える技術です。

  • キャッシュサーバー

    • データベースへのアクセス回数を減らすために、よく使われるデータを保持するサーバーです。

  • データベースシャーディング

    • データベースを複数の部分に分割し、負荷分散を行う技術です。

まとめ

データベースクラスターを理解することで、高可用性と負荷分散に関する知識を得ることができます。これにより、システムのパフォーマンス向上や障害耐性強化のための設計を行う際に非常に役立ちます。実際の運用においても、データベースクラスターは欠かせない技術となっています。

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