آشنایی با خوشه‌بندی پایگاه‌داده و کاربردهای آن

یکی از مهم‌ترین بخش‌هایی که در هر سایتی وجود دارد پایگاه‌داده است. فرقی نمی‌کند که با استفاده از CMS یا با کمک برنامه‌نویسی سایت را راه‌اندازی می‌کنید؛ در هر صورتی باید از یک پایگاه‌داده قدرتمند بهره ببرید تا توانایی حفظ داده‌ها به‌صورت سازماندهی شده را داشته باشید.

نکته مهمی که وجود دارد این است که امنیت پایگاه‌داده در برخی از شرایط در خطر میفتد. برای جلوگیری از این مشکل از دیتابیس کلاسترینگ یا همان خوشه‌بندی پایگاه‌داده استفاده می‌کنند. همراه ما باشید تا در ادامه این مقاله از فاماسرور بیشتر درباره این موضوع خوشه‌بندی پایگاه‌داده با هم صحبت کنیم.

خوشه‌بندی پایگاه‌داده یا Database Clustering

Database Clustering یا خوشه‌بندی پایگاه‌داده روشی است که با استفاده از آن می‌توانید پایگاه‌داده را به بخش‌های گوناگونی تقسیم کرده و در سرورهای مختلفی قرار دهید. در برخی از شرایط پایگاه‌داده یک سایت یا یک شرکت به‌اندازه‌ای بزرگ و حجیم است که توانایی پردازش کوئری‌ها از عهده یک سرور خارج است.

برای این کار می‌توانید چندین سرور را به کار برده و با اتصال پایگاه‌داده آن‌ها به یکدیگر یک سیستم خوشه‌بندی شده از پایگاه‌داده داشته باشید. این موضوع سرعت پایگاه‌داده را بیشتر کرده و از دسترس خارج شده آن را تقریباً غیرممکن می‌کند.

دلایل استفاده از خوشه‌بندی

نکته بسیار مهمی که باید درباره خوشه‌بندی پایگاه‌داده بدانید این است که دلایل محکمی برای بهره‌گیری از آن وجود دارد. اگر توسعه‌دهنده‌ای گفت که نیازی به این کار نیست، می‌توانید دلایل زیر را برای وی بیان کنید:

1. افزونگی داده یا Data redundancy

یکی از مهم‌ترین دلایلی که باید از خوشه‌بندی پایگاه‌داده استفاده کنید این است که در برخی از شرایط پایگاه‌داده شما دچار Data Redundancy یا همان افزونگی داده می‌شود. منظور از افزونگی داده این است که داده‌های تکراری و مشابه در جدول‌های گوناگون پایگاه‌داده وجود داشته باشد.

به طور مثال در یک پایگاه‌داده برای فروشگاه فیلد آدرس هم در جدول اطلاعات کاربرد وجود دارد و هم در جدول اطلاعات خرید. استفاده از خوشه‌بندی پایگاه‌داده موجب می‌شود تا به‌روزرسانی این فیلد سریع‌تر شده و در صورت نیاز از اطلاعات دیگر سرورها برای به‌روزرسانی استفاده می‌کند.

2. متعادل‌سازی بار ترافیک Load balancing

مهم‌ترین دلیلی که افراد گوناگونی از خوشه‌بندی پایگاه‌داده استفاده می‌کنند این است که می‌خواهند متعادل‌سازی بار ترافیک یا همان Load Balancing را پیاده‌سازی کنند. زمانی که سایت شما شلوغ شده و کاربران زیادی از آن استفاده می‌کنند، درخواست و کوئری‌هایی که به پایگاه‌داده ارسال می‌شود افزایش‌یافته و موجب سنگین‌شدن بیش از اندازه پردازش می‌شود.

برای رفع این مشکل استفاده از کلاسترینگ پایگاه‌داده می‌تواند موثر باشد. در این روش با تقسیم بار پردازش بین سرورهای مختلف، سرعت پایگاه‌داده و ویرایش اطلاعات بیشتر خواهد شد.

3. دسترسی بالا یا High availability

دسترسی بالا یا همان High Avalability از دلایل بسیار مهمی است که باید خوشه‌بندی پایگاه‌داده را پیاده‌سازی کنید. در شرایطی که درخواست به پایگاه‌داده زیاد شود، این امکان وجود دارد که پایگاه‌داده پاسخگوی درخواست نبوده و در بسیاری از شرایط موجب از دسترس خارج‌شدن سرور سایت شود.

برای این که دسترسی به سایت را سریع‌تر کرده و خواندن اطلاعات برای کاربران گوناگون را سریع‌تر کنید، می‌توانید از Database Clustering استفاده کنید. این کار احتمال غیرفعال‌شدن سرور یا پایگاه‌داده را 0 می‌کند.

4. نظارت و اتوماسیون یا Monitoring and automation

اگر می‌خواهید راحت‌تر به اعمال پایگاه‌داده و کوئری‌های آن نظارت داشته باشید، می‌توانید از خوشه‌بندی پایگاه‌داده بهره ببرید. این کار مانیتورینگ و اتوماسیون پایگاه‌داده را بسیار راحت‌تر می‌کند. این کار در دیتابیس‌های معمولی نیز ممکن خواهد بود؛ اما سرعت و کیفیت آن در دیتابیس کلاسترینگ بیشتر می‌شود.

در این روش یکی خوشه یا کلاستر به‌عنوان مدیر انتخاب شده و می‌تواند بر فعالیت دیگر خوشه‌ها نظارت داشته باشد. همچنین کلاستر مدیر می‌تواند با اجرای برخی از اسکریپت‌ها امور مختلف دیتابیس را به شکل اتوماتیک انجام دهد.

انواع خوشه‌بندی پایگاه‌داده

اگر به آشنایی بیشتر با دیتابیس کلاسترینگ علاقه دارید و می‌خواهید از آن استفاده کنید، باید نوع‌های مختلفی که برای این روش وجود دارد را بررسی کنید. از مهم‌ترین انواع خوشه‌بندی پایگاه‌داده می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

خوشه‌های مبتنی بر دسترسی‌پذیری یا Failover/High availability clusters

یکی از انواع مدل‌هایی که برای خوشه‌بندی پایگاه‌داده وجود دارد، خوشه‌های مبتنی بر دسترسی‌پذیری یا High Availability Clusters هستند. در این روش خوشه‌های پایگاه‌داده می‌توانند به کمک خوشه غیرفعال شده بیایند.

به طور مثال در برخی از شرایط یک سرور از دسترس خارج شده یا به‌اشتباه غیرفعال می‌شود. در این جا خوشه‌های دیگر به کمک به سیستم غیرفعال شده آمده و درخواست‌ها آن را پردازش می‌کنند. در این روش هر کدام از خوشه‌ها به دیگر سرورها متصل بوده و در صورت موفق نشدن سرور عملیات آن را برعهده می‌گیرند.

خوشه‌های مبتنی بر عملکرد یا High-Performance Clusters

روش دیگری که می‌توانید از آن برای پیاده‌سازی خوشه‌بندی پایگاه‌داده استفاده کنید، روش خوشه‌های مبتنی بر عملکرد یا High-Performance Clusters هستند. همان‌طور که از نام این روش مشخص است می‌توانید با بهره‌گیری از آن به‌راحتی عملکرد پایگاه‌داده را سریع‌تر کنید. در این روش سرورها باهدف بهبود عملکرد به یکدیگر متصل می‌شوند.

در واقع به‌جای این که سرورها در صورت غیرفعال‌شدن وارد عمل شوند، از همان اول به‌عنوان یک سیستم یکپارچه عمل کرده و محاسبات و کوئری‌های پایگاه‌داده را بین خود تقسیم می‌کنند. از این خوشه‌ها معمولاً برای فعالیت‌های علمی استفاده می‌شود.

خوشه‌های مبتنی بر بار ترافیک یا Load Balancing Clusters

برای پیاده‌سازی خوشه‌بندی پایگاه‌داده نوع دیگری در اختیار شما قرار گرفته به نام خوشه‌های مبتنی بر بار ترافیک یا همان Load Balancing Clusters. همان‌طور که از نام این نوع خوشه‌بندی مشخص است می‌توانید با بهره‌گیری از آن بار ترافیکی را بین سرورهای گوناگون بخش کنید.

در واقع تمامی تلاش سرورهای خوشه بر این است که ظرفیت شبکه را بیشتر کرده و تعداد بیشتری درخواست برای پایگاه‌داده دریافت کنند. در این روش برخلاف خوشه‌های مبتنی بر عملکرد به‌جای کار روی یک دستور مشخص، دستورها بین خوشه‌ها تقسیم می‌شوند.

خوشه‌بندی پایگاه‌داده

چرا باید از Database Clustering استفاده کنیم؟

1. افزایش دسترسی‌پذیری (High Availability)
   Database Clustering یکی از بهترین راهکارها برای اطمینان از دسترسی همیشگی به داده‌ها است. با استفاده از این روش، در صورت بروز خرابی یا قطع در یکی از گره‌ها (Nodes)، گره‌های دیگر می‌توانند به‌طور خودکار وظایف آن را بر عهده بگیرند. این ویژگی باعث می‌شود که سیستم بدون وقفه به فعالیت خود ادامه دهد و کاربران هیچ اختلالی احساس نکنند.
2. بهبود عملکرد و مقیاس‌پذیری (Scalability)
   با افزایش تعداد کاربران یا حجم داده‌ها، یک پایگاه داده منفرد ممکن است دیگر نتواند نیازهای سیستم را پاسخ دهد. Database Clustering به شما اجازه می‌دهد تا با اضافه کردن گره‌های جدید به خوشه (Cluster)، عملکرد را بهبود بخشید. این راهکار برای سیستم‌هایی که رشد سریع دارند، بسیار مناسب است و امکان توزیع بار (Load Balancing) بین گره‌ها را فراهم می‌کند.
3. پشتیبان‌گیری و بازیابی داده‌ها (Data Redundancy and Recovery)
   در Database Clustering، داده‌ها به‌صورت کپی در چندین گره ذخیره می‌شوند. این موضوع نه‌تنها از دست دادن داده‌ها در هنگام خرابی سخت‌افزار یا نرم‌افزار جلوگیری می‌کند، بلکه بازیابی داده‌ها را نیز سریع‌تر و مطمئن‌تر می‌سازد. این ویژگی برای سیستم‌های حیاتی که با داده‌های حساس کار می‌کنند، بسیار اهمیت دارد.
4. کارایی در پردازش درخواست‌ها (Efficient Query Processing)
   Database Clustering می‌تواند با توزیع پردازش درخواست‌ها میان گره‌ها، زمان پاسخگویی به کاربران را کاهش دهد. به‌ویژه در سیستم‌های پرترافیک، این ویژگی می‌تواند تجربه کاربری بهتری ارائه دهد. همچنین، با بهینه‌سازی منابع سخت‌افزاری در گره‌ها، بهره‌وری کلی سیستم افزایش می‌یابد.

استفاده از Database Clustering نه‌تنها امنیت و دسترسی‌پذیری را تضمین می‌کند، بلکه مقیاس‌پذیری و انعطاف‌پذیری سیستم را نیز بهبود می‌بخشد.

سخن پایانی

پایگاه‌داده مهم‌ترین بخش تشکیل دهند یک وب‌سایت یا سرویس است. می‌توانید با استفاده از آن‌ها به‌راحتی داده‌های گوناگون علمی یا کاربردی را ذخیره کرده و از آن‌ها استفاده کنید. روشی که می‌توانید با بهره‌گیری از آن سرعت پایگاه‌داده را بیشتر کرده و امنیت داده‌ها را نیز افزایش دهید، خوشه‌بندی پایگاه‌داده یا همان Database Clustering است.

در این روش چندین سرور به یکدیگر متصل شده و عملکرد دیتابیس را بهبود می‌دهند. در این مقاله از تیم فاماسرور تمامی نکاتی که برای آشنایی و استفاده از دیتابیس کلاسترینگ وجود داشت را با هم بررسی کردیم.

نمونه مستندات : redis و postgresql