Bases de datos NoSQL Multi-Modelos, caso de estudio: OrientDB

Bases de datos NoSQL Multi-Modelos,caso de estudio:

OrientDB

Frank T, Vanessa T, Wilmer G.

Universidad Central de Venezuela

Bases de datos NoSQL

February 2, 2016

Frank T, Vanessa T, Wilmer G. (UCV) Multimodelos NoSQL - OrientDB February 2, 2016 1 / 54

Contenido

1 Conceptos basicos.2 Caso de estudio - OrientDB:3 Comparaciones4 Conclusiones

”... 1st generation NoSQLproducts, where each tool wasonly good at a few use cases...2nd generation NoSQL isMulti-Model...”

Luca Garulli - Author of OrientDBMarch 26, 2015

Conceptos basicos. Antecedentes a NoSQL

1 Conceptos basicos.

2 Caso de estudio - OrientDB:

3 Comparaciones

4 Conclusiones

Conceptos basicos123

Integracion de base dedatos compartida.

Desajuste de impedancia.

Integracion en unica base de datosdesde multiples aplicaciones ocomponentes.

Alternativa

Arquitectura de Base de DatosPolıglota:...The most important result of therise of NoSQL is PolyglotPersistence...

1NoSQL Distilled - M. Fowler & P. Sadalage2One Size Fits All: An Idea Whose Time Has Come and Gone. - M. Stonebracker3Advancing Distributed Systems. - Eric Brewer

Integracion de base de datoscompartida.

La dificultad generada por ladiferencia entre estructuras de datosen memoria y el modelo relacional.

Alternativa

Integracion de base de datoscompartida.

Alternativa

Conceptos basicos. Arquitectura de Base de Datos Polıglota

Persistencia Polıglota

Definicion Uso de diferentes bases de datos para cada requerimiento delsistema.

Implicaciones Requiere una capa de integracion que interprete loslenguajes de los DBMS subyacentes y asegure la consistenciaentre las bases de datos.

Persistencia Polıglota

Definicion Uso de diferentes bases de datos para cada requerimiento delsistema.

Implicaciones Requiere una capa de integracion que interprete loslenguajes de los DBMS subyacentes y asegure la consistenciaentre las bases de datos.

Persistencia Polıglota4

4de Polyglot programing. - Neal FordFrank T, Vanessa T, Wilmer G. (UCV) Multimodelos NoSQL - OrientDB February 2, 2016 6 / 54

Consideraciones6

Ventajas Desventajas

Compatibilidad hacıa atras con sistemas legados. Interoperabilidad.Multiples herramientas ⇒ multiples habilidades.Acceso no uniforme.Consistencia.Redundancia logica.*Seguridad.Tolerancia a fallos.*5

En el 90% de los casos de uso Base de Datos NoSQL son usados comosegundo DBMS.

5Polyglot Persistence or Multiple Data Models? - Stephen Pimentel. Author ofFoundationDB

6Polyglot database architectures = polyglot challenges. - Lena WiseFrank T, Vanessa T, Wilmer G. (UCV) Multimodelos NoSQL - OrientDB February 2, 2016 7 / 54

Arquitecturas Lambda

Definicion Arquitecturas que combinan una capa de procesamiento porlotes(lenta) con una capa de procesamiento en tiempo real,para proveer respuestas de baja latencia.

Alta velocidad

Analisis o consultassolo sobre los datosmas recientes (pila).

Procesamiento porlotes

Historico de (todos)los datos que se hanrecopilado,generalmente usadospara analisis.

Servicio

Combina las consultasde las capas anterioresen una solaestructura.

Alta velocidad

Servicio

Alta velocidad

Servicio

Alta velocidad

Servicio

7voltdb.com/products/alternatives/lambda-architectureFrank T, Vanessa T, Wilmer G. (UCV) Multimodelos NoSQL - OrientDB February 2, 2016 9 / 54

Consideraciones9

Pureza de los datos de entrada. Mantenimiento y complejidad de codigo.Enfatiza Reprocesamiento de los datos.Disminuye el impacto del teorema CAP.8

8How to beat the CAP theorem. - Nathan Marz, Author of Storm & ElephantDB9Questioning the Lambda Architecture. - Jay Kreps

Bases de datos Multi-Modelos

Definicion Bases de datos que soportan diferentes modelos dentro de sumotor o proveen capas para ellos colocadas sobre un motorde un solo modelo.

Consideraciones

Modelo de datos

Representacion de laorganizacion de losdatos y sus relaciones.

Consideraciones

Modelo de datos

Motor dealmacenamiento

Componente quepermite lasoperaciones CRUD,mediante API ointerfaz del DMBS.

Consideraciones

Modelo de datos

Lenguaje de consulta

Lenguaje usado paraobtener respuestasbasadas en hechosrepresentados en elsistema.

Consideraciones

Modelo de datos

Lenguaje de consulta

Lenguaje usado paraobtener respuestasbasadas en hechosrepresentados en elsistema.

Tipo Motor de almacenamiento Modelo de datos Motor de Consulta

Uni-Modelo(Nativo) Multi-Capas Unico Unico, diferentes APIs Dependiente del APIMulti-Modelo(Nativo) Variado Variado Mixto

Bases de datos Multi-Modelos

10orientdb.comFrank T, Vanessa T, Wilmer G. (UCV) Multimodelos NoSQL - OrientDB February 2, 2016 13 / 54

Consideraciones

Facilidad de administracion. Paradigma reciente.Integracion de componentes de bajo nivel.* Analisis reduccionista de desempenoTolerancia a fallos.Escalabilidad.

Caso de estudio - OrientDB:

3 Comparaciones

4 Conclusiones

Caso de estudio - OrientDB: Criterio

OrientDB

En desarrollo desde 1998publicada en 2010, por lacompanıa OrientTechnologies.

Licenciada bajo Apache 2Open Source, libre paracualquier proposito.

Ultima version liberada:2.1.7 el 9 de diciembre.

Desarrollada en Java.

Luca Garulli:”The First Ever Multi-Model Database Combining Flexibility of

Documents with Connectedness of Graphs”.

OrientDB

Popularidad

Data by itself has little value, it’s the relationship between data that givesit incredible value.a

aHow graph databases started the multi-model revolution. - Luca Garulli

Tendencia

Cuadrantes de complejidad de datos y relaciones

Caso de estudio - OrientDB: Caracterısticas

Esquema

Schema-full

Permite definirpropiedades a nivel declases, camposmandatorios yrestricciones.

Esquema

Schema-full

1 OClass account = d a t a b a s e . getMetadata ( ) . getSchema ( ) .c r e a t e C l a s s ( ” Account ” ) ;

2 account . c r e a t e P r o p e r t y ( ” i d ” , OType . I n t e g e r ) ;3 account . c r e a t e P r o p e r t y ( ” b i r t h D a t e ” , OType . Date ) ;

Esquema

Schema-full

1 p r o f i l e . c r e a t e P r o p e r t y ( ” n i c k ” , OType . STRING) . setMin ( ”3” ) .setMax ( ”30” ) . setMandatory ( t r u e ) . s e t N o t N u l l ( t r u e ) ;

2 p r o f i l e . c r e a t e I n d e x ( ” n i c k I d x ” , OClass . INDEX TYPE . UNIQUE , ”n i c k ” ) ; // C r e a t e s u n i q u e c o n s t r a i n t

Esquema

Schema-full

Schema-less

Permite clases sinpropiedades, en lasque los objetospueden tener camposarbitrarios.

Esquema

Schema-full

Schema-less

Permite clases sinpropiedades, en lasque los objetospueden tener camposarbitrarios.

Schema-mixed

Permite clases conalgunas propiedades,cuyos objetos puedentener camposarbitrarios.

Transacciones

Atomicidad

Ejecucion completa o nula de latransaccion.OrientDB almacena lastransacciones en la RAM delcliente, i.e. tamano de latransaccion depende de la RAMasignada a JVM.

Transacciones

Consistencia

Cada transaccion lleva la base dedatos de un estado consistente alotro.OrientDB usa MVCC, ımplicitoen API de grafos y explıcito enAPI de documentos.

1 db . open ( ” remote : l o c a l h o s t :7777/ p e t s h o p ” ) ;2 t r y { db . b e g i n (TXTYPE. OPTIMISTIC ) ;3 // TRANSACTION4 db . commit ( ) ; }5 c a t c h ( E x c e p t i o n e ) { db . r o l l b a c k ( ) ;}6 f i n a l l y { db . c l o s e ( ) ; }

Transacciones

Aislamiento

Ejecucion concurrente detransacciones debe serequivalente a la ejecucion serialde las mismas.OrientDB permite dos niveles:READ COMMITTED yREPEATABLE READS

1 db . b e g i n ( )2 db . g e t T r a n s a c t i o n ( ) . s e t I s o l a t i o n L e v e l ( OTransact ion .

ISOLATION LEVEL . REPEATABLE READ) ;

Transacciones

Durabilidad

Una vez que la transaccion hizocommit ya perdura a pesar defallos.En coneccion remota conOrientDB Server, si la aplicacionfalla las transacciones pendientesharan rollback al recuperarseAuto-recovery

Lenguaje de consulta a grafos: Gremlin & Blueprint API.

Lenguaje de consulta relacional: SQL, extendido confuncionalidades para grafos.

Estandar de conexion: JDBC, para herramientas de Inteligencia deNegocios.

Drivers:Java,Node.js,Ruby,Clojure,Scala,R,Python,PHP,.NET,Perl,c/c++.

Rest/JSON: Directamente con TCP/IP.

Modelo de datos

M. Relacional M. Documental M. Grafo M. Objetos Modelo de OrientDB

Tabla Coleccion Clase de Vertice / Enlace ClaseClase o Cluster /

Clase que hereda de Vertice / EnlaceFila Documento Vertice Objeto Documento / Vertice

Columna Clave - valor Propiedades de Vertice / Enlace Propiedad de objetoClave - valor del documento /propiedad de Vertice / Enlace

Relacion Embeber / Referenciar Enlace Apuntador Links*

Modelo de datos

Caso de estudio - OrientDB: Operaciones

Operaciones

Basicas (gui)11

1 /∗ C r e a c i o n de c l a s e s : ∗/2 c r e a t e c l a s s Person e x t e n d s V3 /∗Ceac ion de p r o p i e d a d e s : ∗/4 c r e a t e p r o p e r t y Person . f i r s t N a m e s t r i n g5 /∗ I n s e r t a r d a t o s : ∗/6 i n s e r t i n t o Person ( f i r s t N a m e , lastName ) v a l u e s ( ” Wilmer ” , ”

G o n z a l e z ” ) , ( ” Vanessa ” , ” Tovar ” ) , ( ” Frank ” , ” T r a v i e s o ” )7 /∗O: ∗/8 i n s e r t i n t o Company s e t name = ”UCV org . ”9 /∗ C r e a r e n l a c e s : ∗/

10 c r e a t e edge WorksAt from #12:1 to #13:011 /∗ i n s e r t w i t h c o n t e n t ∗/12 i n s e r t i n t o C L u s t e r c o n t e n t {”name” : ” C h a r l i e ” , ” age ” : 1 0}

11udemy.com/orientdb-getting-startedFrank T, Vanessa T, Wilmer G. (UCV) Multimodelos NoSQL - OrientDB February 2, 2016 35 / 54

Basicas (consola)

1 /∗ C r e a r db∗/2 c r e a t e d a t a b a s e remote : l o c a l h o s t / [NAME] [ USER NAME ] [PASSW] [

STORAGE]3 /∗Ejemplo ∗/4 c r e a t e d a t a b a s e remote : l o c a l h o s t / ConsoleDemo r o o t h e l l o

p l o c a l5 /∗ d e s c o n e c t a r s e ∗/6 d i s c o n n e c t7 /∗ c o n e c t a r s e s e r v i d o r ∗/8 c o n n e c t remote : l o c a l h o s t r o o t h e l l o9 /∗ l i s t a r db∗/

10 l i s t d a t a b a s e s11 /∗ c o n e c t a r s e a a l g u n a db∗/12 c o n n e c t remote : l o c a l h o s t / d a t a b a s e s / ConsoleDemo13 admin admin /∗ d e f a u l t u s e r c r e a t e d ∗/14 /∗ c o n n e c t l o c a l ∗/15 c o n n e c t p l o c a l : . . / d a t a b a s e s / ConsoleDemo admin admin16 /∗ backup d a t a b a s e ∗/17 backup d a t a b a s e d i r / to / backup

Manejo de clases

1 CREATE CLASS Person2 CREATE CLASS Person EXTENDS V3 CREATE CLASS v e h i c l e CLUSTER 44 CREATE CLASS DataItem ABSTRACT5 /∗ ˆNo puede a lmacenar d a t o s d i r e c t a m e n t e ∗/6 ALTER CLASS Person NAME I n d i v i d u a l7 ALTER CLASS Acount ADDCLUSTER EuropeA8 ALTER CLASS c a r CLUSTERSELECTION round−r o b i n9 DROP CLASS Person

10 TRUNCATE CLASS Lead

Manejo de clusters

1 CREATE CLUSTER AccountArg2 CREATE CLUSTER AccountVe POSITION 43 ALTER CLUSTER AccountArg NAME Argent inaA4 ALTER CLUSTER Europe COMPRESSION g z i p5 ALTER CLUSTER V CONFLICTSTRATEGY automerge6 DROP CLUSTER AccountArg7 DROP CLUSTER 48 TRUNCATE CLUSTER America9 ALTER CLASS Person CLUSTERSELECTION b a l a n c e d

Manejo grafos

1 CREATE VERTEX Person CLUSTER i t a l y SET f i r s t n a m e = ’BOB ’2 DELETE VERTEX #20:8653 DELETE VERTEX Person WHERE i n . @Class = ’ Membersh ipExpi red ’4 CREATE EDGE FROM #10:6 TO #10:85 /∗no g e n e r a documento∗/6 CREATE EDGE FROM #10:6 TO #10:8 CONTENT { v a l u e : 120}7 SELECT FROM Person WHERE any ( ) t r a v e r s e ( 0 , 3 ) ( f i r s t n a m e = ’

C a r l ’ )8 SELECT FROM ( TRAVERSE f r i e n d s FROM #10:5 WHILE $depth <= 3 )

WHERE $depth > 19 SELECT i n ( ’ i s M o d e l ’ ) . c o l o r FROM #10:7

10 SELECT outV ( ) FROM Bought WHERE P u r c h a s e P r i c e > 100011 SELECT s h o r t e s t p a t h (#19:5 ,#82:6 , ’BOTH ’ )12 SELECT d i j k s t r a (#15:7 ,#19:8 , ’ w e i g h t ’ ) FROM V

Manejo grafos

Otras funciones in(), out(), both(), outE(), inE(), bothE(), outV(), inV(),traversedElement(), traversedEdge(), traversedVertex(),shortestPath(), dijkstra().

Seguridad

Orientada a roles,predefinidos:admin,reader,writer.

A nivel de registro, mediantecampos especiales:allowRead, allow, allowUpdate, allowDelete

1 INSERT INTO OUser SET name= ’ j a y ’ , password = ’ JaY’ , s t a t u s = ’ACTIVE ’ ,r o l e s = (SELECT FROMORole WHERE name = ’r e a d e r ’ )

Seguridad

Orientada a roles,predefinidos:admin,reader,writer.

A nivel de registro,mediante campos especiales:allowRead, allow, allowUpdate, allowDelete

1 CREATE CLASS Order EXTENDSV, O R e s t r i c t e d

2 UPDATE #43:22 ADDa l l o w R e a d #5:10

Caso de estudio - OrientDB: Arquitectura

Arquitectura - Multi-Maestro12

12Implementacion de HazelCast.Frank T, Vanessa T, Wilmer G. (UCV) Multimodelos NoSQL - OrientDB February 2, 2016 42 / 54

Arquitectura

Arquitectura - Distribucion de la configuracion

Arquitectura

Arquitectura - Cambio automatico de servidor

Arquitectura - Actualizacion de las configuraciones

Otros detalles

Indice MVRB-tree, RB-Tree con multiples valores en los nodos.13

Multi-Maestro Implementacion de HazelCast.

Fallas temporales Hinted handoff & Sloppy quorum?

13Andrey Lomakin groups.google.com/orient-databaseFrank T, Vanessa T, Wilmer G. (UCV) Multimodelos NoSQL - OrientDB February 2, 2016 48 / 54

Caso de estudio - OrientDB: Limitaciones

Limitaciones14

hotAlignment:Usado para mantener mensajes al nodoinalcanzable.Si esta habilitado puede llevar a inconsistencia de la basede datos, si no, puede no guardarse toda la informacion del sharding.

Sharding: No soporta auto-sharding.

Tamano del registro Documentos, vertices y enlaces sonalmacenados como registros de hasta 2GB.

Map-Reduce Solo puede ser simulado con consultas distribuıdas

14Mas detalles en orientdb.com/docs/last/Limits.htmlFrank T, Vanessa T, Wilmer G. (UCV) Multimodelos NoSQL - OrientDB February 2, 2016 49 / 54

Caso de estudio - OrientDB: Usos

15casos comunes incluyen: series de tiempo, motores de chat,almacenamiento enclave-valor, entre otros.

Comparaciones

Tendencia

Conclusiones

3 Comparaciones

4 Conclusiones

Conclusiones

Discusion

¿Preguntas o comentarios?

Conclusiones

Agradecimientos17

¡Gracias!

Disponible en:bit.do/MultiModel pre

16xkcd.com/32717Realizado en Overleaf.com

Bases de datos NoSQL Multi-Modelos, caso de estudio: OrientDB

Software

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