Escale horizontalmente os bancos de dados com o gerenciador do mapa de fragmentos

Aplica-se a: Banco de Dados SQL do Azure

Para dimensionar bancos de dados no Banco de Dados SQL do Azure, use um gerenciador de mapas de fragmentos. O gerenciador do mapa de fragmentos é um banco de dados especial que mantém informações de mapeamento global sobre todos os fragmentos (bancos de dados) em um conjunto de fragmentos. Os metadados permitem que um aplicativo se conecte ao banco de dados correto com base no valor da chave de fragmentação. Além disso, cada fragmento no conjunto contém mapas que acompanham os dados de fragmento local (conhecido como shardlets).

Entender como esses mapas são construídos é essencial para o gerenciamento de mapa de fragmentos. Isso é feito usando-se a classe ShardMapManager (Java, .NET), localizada na biblioteca de cliente do Banco de Dados Elástico para gerenciar mapas de fragmentos.

Mapas de fragmentos e mapeamentos de fragmentos

Para cada fragmento, você deve selecionar o tipo do mapa de fragmentos a ser criado. A escolha depende da arquitetura do banco de dados:

1. Um locatário único por banco de dados
2. Vários locatários por banco de dados (dois tipos):
   1. Mapeamento de lista
   2. Mapeamento de intervalo

Para um modelo de locatário único, crie um mapa de fragmentos de list-mapping. O modelo de locatário único atribui um banco de dados por locatário. Esse é um modelo eficaz para os desenvolvedores de SaaS, pois simplifica o gerenciamento de mapas de fragmentos.

O modelo multilocatário atribui vários locatários a um banco de dados individual (e você pode distribuir grupos de locatários entre vários bancos de dados). Use esse modelo quando você esperar que cada locatário tenha necessidades de dados pequenas. Nesse modelo, atribua um intervalo de locatários para um banco de dados usando o mapeamento intervalo.

Ou então, você pode implementar um modelo de banco de dados multilocatário usando um mapeamento de lista para atribuir vários locatários a um banco de dados individual. Por exemplo, DB1 é usado para armazenar informações sobre a ID do locatário 1 e 5, e o DB2 armazena dados do locatário 7 e do locatário 10.

Tipos com suporte para chaves de fragmentação

A Escala Elástica dá suporte aos tipos a seguir, como chaves de fragmentação:

Mapas de fragmentos de lista e intervalo

Mapas de fragmentos podem ser construídos usando listas de valores de chave de fragmentação individuais ou intervalos de valores de chave de fragmentação.

Mapas de fragmentos de lista

Fragmentos contêm shardlets e o mapeamento de shardlets para fragmentos é mantido por um mapa de fragmentos. Uma lista de mapas de fragmento é uma associação entre os valores de chave individuais, que identificam os shardlets e os bancos de dados que servem como fragmentos. Mapeamentos de lista são valores de chaves explícitos e diferentes que podem ser mapeados para o mesmo banco de dados. Por exemplo, o valor da chave 1 é mapeado para o Banco de dados A e os valores 3 e 6 são mapeados para o Banco de dados B.

Mapas de fragmentos de intervalo

Em um intervalo de mapas de fragmentos, o intervalo de chaves é descrito por um par [Valor baixo, Valor alto), em que o Valor baixo é a chave mínima no intervalo e o Valor alto é o primeiro valor maior que o intervalo.

Por exemplo, (0, 100) inclui todos os números inteiros iguais ou maiores que 0 e menores que 100. Observe que vários intervalos podem apontar para o mesmo banco de dados e intervalos separados tem suporte (por exemplo, ambos [100,200) e [400,600) apontam para o banco de dados C no exemplo a seguir).

Cada uma das tabelas mostradas acima é um exemplo conceitual de um objeto ShardMap . Cada linha é um exemplo simplificado de um objeto de PointMapping individual (para o mapa do fragmento de lista) ou RangeMapping (para o mapa do fragmento de mapa).

Gerenciador de mapa de fragmentos

Na biblioteca do cliente, o gerenciador de mapa de fragmentos é uma coleção de mapas de fragmentos. Os dados gerenciados por uma instância ShardMapManager são mantidos em três locais:

1. GSM (Mapa de Fragmentos Global): você especifica um banco de dados para servir como o repositório para todos os seus mapas de fragmento e mapeamentos. Procedimentos armazenados e tabelas especiais são criados automaticamente para gerenciar as informações. Geralmente trata-se de um banco de dados pequeno e pouco acessado, que não deve ser usado para outras necessidades do aplicativo. As tabelas estão em um esquema especial chamado __ShardManagement.
2. LSM (Mapa de Fragmentos Local): cada banco de dados que você especificar para ser um fragmento é modificado para conter várias pequenas tabelas e procedimentos especiais armazenados que contêm e gerenciem informações de mapa de fragmentos específicas a esse fragmento. Essas informações são redundantes com as informações de GSM e permitem que o aplicativo validar informações de mapa do fragmento em cache sem colocar nenhuma carga no GSM. O aplicativo usa o LSM para determinar se um mapeamento em cache ainda é válido. As tabelas correspondentes ao LSM em cada fragmento também estão no esquema __ShardManagement.
3. Cache do aplicativo: cada instância do aplicativo que acessa um objeto ShardMapManager mantém um cache na memória local dos seus mapeamentos. Ele armazena informações de roteamento que recentemente foi recuperadas.

Construindo um ShardMapManager

Um objeto ShardMapManager é construído usando-se um padrão de fábrica (Java, .NET). O método ShardMapManagerFactory.GetSqlShardMapManager (Java, .NET) usa credenciais (incluindo o nome do servidor e o nome do banco de dados que contém o GSM) na forma de uma ConnectionString e retorna uma instância de um ShardMapManager.

Observação: o ShardMapManager deve ser instanciado apenas uma vez por domínio de aplicativo, dentro do código de inicialização de um aplicativo. A criação de instâncias adicionais de ShardMapManager no mesmo domínio de aplicativo resulta em uma maior utilização de memória e CPU do aplicativo. Um ShardMapManager pode conter diversos mapas de fragmento. Enquanto um mapa do fragmento único pode ser suficiente para muitos aplicativos, há vezes quando conjuntos diferentes de bancos de dados são usados para esquemas diferentes ou para fins exclusivos e, nesses casos, vários mapas de fragmentação podem ser preferíveis.

Nesse código, um aplicativo tenta abrir um ShardMapManager existente com o método TryGetSqlShardMapManager (Java, .NET. Se os objetos que representam um ShardMapManager Global (GSM) ainda não existirem no banco de dados, a biblioteca de clientes os criará usando o método CreateSqlShardMapManager (Java, .NET).

// Try to get a reference to the Shard Map Manager in the shardMapManager database.
// If it doesn't already exist, then create it.
ShardMapManager shardMapManager = null;
boolean shardMapManagerExists = ShardMapManagerFactory.tryGetSqlShardMapManager(shardMapManagerConnectionString,ShardMapManagerLoadPolicy.Lazy, refShardMapManager);
shardMapManager = refShardMapManager.argValue;

if (shardMapManagerExists) {
    ConsoleUtils.writeInfo("Shard Map %s already exists", shardMapManager);
}
else {
    // The Shard Map Manager does not exist, so create it
    shardMapManager = ShardMapManagerFactory.createSqlShardMapManager(shardMapManagerConnectionString);
    ConsoleUtils.writeInfo("Created Shard Map %s", shardMapManager);
}

// Try to get a reference to the Shard Map Manager via the Shard Map Manager database.  
// If it doesn't already exist, then create it.
ShardMapManager shardMapManager;
bool shardMapManagerExists = ShardMapManagerFactory.TryGetSqlShardMapManager(
                                        connectionString,
                                        ShardMapManagerLoadPolicy.Lazy,
                                        out shardMapManager);

if (shardMapManagerExists)
{
    Console.WriteLine("Shard Map Manager already exists");
}
else
{
    // Create the Shard Map Manager.
    ShardMapManagerFactory.CreateSqlShardMapManager(connectionString);
    Console.WriteLine("Created SqlShardMapManager");

    shardMapManager = ShardMapManagerFactory.GetSqlShardMapManager(
            connectionString,
            ShardMapManagerLoadPolicy.Lazy);

// The connectionString contains server name, database name, and admin credentials for privileges on both the GSM and the shards themselves.
}

Para a versão do .NET, é possível usar o PowerShell para criar um novo Gerenciador de Mapa de Fragmentos.

Obter um RangeShardMap ou ListShardMap

Depois de criar um gerenciador de mapa de fragmentos, você poderá obter o RangeShardMap (Java, .NET) ou ListShardMap (Java, .NET) usando o método TryGetRangeShardMap (Java, .NET), TryGetListShardMap (Java, .NET) ou GetShardMap (Java, .NET).

// Creates a new Range Shard Map with the specified name, or gets the Range Shard Map if it already exists.
static <T> RangeShardMap<T> createOrGetRangeShardMap(ShardMapManager shardMapManager,
            String shardMapName,
            ShardKeyType keyType) {
    // Try to get a reference to the Shard Map.
    ReferenceObjectHelper<RangeShardMap<T>> refRangeShardMap = new ReferenceObjectHelper<>(null);
    boolean isGetSuccess = shardMapManager.tryGetRangeShardMap(shardMapName, keyType, refRangeShardMap);
    RangeShardMap<T> shardMap = refRangeShardMap.argValue;

    if (isGetSuccess && shardMap != null) {
        ConsoleUtils.writeInfo("Shard Map %1$s already exists", shardMap.getName());
    }
    else {
        // The Shard Map does not exist, so create it
        try {
            shardMap = shardMapManager.createRangeShardMap(shardMapName, keyType);
        }
        catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        ConsoleUtils.writeInfo("Created Shard Map %1$s", shardMap.getName());
    }

    return shardMap;
}

// Creates a new Range Shard Map with the specified name, or gets the Range Shard Map if it already exists.
public static RangeShardMap<T> CreateOrGetRangeShardMap<T>(ShardMapManager shardMapManager, string shardMapName)
{
    // Try to get a reference to the Shard Map.
    RangeShardMap<T> shardMap;
    bool shardMapExists = shardMapManager.TryGetRangeShardMap(shardMapName, out shardMap);

    if (shardMapExists)
    {
        ConsoleUtils.WriteInfo("Shard Map {0} already exists", shardMap.Name);
    }
    else
    {
        // The Shard Map does not exist, so create it
        shardMap = shardMapManager.CreateRangeShardMap<T>(shardMapName);
        ConsoleUtils.WriteInfo("Created Shard Map {0}", shardMap.Name);
    }

    return shardMap;
}

Credenciais de administração de mapa de fragmentos

Os aplicativos que administram e manipulam mapas de fragmentos são diferentes daqueles que utilizam os mapas de fragmentos para encaminhar conexões.

Para administrar mapas de fragmentos (adicionar ou alterar fragmentos, mapas de fragmentos, mapeamentos de fragmentos etc.), é necessário criar uma instância do ShardMapManager usando as credenciais que têm privilégios de leitura/gravação no banco de dados do GSM e em cada banco de dados que atua como um fragmento. As credenciais devem permitir gravações nas tabelas no GSM e LSM como informações de mapa do fragmento são inseridas ou alteradas, bem como para criar tabelas LSM em novos fragmentos.

Veja Credenciais usadas para acessar a biblioteca de cliente do Banco de Dados Elástico.

Apenas os metadados afetados

Os métodos usados para preencher ou alterar os dados de ShardMapManager não alteram os dados de usuário armazenados nos próprios fragmentos. Por exemplo, métodos como CreateShard, DeleteShard, UpdateMapping etc., afetam apenas os metadados do mapa de fragmentos. Não remova, adicione ou altere dados de usuário contidos nos fragmentos. Em vez disso, esses métodos destinam-se a ser usado em conjunto com operações separadas, que você pode executar para criar ou remover bancos de dados real ou que move linhas de um fragmento para outro para reequilibrar um ambiente fragmentado. (A ferramenta de divisão e mesclagem incluída com as ferramentas de banco de dados elástico usa essas APIs, além de orquestrar a movimentação de dados real entre fragmentos.) Consulte Realizar o dimensionamento usando a ferramenta de divisão e mesclagem de banco de dados elástico.

Roteamento dependente de dados

O gerenciador de mapas de fragmentos é usado em aplicativos que exigem conexões de banco de dados para executar as operações de dados específicos do aplicativo. Essas conexões devem estar associadas ao banco de dados correto. Isso é conhecido como Roteamento Dependente de Dados. Para esses aplicativos, instancie um objeto do Gerenciador do mapa de fragmento de fábrica usando as credenciais que têm acesso somente leitura no banco de dados GSM. As solicitações individuais para conexões posteriores fornecerão credenciais necessárias para conectar-se ao banco de dados apropriado do fragmento.

Observe que esses aplicativos (usando o ShardMapManager aberto com as credenciais somente leitura) não poderão alterar os mapas ou mapeamentos. Para essas necessidades, crie aplicativos administrativos específicos ou scripts do PowerShell que fornecem credenciais de privilégios mais altos, conforme discutido anteriormente. Veja Credenciais usadas para acessar a biblioteca de cliente do Banco de Dados Elástico.

Para obter mais detalhes, veja Roteamento dependente de dados.

Modificar um mapa de fragmentos

Um mapa do fragmento pode ser alterado de diferentes maneiras. Todos os seguintes métodos de modificar os metadados que descrevem os fragmentos e seus mapeamentos, mas eles não modificam dados dentro de fragmentos fisicamente, nem que criar ou excluir os bancos de dados reais. Algumas das operações no mapa de fragmento descrito abaixo talvez precisem ser coordenada com ações administrativas que mover fisicamente os dados ou que adicionar e remover bancos de dados que serve como fragmentos.

Esses métodos funcionam juntos como blocos de construção disponíveis para modificar a distribuição global de dados em seu ambiente de banco de dados fragmentado.

• Para adicionar ou remover fragmentos: use CreateShard (Java, .NET) e DeleteShard (Java, .NET) da classe Shardmap (Java, .NET).

  O servidor e o banco de dados que representa o fragmento de destino já devem existir para executar essas operações. Esses métodos não têm qualquer impacto nos bancos de dados, apenas nos metadados no mapa do fragmento.

• Para criar ou remover pontos ou intervalos que são mapeados para os fragmentos: use CreateRangeMapping (Java, .NET), DeleteMapping (Java, .NET) da classe RangeShardMapping (Java, .NET) e CreatePointMapping (Java, .NET) da classe ListShardMap (Java, .NET).

  Vários pontos diferentes ou intervalos podem ser mapeados para o mesmo fragmento. Esses métodos afetam somente metadados – eles não afetam os dados que podem já estar presentes em fragmentos. Se for necessário remover os dados do banco de dados para que eles sejam consistentes com as operações DeleteMapping, realize essas operações separadamente, mas em conjunto com esses métodos.

• Para dividir intervalos existentes em dois ou mesclar intervalos adjacentes em um: use SplitMapping (Java, .NET) e MergeMappings (Java, .NET).

  Observe que as operações de divisão e mesclagem não alteram o fragmento para o qual os valores de chave são mapeados. Uma divisão divide um intervalo existente em duas partes, mas deixa ambos como mapeada para o mesmo fragmento. Uma mesclagem opera em dois intervalos adjacentes que já são mapeados para o mesmo fragmento, juntando-os em um único intervalo. A movimentação dos próprios pontos ou intervalos entre fragmentos precisa ser coordenada com UpdateMapping em conjunto com a movimentação real de dados. É possível usar o serviço de Divisão/Mesclagem que faz parte das ferramentas de banco de dados elástico para coordenar as alterações de mapa de fragmentos com a movimentação de dados, quando a movimentação for necessária.

• Para remapear (ou mover) pontos ou intervalos individuais para fragmentos diferentes: use UpdateMapping (Java, .NET).

  Já que pode ser necessário mover os dados de um fragmento para outro para que eles sejam consistentes com as operações UpdateMapping, você precisará executar essa movimentação separadamente, mas em conjunto com esses métodos.

• Para deixar mapeamentos online e offline: use MarkMappingOffline (Java, .NET) e MarkMappingOnline (Java, .NET) para controlar o estado online de um mapeamento.

  Algumas operações nos mapeamentos de fragmentos são permitidas apenas quando um mapeamento está em um estado offline, incluindo UpdateMapping e DeleteMapping. Quando um mapeamento estiver offline, uma solicitação dependente de dados com base em uma chave incluída nesse mapeamento retornará um erro. Além disso, quando um intervalo primeiro fica offline, todas as conexões para o fragmento afetado serão eliminadas automaticamente para evitar resultados inconsistentes ou incompletos para consultas direcionadas com intervalos que está sendo alterados.

Mapeamentos são objetos imutáveis no .NET. Todos os métodos acima que alteram mapeamentos também invalidam todas as referências a eles em seu código. Para facilitar a execução de sequências de operações que alteram o estado do mapeamento, todos os métodos que alteram um mapeamento retornam uma nova referência de mapeamento, para que as operações possam ser encadeadas. Por exemplo, para excluir um mapeamento existente em sm shardmap que contém a chave 25, você pode executar o seguinte:

    sm.DeleteMapping(sm.MarkMappingOffline(sm.GetMappingForKey(25)));

Adicionar um fragmento

Geralmente, os aplicativos precisam adicionar novos fragmentos para lidar com os dados que são esperados de novas chaves ou intervalos de chaves para um mapa do fragmento que já existe. Por exemplo, um aplicativo fragmentado por ID de locatário talvez tenha provisionar um novo fragmento para um novo locatário ou dados mensalmente fragmentados talvez precisem de um novo fragmento provisionado antes do início de cada novo mês.

Se o novo intervalo de valores de chave já não é parte de um mapeamento existente e nenhuma movimentação de dados é necessária, é simples adicionar o novo fragmento e associar a nova chave ou o intervalo para esse fragmento. Para obter detalhes sobre como adicionar novos fragmentos, veja Adicionar um novo fragmento.

Para cenários que exigem a movimentação de dados, no entanto, a ferramenta de divisão/mesclagem é necessária para orquestrar a movimentação dos dados entre os fragmentos em conjunto com as atualizações necessárias do mapa de fragmentos. Para obter detalhes sobre como usar a ferramenta de divisão/mesclagem, confira Visão geral de divisão/mesclagem

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