پایگاه داده ابری چیست و چرا توسعه‌دهندگان نرم‌افزار به آن علاقه‌مند شده‌اند؟

مکانیزم کاری پایگاه داده ابری به چه صورتی است؟ 

از منظر کاربر نهایی، یک پایگاه داده ابری و سنتی یکسان به‌‌نظر می‌رسند. بسته به نرم‌افزار مورد استفاده، پایگاه داده ابری همانند نسخه‌های بومی توانایی میزبانی از داده‌های ساخت‌یافته (Structured)، بدون ساختار (Unstructured) و نیمه‌ساخت‌یافته (Semi structured) را دارد. رایانش ابری در زمینه میزبانی بانک‌های اطلاعاتی، مسئولیت تیم‌های فناوری اطلاعات در زمینه مدیریت داده‌ها را دست‌خوش تغییراتی کرده است. توسعه‌دهندگان نرم‌افزار از پایگاه داده‌های ابرمحور برای ساده‌سازی فرایند دسترسی، مدیریت و به‌روزرسانی اطلاعات استفاده می‌کنند. این اطلاعات، تراکنش‌های فروش، اطلاعات مشتریان، صورت‌‌حساب‌های مالی و اطلاعات موجودی انبار را شامل می‌شوند. سازمان‌ها می‌توانند به دو روش زیر از پایگاه داده ابری در زیرساخت‌های ابرمحور عمومی استفاده کنند:

• پایگاه داده خودمدیریت‌شده  (Self-managed Database)
• پایگاه داده مدیریت‌شده (Managed Database)

پایگاه داده خودمدیریت‌شده (Self-managed Database)

در این مدل، پایگاه داده ابری در قالب زیرساخت به‌عنوان سرویس (IaaS) ارائه می‌شود. پایگاه داده روی یک ماشین مجازی که توسط ارائه‌دهنده در اختیار کاربر قرار می‌گیرد، نصب می‌شود. در روش فوق، ارائه‌دهنده مسئولیت مدیریت زیرساخت از جمله سرورها، سیستم‌‌عامل و تجهیزات ذخیره‌سازی را بر عهده دارد. در طرف مقابل، کاربر مسئولیت استقرار، مدیریت و نگه‌داری پایگاه داده را بر عهده دارد. از این‌رو، پایگاه داده ابری خودمدیریت‌شده از نظر فرایندهای مدیریت و کنترل، تفاوت خاصی با نمونه سنتی ندارد. 

پایگاه داده مدیریت‎شده (Managed Database)

در این مدل، پایگاه داده ابری در قالب مفهوم پایگاه داده به‌عنوان سرویس (DBaaS سرنام Database as a Service  ) ارائه می‌شود و تمام فرایندهای مدیریت پایگاه داده توسط ارائه‌دهنده انجام می‌شود. در معماری فوق، فرآیند مدیریت می‌تواند توسط ارائه‌دهنده پلتفرم ابری یا فروشنده پایگاه داده‌ای باشد که DBMS ابری خود را بر روی زیرساخت ارائه‌دهنده پلتفرم اجرا می‌کند. به‌طور مثال، من سازنده بانک ‌اطلاعاتی هستم و نرم‌افزار مدیریت پایگاه داده خود را روی سرویس ابری آمازون قرار می‌دهم و شما از سرویس من استفاده می‌کنید. تحت مدل DBaaS، هم زیرساخت سیستم و هم بستر پایگاه داده برای مشتری مدیریت می‌شوند. فروشنده DBaaS، آماده‌سازی، پشتیبان‌گیری، مقیاس‌بندی، اصلاح، ارتقاء و سایر عملکردهای مدیریت پایگاه داده را کنترل می‌کند، در حالی که مدیر پایگاه داده بر عملکرد آن نظارت می‌کند و در برخی موارد تغییراتی را که نیاز دارد به ارائه‌دهنده اطلاع می‌دهد تا اعمال شوند. مدل فوق شبیه به الگوواره انبار داده به‌عنوان سرویس (DWaaS سرنام Warehouse As a Service Data) است که برای ساخت انباره‌های داده ابری مورد استفاده قرار می‌گیرند. 

علاوه بر این دو مدل، برخی از شرکت‌های ابری، خدمات DBaaS را به‌شکل سفارشی برای استقرار در ابرهای خصوصی و ترکیبی در اختیار سازمان‌ها قرار می‌دهند. به‌طور مثال، آمازون سرویس ابری مبتنی بر پایگاه داده اوراکل را در قالب سرویس DBaaS در اختیار سازمان‌هایی قرار می‌دهد که مراکز داده محلی و ابر خصوصی خود را دارند و قصد دارند در قالب یک ابر ترکیبی از این فناوری استفاده کنند. 

انواع پایگاه‌های داده ابری

امروزه، انواع مختلفی از پایگاه داده‌های ابری در دسترس قرار دارند که هر یک برای کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند و البته مشابه پایگاه داده‌های محلی هستند. در حال حاضر، اکثر شرکت‌های ارائه‌دهنده راه‌حل‌های پایگاه‌های داده، نسخه ابرمحور سیستم‌های خود را ارائه کرده‌اند. این نرم‌افزارها که برچسب Native Cloud دارند، از انواع مختلف ‌الگوواره های پایگاه‌های داده به‌شرح زیر استفاده می‌کنند: 

پایگاه داده رابطه‌ای: نرم‌افزارهای مدیریت پایگاه داده‌های رابطه‌ای سال‌های متمادی است توسط برنامه‌نویسان و تیم‌های توسعه مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مدل پایگاه داده‌ها بر مبنای زبان پرس‌وجوی ساخت‌یافته (SQL) کار می‌کنند و هنوز هم پرکاربردترین فناوری در این حوزه هستند. این پایگاه داده‌ها برای کار با داده‌های ساخت‌یافته بهترین انتخاب هستند. 

پایگاه داده غیررابطه‌ای (NoSQL): پایگاه داده‌های غیررابطه‌ای درست در نقطه مقابل پایگاه داده‌های رابطه‌ای قرار دارند و از این‌رو، گزینه مناسبی برای مدیریت داده‌های فاقد ساختار هستند. در حال حاضر چهار مدل از این پایگاه داده‌ها به‌شرح زیر وجود دارد: 

1. پایگاه داده سندگرا  (Document)
2. پایگاه داده گراف  (Graph)
3. پایگاه داده ستون-گسترده (Wide-Column) 
4. پایگاه داده کلید-مقدار (Key-Value)

• پایگاه داده چند مدلی (Multimodal): این نوع پایگاه داده، بیش از یک مدل داده را پشتیبانی می‌کند و به همین دلیل کاربردهای بیشتری دارد. امروزه، بخش عمده‌ای از پایگاه داده‌های رابطه‌ای و غیررابطه‌ای از طریق نصب افزونه‌هایی قادر هستند بر مبنای رویکرد فوق کار کنند. به‌عنوان مثال می‌توان یک افزونه گراف را به یک سیستم مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای اضافه کرد.
• پایگاه داده SQL توزیع‌شده (Distributed): این مدل در مقایسه با نمونه‌های یادشده جدید است و از این‌رو، NewSQL  نامیده می‌شود. این مدل با استفاده از فناوری‌های نوین امکان توزیع پایگاه داده‌های رابطه‌ای را روی چند کامپیوتر به‌وجود می‌آورد. به این شکل، می‌توان به مقیاس‌پذیری هم‌سطح با پایگاه داده‌های مبتنی بر NoSQL دست پیدا کرد. 
• انبار داده ابری (Cloud Data Warehouse): در گذشته این مدل پایگاه داده به‌عنوان مخزن داده برای اجرای فرایندهای هوش تجاری (Business Intelligence) و گزارش‌دهی استفاده می‌شد، اما اکنون گسترش پیدا کرده و در زمینه پیاده‌سازی دریاچه داده (Data Lake)، کاربردهای یادگیری ماشین و تحلیل‌های پیشرفته نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. 

مولفه‌های کلیدی سیستم مدیریت پایگاه داده ابری

زیرساخت پایگاه داده ابری همانند سامانه‌های مدیریت پایگاه داده سنتی از مولفه‌هایی تشکیل شده که در کنار هم پردازش و مدیریت داده‌ها را انجام می‌دهند. برخی از مولفه‌های کلیدی این پلتفرم به شرح زیر است: 

•  موتور ذخیره‌سازی که مسئولیت مدیریت داده‌ها را بر عهده دارد. 
•  کاتالوگ فراداده‌ها که شامل اطلاعات مربوط به داده‌های موجود در بانک اطلاعاتی است.
•  زبان دسترسی به پایگاه داده مانند SQL برای پرس‌وجو و تغییر داده‌ها.
•  موتور بهینه‌سازی محاوره‌ها و پردازنده ویژه برای تفکیک محاوره‌ها از یک‌دیگر. 
•  مدیر قفل برای کنترل دسترسی همزمان به داده‌ها. 
•  ابزار مدیر دسترسی برای مدیریت دسترسی هم‌زمان به داده‌ها.
•  مدیر ثبت وقایع و اتفاقات انجام‌شده روی داده‌ها.
•  مجموعه‌ای از ابزارهای کاربردی مدیریت پایگاه داده.

پایگاه داده ابری چه مزایایی دارد؟ 

برخی از شرکت‌ها همچنان از زیرساخت پایگاه داده درون‌سازمانی استفاده می‌کنند که از طریق ماشین مجازی و روی سرورهای سازمانی اجرا می‌شود. انتقال پایگاه داده‌های سازمانی به زیرساخت ابری مزایای مختلفی به‌همراه دارد که برخی از آن‌ها به‌شرح زیر است: 

• هزینه کلی: هزینه استفاده از پایگاه داده ابری کمتر از هزینه اولیه خرید و استقرار سرور داخلی است. به‌طوری‌که تیم‌های توسعه را به‌سمت الگوواره DBaaS  متمایل کرده است، زیرا بار اضافه را از دوش تیم‌های مدیریتی برمی‌دارد. بر مبنای الگویی که از آن استفاده می‌کنید هزینه برخی از سرویس‌های ابری در مقایسه با نمونه‌های سنتی چند برابر کمتر است، زیرا هزینه‌ها تنها بر اساس میزان استفاده محاسبه می‌شوند و تنها در صورتی باید هزینه اضافه پرداخت کنید که از خدمات بیشتری استفاده کرده باشید. 
• انعطاف‌پذیری: پایگاه داده ابرمحور در بیشتر موارد کارآمدتر از نمونه سنتی است و از نظر مقیاس‌پذیری محدودیتی ندارد. به بیان دقیق‌تر، هر زمان به منابع بیشتری مثل فضای فیزیکی نیاز داشته باشید به ارائه‌دهنده اطلاع می‌دهید تا فضای بیشتری در اختیارتان قرار دهد یا اگر احساس می‌کنید عملکرد بانک‌های اطلاعاتی کم است، قادر هستید با افزایش حافظه، سرعت انجام کارها را بیشتر کنید. 
• دسترسی از راه دور: هنگامی که فعالیت‌های تجاری را توسعه می‌دهید یا متخصصان دورکار را استخدام می‌کنید، پایگاه داده ابری مزایای بالقوه خود را نشان می‌دهد. به عبارت دیگر، به متخصصان اجازه می‌دهد از هر مکانی به پایگاه داده دسترسی داشته باشند. شما می‌توانید تیم‌های مختلفی در نقاط مختلف جهان داشته باشید که همگی به‌شکل یکسان و با امنیت کافی به توسعه برنامه‌های کاربردی بپردازند. 
• بازیابی: برنامه‌های کاربردی برای ارائه خدمات به ارتباطی پایدار و بدون قطعی به پایگاه داده نیاز دارند. شرکت‌های ارائه‌دهنده خدمات پایگاه داده ابری با استفاده از فناوری‌های ویژه اجازه می‌دهند در 99 درصد موارد به پایگاه داده خود دسترسی داشته باشید و همچنین تلاش می‌کنند پلتفرم مطمئنی برای توسعه برنامه‌های کاربردی در اختیارتان قرار دهند. در یک زیرساخت‌ ابری مدرن و پیشرفته، در صورت بروز مشکل در پایگاه داده، متخصصان در کوتاه‌ترین زمان قادر به بازیابی اطلاعات یا انتقال پایگاه داده به یک سرور سالم هستند.  این در حالی است که انجام این‌کار برای پایگاه داده‌های سنتی زمان‌بر است. 
• امنیت: یکی از مشکلات بزرگی که زیرساخت‌های ابری با آن روبه‌رو هستند، عدم اعتماد شرکت‌ها به انتقال اطلاعات حساس خود به ابرهای عمومی است، زیرا این اطلاعات از دیوارآتش داخلی شرکت خارج می‌شود. با این حال پلتفرم‌های ابرمحور مدرن به قابلیت‌های امنیتی سطح بالایی تجهیز شده‌اند که امنیت داده‌های شما را تضمین می‌کنند. 

مهاجرت به پایگاه داده ابری

انتقال پایگاه داده درون‌سازمانی به ابر، بهبود عملکرد و انجام دقیق‌تر فرآیندهای تجاری را به‌همراه دارد. با این‌حال، انتقال پایگاه داده به ابر فرآیند پیچیده‌ای است. قبل از این کار، باید چند عامل مهم را در نظر گرفت و یک استراتژی مناسب برای مهاجرت به ابر تدوین کرد. به‌طور مثال، انتقال به محیط IaaS  یا پایگاه داده خودمدیریت‌شده، یک تصمیم استراتژیک است که باید بخش‌های مختلف سازمان در جریان کم و کیف کار قرار بگیرند. یکی از مشکلات رایج در این زمینه ناسازگاری است. به‌طور مثال، ممکن است از یک سیستم مدیریت پایگاه داده یا نسخه خاصی استفاده کنید که زیرساخت ابری از آن پشتیبانی نمی‌کند. 

برخی از فناوری‌های پایگاه ابری و نسخه‌های درون‌سازمانی از نظر ویژگی‌ها با یک‌دیگر هماهنگی کامل ندارند. به‌طور مثال، سرویس دیتابیس ابری رابطه‌ای SQL مایکروسافت آژور کد مشترک با دیتابیس SQL سنتی دارد، اما بین این دو محصول تفاوت‌هایی وجود دارد که ممکن است توسعه‌دهندگان را مجبور کند تغییراتی در پایگاه داده اعمال کنند یا حتا مجبور به بازسازی دوباره پایگاه داده‌ها شوند که فرآیند زمان‌بری است. Azure SQL Managed Instance نسخه‌ای از نرم‌افزار ابری مدیریت پایگاه داده ساخته‌شده توسط مایکروسافت است که به‌منظور انتقال ساده‌تر پایگاه‌های داده درون‌سازمانی به ابر توسعه پیدا کرده است، اما در برخی موارد باید تغییراتی در محاوره‌ها اجرا شود تا پایگاه داده بدون مشکل کار کند. 

زمان انتخاب پایگاه داده ابری به چه نکاتی باید دقت کرد؟ 

پایگاه داده، کلیدی‌ترین فناوری‌ای است که در پس‌زمینه تمامی فناوری‌های کوچک و بزرگ امروزی قرار دارند. در نتیجه، هنگام انتخاب پایگاه داده ابری باید به چند نکته کلیدی دقت کنید: 

• کارایی: هنگامی که ارائه‌دهنده خدمات ابری را انتخاب کردید، مجبور هستید از نرم‌افزارها و سرویس‌های اختصاصی و انحصاری استفاده کنید. در نتیجه، ممکن است در فرآیند انتقال پایگاه داده‌ها به زیرساخت با مشکلاتی روبه‌رو شوید. از این‌رو، هنگام انتخاب ارائه‌دهنده پایگاه داده ابری باید به این نکته دقت کنید. همچنین، گزینه انتخابی باید از مقیاس‌پذیری بالایی برخوردار باشد. مقیاس‌پذیری اجازه می‌دهد در صورت افزایش بار کاری به‌راحتی قابلیت‌های موردنیاز پایگاه داده را افزایش دهید تا مانع افت عملکرد شوید. 
• هزینه: هزینه اولیه استقرار پایگاه داده ابری کمتر از نمونه درون‌سازمانی است، اما با رشد ابعاد کسب‌وکار، هزینه‌ها افزایش پیدا می‌کنند. به همین دلیل باید نیازهای فعلی را به‌درستی تحلیل کنید و نگاهی به رشد کسب‌وکار داشته باشید. بنابراین باید بهترین ارائه‌دهنده سرویس پایگاه داده ابری را بر اساس نیاز خود انتخاب کنید. 
• دسترس‌پذیری: دسترس‌پذیری بالا زمان بازیابی پس از فاجعه را کوتاه‌تر کرده، پشتیبان‌گیری از داده‌ها را دقیق‌تر کرده و اجازه می‌دهد در صورت بروز مشکل، شرایط را در کوتاه‌ترین زمان به حالت اولیه بازگردانید. 
• امنیت: زیرساخت‌های ابری امنیت بالایی دارند، به‌ویژه اگر به سراغ ارائه‌دهندگان برتر و شناخته‌شده بروید. با این حال هیچ زیرساختی بدون عیب نیست. از این‌رو همواره این احتمال وجود دارد که اطلاعات منتقل‌شده به فضای ابر عمومی با چالش‌هایی همراه باشند. آمارها نشان می‌دهند بیشتر رخنه‌های امنیتی به‌دلیل خطای انسانی اتفاق می‌افتند. بنابراین، کسب‌وکارها باید از جدیدترین راهکارهای امنیتی برای محافظت از پایگاه داده‌های ابری استفاده کنند. همچنین، ارائه‌دهنده خدمات ابری باید از مکانیزم‌هایی مثل دیوارهای آتش نسل بعدی، نرم‌افزارهای UTM و سایر راه‌حل‌های امنیتی برای محافظت از اطلاعات استفاده کنند. 

ملاحظات مهم درباره معماری پایگاه داده ابری

ساده‌ترین و آسان‌ترین روش استقرار دیتابیس‌های ابری استفاده از یک پلتفرم ابری عمومی است که دسترس‌پذیرتر از نمونه‌های دیگر است. حتا با وجود شرکت‌های مختلفی که در زمینه ارائه سرویس DBaaS به فعالیت اشتغال دارند، بازهم این احتمال وجود دارد که سرویس‌های ارائه‌شده توسط این شرکت‌ها جوابگوی نیازها نباشد. در نتیجه، باید بر مبنای یک استراتژی‌ دقیق به سراغ پایگاه داده‌های ابری بروید. 

در چنین شرایطی دیتابیس ابری ترکیبی می‌تواند گزینه خوبی باشد. هنگامی که قصد برنامه‌ریزی برای مهاجرت به زیرساخت ابری را دارید باید به چهار معیار مهم امنیت داده‌ها، هزینه‌های انتقال داده‌ها، مشکلات مربوط به تاخیر احتمالی در دسترسی به داده‌ها و این‌که چگونه اپلیکیشن‌ها و دیتابیس‌ها به‌شکل منطقی با یک‌دیگر ارتباط برقرار کنند دقت کنید. 

امنیت پایگاه داده ابری

امنیت پایگاه داده ابری به‌طور کامل بر عهده ارائه‌دهنده خدمات نیست. در مدل IaaS بخشی از مسئولیت تامین امنیت داده‌ها بر عهده کاربران است. با این‌حال، ارائه‌دهندگان DBaaS مسئولیت بیشتری در زمینه تامین امنیت پایگاه داده دارند، اما مدیران پایگاه داده یا تیم‌های امنیتی در سازمان‌ها و شرکت‌ها معمولا باید مواردی مانند هویت و مدیریت دسترسی، امنیت نقاط پایانی، امنیت اپلیکیشن و برخی از جنبه‌های امنیتی داده‌ها را تحت‌نظر و کنترل داشته باشند. به‌طور معمول، امنیت پایگاه داده ابری بر اساس مدل مسئولیت مشترک (Shared Responsibility Model) انجام می‌شود. 

رشد بازار پایگاه داده ابری و ترندهای آن

درست مشابه با هر فناوری دیگری، بانک‌های اطلاعاتی در زمان کوتاهی راه خود را به دنیای رایانش ابری پیدا کردند. گزارشی که موسسه گارتنر در سال 2022 میلادی منتشر کرد، نشان داد که پایگاه‌ داده‌های ابری نیمی از درآمد سامانه‌های مدیریت دیتابیس (DMBS)  را به خود اختصاص داده‌اند. به بیان دقیق‌تر، 49 درصد درآمد کلی شرکت‌هایی که در زمینه ارائه نرم‌افزارهای مدیریت پایگاه داده‌ها به فعالیت اشتغال دارند از طریق پایگاه داده‌های ابری بوده است. همچنین، انتظار می‌رود که این روند در سال‌های آتی با رشد بیشتری همراه باشد. رایانش ابری به تمام حوزه‌های فناوری اطلاعات راه پیدا کرده و سرویس‌های مختلفی در اختیار صنایع و کسب‌وکارهای مختلف قرار داده است. پایگاه داده ابری نیز از این قاعده مستنثا نیست. با این حال انتخاب بین پایگاه داده داخلی و پایگاه داده ابری به نیازهای کسب‌وکار بستگی دارد. اگر تمایل دارید از مزایای بالقوه پایگاه داده ابری و به‌ویژه کنترل کامل روی داده‌ها استفاده کنید، راهکارهای ترکیبی بهترین انتخاب هستند. در این مدل، بخشی از داده‌ها و پایگاه داده‌ها به زیرساخت ابری انتقال پیدا می‌کنند و بخشی از داده‌های حساس روی سرورهای درون سازمان قرار می‌گیرند .