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nosql數據存儲原理,nosql數據庫的技術特點

什么是NoSQL數據庫

什么是NoSQL數據庫?從名稱“非SQL”或“非關系型”衍生而來,這些數據庫不使用類似SQL的查詢語言,通常稱為結構化存儲。這些數據庫自1960年就已經存在,但是直到現在一些大公司(例如Google和Facebook)開始使用它們時,這些數據庫才流行起來。該數據庫最明顯的優勢是擺脫了一組固定的列、連接和類似SQL的查詢語言的限制。有時,NoSQL這個名稱也可能表示“不僅僅SQL”,來確保它們可能支持SQL。 NoSQL數據庫使用諸如鍵值、寬列、圖形或文檔之類的數據結構,并且可以如JSON之類的不同格式存儲。

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什么是NoSQL數據庫?

答案:A

1.文檔型數據庫

作為最受歡迎的NoSQL產品,文檔型數據庫MongoDB當仁不讓地占據了第一的位置,同時它也是所有NoSQL數據庫中排名最靠前的產品(總排行榜第七名)。Apache基金會的CouchDB排在第二,基于.Net的數據庫RavenDB排在第三,Couchbase排在第四。

2.鍵值(Key-value)數據庫

鍵值(Key-value)數據庫是NoSQL領域中應用范圍最廣的,也是涉及產品最多的一種模型。從最簡單的BerkeleyDB到功能豐富的分布式數據庫Riak再到Amazon托管的DynamoDB不一而足。

在鍵值數據庫流行度排行中,Redis不出意外地排名第一,它是一款由Vmware支持的內存數據庫,總體排名第十一。排在第二位的是Memcached,它在緩存系統中應用十分廣泛。排在之后的是Riak、BerkeleyDB、SimpleDB、DynamoDB以及甲骨文的Oracle NoSQL數據庫。值得注意的是,Oracle NoSQL數據庫上榜不久,得分已經翻番,上升勢頭非常迅猛。

3. 列式存儲

列式存儲被視為NoSQL數據庫中非常重要的一種模式,其中Cassandra流行度最高,它已經由Facebook轉交給到Apache進行管理,同時Cassandra在全體數據庫排名中排在第十位,緊隨MongoDB成為第二受歡迎的NoSQL數據庫。基于Hadoop的Hbase排在第二位,Hypertable排在第三。而Google的BigTable并未列入排名,原因是它并未正式公開。

我們為什么要使用NOSQL非關系數據庫?

而傳統的關系數據庫在應付web2.0網站,特別是超大規模和高并發的SNS類型的web2.0純動態網站已經顯得力不從心,暴露了很多難以克服的問題,例如:

1、High performance - 對數據庫高并發讀寫的需求

web2.0網站要根據用戶個性化信息來實時生成動態頁面和提供動態信息,所以基本上無法使用動態頁面靜態化技術,因此數據庫并發負載非常高,往往要達到每秒上萬次讀寫請求。關系數據庫應付上萬次SQL查詢還勉強頂得住,但是應付上萬次SQL寫數據請求,硬盤IO就已經無法承受了。其實對于普通的BBS網站,往往也存在對高并發寫請求的需求。

2、Huge Storage - 對海量數據的高效率存儲和訪問的需求

對于大型的SNS網站,每天用戶產生海量的用戶動態,以國外的Friendfeed為例,一個月就達到了2.5億條用戶動態,對于關系數據庫來說,在一張2.5億條記錄的表里面進行SQL查詢,效率是極其低下乃至不可忍受的。再例如大型web網站的用戶登錄系統,例如騰訊,盛大,動輒數以億計的帳號,關系數據庫也很難應付。

3、High Scalability High Availability- 對數據庫的高可擴展性和高可用性的需求

在基于web的架構當中,數據庫是最難進行橫向擴展的,當一個應用系統的用戶量和訪問量與日俱增的時候,你的數據庫卻沒有辦法像web server和app server那樣簡單的通過添加更多的硬件和服務節點來擴展性能和負載能力。對于很多需要提供24小時不間斷服務的網站來說,對數據庫系統進行升級和擴展是非常痛苦的事情,往往需要停機維護和數據遷移,為什么數據庫不能通過不斷的添加服務器節點來實現擴展呢?

在上面提到的“三高”需求面前,關系數據庫遇到了難以克服的障礙,而對于web2.0網站來說,關系數據庫的很多主要特性卻往往無用武之地,例如:

1、數據庫事務一致性需求

很多web實時系統并不要求嚴格的數據庫事務,對讀一致性的要求很低,有些場合對寫一致性要求也不高。因此數據庫事務管理成了數據庫高負載下一個沉重的負擔。

2、數據庫的寫實時性和讀實時性需求

對關系數據庫來說,插入一條數據之后立刻查詢,是肯定可以讀出來這條數據的,但是對于很多web應用來說,并不要求這么高的實時性。

3、對復雜的SQL查詢,特別是多表關聯查詢的需求

任何大數據量的web系統,都非常忌諱多個大表的關聯查詢,以及復雜的數據分析類型的復雜SQL報表查詢,特別是SNS類型的網站,從需求以及產品設計角度,就避免了這種情況的產生。往往更多的只是單表的主鍵查詢,以及單表的簡單條件分頁查詢,SQL的功能被極大的弱化了。

因此,關系數據庫在這些越來越多的應用場景下顯得不那么合適了,為了解決這類問題的非關系數據庫應運而生。

NoSQL 是非關系型數據存儲的廣義定義。它打破了長久以來關系型數據庫與ACID理論大一統的局面。NoSQL 數據存儲不需要固定的表結構,通常也不存在連接操作。在大數據存取上具備關系型數據庫無法比擬的性能優勢。該術語在 2009 年初得到了廣泛認同。

當今的應用體系結構需要數據存儲在橫向伸縮性上能夠滿足需求。而 NoSQL 存儲就是為了實現這個需求。Google 的BigTable與Amazon的Dynamo是非常成功的商業 NoSQL 實現。一些開源的 NoSQL 體系,如Facebook 的Cassandra, Apache 的HBase,也得到了廣泛認同。

什么是nosql

nosql是not only sql的意思。是近今年新發展起來的存儲系統。當前使用最多的是key-value模型,用于處理超大規模的數據。

以下是摘自百度百科中的一部分

NoSQL 是非關系型數據存儲的廣義定義。它打破了長久以來關系型數據庫與ACID理論大一統的局面。NoSQL 數據存儲不需要固定的表結構,通常也不存在連接操作。在大數據存取上具備關系型數據庫無法比擬的性能優勢。該術語在 2009 年初得到了廣泛認同。

當今的應用體系結構需要數據存儲在橫向伸縮性上能夠滿足需求。而 NoSQL 存儲就是為了實現這個需求。Google 的BigTable與Amazon的Dynamo是非常成功的商業 NoSQL 實現。一些開源的 NoSQL 體系,如Facebook 的Cassandra, Apache 的HBase,也得到了廣泛認同。從這些NoSQL項目的名字上看不出什么相同之處:Hadoop、Voldemort、Dynomite,還有其它很多。

NoSQL與關系型數據庫設計理念比較

關系型數據庫中的表都是存儲一些格式化的數據結構,每個元組字段的組成都一樣,即使不是每個元組都需要所有的字段,但數據庫會為每個元組分配所有的字段,這樣的結構可以便于表與表之間進行連接等操作,但從另一個角度來說它也是關系型數據庫性能瓶頸的一個因素。而非關系型數據庫以鍵值對存儲,它的結構不固定,每一個元組可以有不一樣的字段,每個元組可以根據需要增加一些自己的鍵值對,這樣就不會局限于固定的結構,可以減少一些時間和空間的開銷。

NoSQL數據庫是否意味著缺乏安全性?

NoSQL薄弱的安全性會給企業帶來負面影響 。Imperva公司創始人兼CTO Amichai Shulman如是說。在新的一年中,無疑會有更多企業開始或籌劃部署NoSQL。方案落實后就會逐漸發現種種安全問題,因此早做準備才是正確的選擇。 作為傳統關系型數據庫的替代方案,NoSQL在查詢中并不使用SQL語言,而且允許用戶隨時變更數據屬性。此類數據庫以擴展性良好著稱,并能夠在需要大量應用程序與數據庫本身進行實時交互的交易處理任務中發揮性能優勢,Couchbase創始人兼產品部門高級副總裁James Phillips解釋稱:NoSQL以交易業務為核心。它更注重實時處理能力并且擅長直接對數據進行操作,大幅度促進了交互型軟件系統的發展。Phillips指出。其中最大的優勢之一是能夠隨時改變(在屬性方面),由于結構性的弱化,修改過程非常便捷。 NoSQL最大優勢影響其安全性 NoSQL的關鍵性特色之一是其動態的數據模型,Shulman解釋道。我可以在其運作過程中加入新的屬性記錄。因此與這種結構相匹配的安全模型必須具備一定的前瞻性規劃。也就是說,它必須能夠了解數據庫引入的新屬性將引發哪些改變,以及新加入的屬性擁有哪些權限。然而這個層面上的安全概念目前尚不存在,根本沒有這樣的解決方案。 根據Phillips的說法,某些NoSQL開發商已經開始著手研發安全機制,至少在嘗試保護數據的完整性。在關系型數據庫領域,如果我們的數據組成不正確,那么它將無法與結構并行運作,換言之數據插入操作整體將宣告失敗。目前各種驗證規則與完整性檢查已經比較完善,而事實證明這些驗證機制都能在NoSQL中發揮作用。我們與其他人所推出的解決方案類似,都會在插入一條新記錄或是文檔型規則時觸發,并在執行過程中確保插入數據的正確性。 Shulman預計新用戶很快將在配置方面捅出大婁子,這并非因為IT工作人員的玩忽職守,實際上主要原因是NoSQL作為一項新技術導致大多數人對其缺乏足夠的知識基礎。Application Security研發部門TeamSHATTER的經理Alex Rothacker對上述觀點表示贊同。他指出,培訓的一大問題在于,大多數NoSQL的從業者往往屬于新生代IT人士,他們對于技術了解較多,但往往缺乏足夠的安全管理經驗。 如果他們從傳統關系型數據庫入手,那么由于強制性安全機制的完備,他們可以在使用中學習。但NoSQL,只有行家才能通過觀察得出正確結論,并在大量研究工作后找到一套完備的安全解決方案。因此可能有90%的從業者由于知識儲備、安全經驗或是工作時間的局限而無法做到這一點。 NoSQL需在安全性方面進行優化 盡管Phillips認同新技術與舊經驗之間存在差異,但企業在推廣NoSQL時加大對安全性的關注會起到很大程度的積極作用。他認為此類數據存儲機制與傳統關系類數據庫相比,其中包含著的敏感類信息更少,而且與企業網絡內部其它應用程序的接觸機會也小得多。 他們并不把這項新技術完全當成數據庫使用,正如我們在收集整理大量來自其它應用程序的業務類數據時,往往也會考慮將其作為企業數據存儲機制一樣,他補充道。當然,如果我打算研發一套具備某種特定功能的社交網絡、社交游戲或是某種特殊web應用程序,也很可能會將其部署于防火墻之下。這樣一來它不僅與應用程序緊密結合,也不會被企業中的其它部門所觸及。 但Rothacker同時表示,這種過度依賴周邊安全機制的數據庫系統也存在著極其危險的漏洞。一旦系統完全依附于周邊安全模型,那么驗證機制就必須相對薄弱,而且缺乏多用戶管理及數據訪問方面的安全保護。只要擁有高權限賬戶,我們幾乎能訪問存儲機制中的一切數據。舉例來說,Brian Sullivan就在去年的黑帽大會上演示了如何在完全不清楚數據具體內容的情況下,將其信息羅列出來甚至導出。 而根據nCircle公司CTO Tim ‘TK’ Keanini的觀點,即使是與有限的應用程序相關聯,NoSQL也很有可能被暴露在互聯網上。在缺少嚴密網絡劃分的情況下,它可能成為攻擊者窺探存儲數據的薄弱環節。因為NoSQL在設計上主要用于互聯網規模的部署,所以它很可能被直接連接到互聯網中,進而面臨大量攻擊行為。 其中發生機率最高的攻擊行為就是注入式攻擊,這也是一直以來肆虐于關系類數據庫領域的頭號公敵。盡管NoSQL沒有將SQL作為查詢語言,也并不代表它能夠免受注入式攻擊的威脅。雖然不少人宣稱SQL注入在NoSQL這邊不起作用,但其中的原理是完全一致的。攻擊者需要做的只是改變自己注入內容的語法形式,Rothacker解釋稱。也就是說雖然SQL注入不會出現,但JavaScript注入或者JSON注入同樣能威脅安全。 此外,攻擊者在籌劃對這類數據庫展開侵襲時,也很可能進一步優化自己的工具。不成熟的安全技術往往帶來這樣的窘境:需要花費大量時間學習如何保障其安全,但幾乎每個IT人士都能迅速掌握攻擊活動的組織方法。因此我認為攻擊者將會始終走在安全部署的前面,Shulman說道。遺憾的是搞破壞總比防范工作更容易,而我們已經看到不少NoSQL技術方面的公開漏洞,尤其是目前引起熱議的、以JSON注入為載體的攻擊方式。 NoSQL安全性并非其阻礙 然而,這一切都不應該成為企業使用NoSQL的阻礙,他總結道。我認為歸根結底,這應該算是企業的一種商業決策。只要這種選擇能夠帶來吸引力巨大的商業機遇,就要承擔一定風險,Shulman解釋道。但應該采取一定措施以盡量弱化這種風險。 舉例來說,鑒于數據庫對外部安全機制的依賴性,Rothacker建議企業積極考慮引入加密方案。他警告稱,企業必須對與NoSQL相對接的應用程序代碼仔細檢查。換言之,企業必須嚴格挑選負責此類項目部署的人選,確保將最好的人才用于這方面事務,Shulman表示。當大家以NoSQL為基礎編寫應用程序時,必須啟用有經驗的編程人員,因為客戶端軟件是抵擋安全問題的第一道屏障。切實為額外緩沖區的部署留出時間與預算,這能夠讓員工有閑暇反思自己的工作內容并盡量多顧及安全考量多想一點就是進步。綜上所述,這可能與部署傳統的關系類數據庫也沒什么不同。 具有諷刺意味的是,近年來數據庫應用程序在安全性方面的提升基本都跟數據庫本身沒什么關系,nCircle公司安全研究及開發部門總監Oliver Lavery如是說。

nosql數據庫的四種類型

一般將NoSQL數據庫分為四大類:鍵值(Key-Value)存儲數據庫、列存儲數據庫、文檔型數據庫和圖形(Graph)數據庫。它們的數據模型、優缺點、典型應用場景。

鍵值(Key-Value)存儲數據庫Key指向Value的鍵值對,通常用hash表來實現查找速度快數據無結構化(通常只被當作字符串或者二進制數據)內容緩存,主要用于處理大量數據的高訪問負載,也用于一些日志系統等。

列存儲數據庫,以列簇式存儲,將同一列數據存在一起查找速度快,可擴展性強,更容易進行分布式擴展功能相對局限分布式的文件系統。

文檔型數據庫,Key-Value對應的鍵值對,Value為結構化數據,數據結構要求不嚴格,表結構可變(不需要像關系型數據庫一樣需預先定義表結構),查詢性能不高,而且缺乏統一的查詢語法,Web應用。

圖形(Graph)數據庫,圖結構,利用圖結構相關算法(如最短路徑尋址,N度關系查找等),很多時候需要對整個圖做計算才能得出需要的信息,而且這種結構不太好做分布式的集群方案,社交網絡,推薦系統等。


網頁名稱:nosql數據存儲原理,nosql數據庫的技術特點
標題來源:http://www.xueling.net.cn/article/dsgoeoj.html

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