Database replication for enterprise applications

Abstract

A common pattern for enterprise applications, particularly in small and medium businesses, is the reliance on an integrated traditional relational database system that provides persistence and where the relational aspect underlies the core logic of the application. While several solutions are proposed for scaling out such applications, database replication is key if the relational aspect is to be preserved. However, it is worrisome that because proposed solutions for database replication have been evaluated using simple synthetic benchmarks, their applicability to enterprise applications is not straightforward: the performance of conservative solutions hinges on the ability to conveniently partition applications while optimistic solutions may experience unacceptable abort rates, compromising fairness, particularly considering long-running transactions. In this thesis, we address these challenges. First, by performing a detailed evaluation of the applicability of database replication protocols based on conservative concurrency control to enterprise applications. Results invalidate the common assumption that real-world databases can be easily partitioned. Then, we tackle the issue of unacceptable abort rates in optimistic solutions by proposing a novel transaction scheduler, AJITTS, which uses an adaptive mechanism that by reaching and maintaining the optimal level of concurrency in the system, minimizes aborts and improves throughput.

Um padrão comum no que toca a aplicações empresariais, particularmente em pequenas e médias empresas, é a dependência de um sistema de base dados relacional integrado que garante a persistência dos dados e no qual o aspeto relacional é parte integral da logica da aplicação. Embora várias soluções tenham sido propostas para dotar este tipo de aplicações de escalabilidade horizontal, a replicação de base de dados é a solução se o aspeto relacional deve ser preservado. No entanto, é preocupante que, dado que as soluções existentes para replicação de base de dados têm sido avaliadas utilizando testes de desempenho sintéticos e simples, a aplicabilidade destes a aplicações empresariais não é directa: o desempenho de soluções conservadoras está intimamente ligado à capacidade de particionar a aplicação convenientemente, enquanto que soluções optimistas podem sofrer de taxas de insucesso inaceitáveis o que compromete a equidade das mesmas, em particular no caso de transações especialmente longas. Nesta tese, abordamos estes desafios. Primeiro, através de uma avaliação detalhada da aplicabilidade de protocolos de replicação de base de dados baseados em controlo de concorrência conservador a aplicações empresariais. Os resultados obtidos invalidam o pressuposto comum de que bases de dados reais podem ser facilmente particionadas. Assim sendo, abordámos o problema das possíveis taxas de insucesso inaceitáveis em soluções optimistas propondo um novo escalonador de transações, o AJITTS, que utiliza um mecanismo adaptativo que ao atingir e manter o nível ótimo de concorrência no sistema, minimiza a taxa de insucesso e melhora o desempenho do mesmo.