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Plus de Insight Technology, Inc. (20)
[A32] NonStop SQL インターナル: レガシーにして最新テクノロジーが明かされる by Toshimitsu Hara
- 2. HP NonStop SQLって何?
なにそれ?!
どっかで聞いた
ことあるかも・・・
PostgreSQLの
クラ タセ ト
ぶっちゃけ全く
知らない す o
サ バ 上 稼動する
クラスタセット? 知らないっす orz
HP Integrity NonStopサーバー上で稼動する
高可用でスケーラブルな商用RDBMSです!
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高可用 ケ ラ な商用 す
- 3. HP Integrity NonStopサーバーとは
40年間の実績を誇るの実績を誇るHPHPブランドの無停止型コンピューターシステムですブランドの無停止型コンピューターシステムです
2014 HP Integrity NonStop NS2400/NS2300 発表 !!2014 HP Integrity NonStop NS2400/NS2300 発表 !!
2013 HP Integrity NonStop BladeSystem 56000c 発表 !!
2011 HP Integrity NonStop BladeSystem 54000c 発表
2008 ブレードアーキティクチャを採用HP Integrity NonStop BladeSystem NB50000c 発表
2005 インテル® Itanium® プロセッサー搭載 HP Integrity NonStop NS16000 サーバー 発表
2002 HPとCompaqが合併し新生HP誕生
1998 CompaqとTANDEM COMPUTERSが合併
1993 NonStop Himalaya Kシリーズ 発表
1979 日本タンデムコンピューターズ 設立
1975 NonStop System 誕生1975 NonStop System 誕生
1974 TANDEM COMPUTERS 設立
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- 4. ワ ルドワイドでのお客様ご利用状況
NonStopサーバーによるミッションクリティカルシステム
ワールドワイドでのお客様ご利用状況
金融サービス 通信・メディア
流通・製造
サービス
ヘルスケア
政府・公共機関サ ビス 政府 公共機関
– ペイメントシステム: クレジッ
ト、デビット、POS、資金決済
– 為替取引、証券取引
– HLR (Home Location Register)
– インテリジェント・ネットワーク、
第3世代サービス
– メッセージング
– 生産管理、製造制御
– 受発注、チケット予約
– EDI、データ集配信
– 電子患者記録
– 国防関連
– 警察、消防の緊急指示
システム– メッセ ジング システム
– 全世界の ATM トランザク
ションの 70% を処理
全世界のクレジットカード
– 世界最大の ISP における
メッセージングシステム
– HLR ソリューションで管理
– 世界最大規模の自動車
メーカにおける生産管理
システム
– 多くの世界最大級の大
学付属病院を含む、200
以上の病院
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– 全世界のクレジットカ ド
トランザクションの 2/3 を
処理
– HLR ソリュ ションで管理
されている端末は3億以上 – 世界規模の旅行予約シ
ステム
– 国家安全保障
- 5. (参考) HP NonStopサーバーラインナップ
!! NEW !!
NB56000c
4core •2~4CPU /1ノード
NS2400/ NS2300
!! NEW !!
NB56000c
2core
•2~16CPU /1ノード
•最大255ノード
=4080CPU
•Blade Enclosure
/
•最大255ノード
=1020CPU
•Rack Mount CPU
•2~16CPU /1ノード
•最大255ノード
=4080CPU
•Blade Enclosure
•最新Itaniumプロセッサを搭載した
ハイスペックサーバー。最高の
パフォーマンスを提供
ブレ ドア キテクチャの採用に
•NonStop サーバーの特長はすべ
て継承しつつ、最高のプライス
パフォーマンスを実現した、ロー
エンドクラスの NonStop サーバー
•最新Itaniumプロセッサを搭載した
ハイスペックサーバー。高いコスト
パフォーマンスと拡張性を提供
ブレ ドア キテクチ の採用に•ブレードアーキテクチャの採用に
より、柔軟な構成と、リニアな
スケーラビリティーを実現
•ブレードクラスター(FCメッシュ接続)に
より超大規模システムを容易に構築
エンドクラスの NonStop サ バ
•拡張性を制限し、標準コンポー
ネントの採用を進めたことにより
最高のプライスパフォーマンス
を実現。UNIX サーバと同等価格
•ブレードアーキテクチャの採用に
より、柔軟な構成と、リニアな
スケーラビリティーを実現
•4Coreにオンラインアップグレード
が 可能
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より超大規模システムを容易に構築 が 可能
- 7. 他DBMSでは実現できないことがHP NonStop SQLでは実現可能です
HP NonStop SQLの4大特徴
他DBMSでは実現できないことがHP NonStop SQLでは実現可能です
24時間×365日 絶対的な高可用 スケールアウトが容易なDB
• NonStopサーバーHWとNonStop OSが実現する高い
可用性をそのまま受け継いだNonStop SQL
•1台のサーバのみで、他では実現できない可用性
を提供
• NonStopサーバーの特徴であるシェアード・ナッシ
ング・コンセプトを活かした超並列データベース
• HWリソースを足せば足しただけ直線的に性能の
増加が期待できる
運用負荷が軽減→TCO削減
立す バを 台 が 能
安心のサポート体制
ま• 乱立するDB/周辺サーバを1台にコンソリが可能
• バージョンUP時は上位コンパチをhpが保証
• HW増設・交換、DBバックアップや再編成など
ほぼすべての作業がオンライン中に可能
• HWからOS、DBMS、JVMやFrameworkまで、
すべてHPによる1社サポートを実現
• 問題発生時の切り分けや原因追求がスムースに
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- 8. 直線的拡張性 「スケールアウト可能なDB」
HWリソースの追加で容易にパフォーマンス増強HWリソ スの追加で容易にパフォ マンス増強
他DBMS では NonStop SQLでは
• クラスター構成の場合 サーバーを増設するとクラスタウェア • 共有要素のないシェアードナッシングがコンセプトなので• クラスタ 構成の場合、サ バ を増設するとクラスタウェア
や、共有DISKなどでボトルネックがおきすい
• HWリソースを追加しても性能は頭打ちになりがち
• DBサーバーをスケールアウトさせるのは難しい
• 共有要素のないシェア ドナッシングがコンセプトなので、
HWリソースを追加すれば線形に性能がえられる
• 処理増にはスケールアウトで対応できるので、キャパシ
ティープランや投資計画が容易。スモールスタートでトランザ
クションの伸びに応じて柔軟に増設可能
ServerServer Server Server
• 性能を出すためにはスケールアップか、別のクラスタセットを
立てて対応せざるをえない
e
クションの伸びに応じて柔軟に増設可能
• HW増設もサービスを止めることなくオンラインで可能
Server Server Server
e
Add-on
Server
Add-on
DB DB DB
HW Add on
Performanc
スケールしない
Cluster OS
DB
HW Add on
Performanc
ServerNet
OS
DB
OS
DB
スケール
アウト
OS
DB
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HW Add-on HW Add-on
複数サーバー構成 1台のサーバー
- 9. 他者DBクラスタ 構成と 同等性能 同等処理条件で拡張性のベンチマ クを行 た
(参考)他DBとのスケーラビリティー比較
他者DBクラスター構成と、同等性能、同等処理条件で拡張性のベンチマークを行った
結果、NonStop SQLはメンバー(Blade CPU)追加に応じてリニアに性能が伸びました
Oracle RAC Scalability
< HIGH Load >
10,000
12,000
14,000
Throughput
(TPS)
Oracle RAC vs SQL/MX Scalability
< HIGH Load >
10,000
12,000
14,000
Throughput
(TPS)他DB クラスター NonStop SQL
4,000
6,000
8,000
直線的に伸びない
サチュレーション
4,000
6,000
8,000
他DB
0
2,000
1 2 3 4
# of Nodes ( Each 2 CPU)
1node 2node 3node 4node
0
2,000
1 2 3 4
# of Nodes ( Each 2 CPU)
2CPU 4CPU 6CPU 8CPU
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1node
(4core)
2node
(8core)
3node
(12core)
4node
(16core)
2CPU
(4core)
4CPU
(8core)
6CPU
(12core)
8CPU
(16core)
- 11. 高可用性 「サービスは継続できる」
システム構成の違いでアベイラビリティーに差が
• NonStopサーバーのSW無停止性がDBMS内に実装• HA構成やクラスタリングによる可用性
ノ ド障害時にはフェルオ バ やクラスタ 再構成
他DBMS では NonStop SQLでは
システム構成の違いでアベイラビリティ に差が
• 障害の起きたプロセッサーのDBエンジン(DAM)は数秒
のうちに他プロセッサーにて処理を継続(Takeover)
• プロセッサー障害時でも業務処理は続行
• ノード障害時にはフェルオーバーやクラスター再構成
や、データベース・リカバリーが行われる
• 障害復旧中は数分レベルで全業務停止を伴う
プロセ サ プロセ サ プロセ サ プロセ サプロセッサー
OLTP
CRM
Batch
プロセッサー
OLTP
CRM
Batch
プロセッサー
OLTP
CRM
Batch
プロセッサー
OLTP
CRM
Batch
ストレージ製品
FC Switch
Batch
DAM
Batch
DAM
Batch
DAM
Batch
DAM
ServerNet
DAM
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全業務停止 シングルデータベース
- 12. NonStop OSに組み込まれたソフトウ ア冗長化機能
HP NonStopサーバー無停止実現のアーキテクチャー
NonStop OSに組み込まれたソフトウェア冗長化機能
プロセスペア技術による
基本ソフトウェアの無停止化
CPU 0 CPU 1 CPU 2 CPU 3
PrimaryBackup PrimaryBackup
• フェイルオーバー(再起動)ではなく、テイクオー
バー(処理継続)がコンセプト
• NonStop OS や、基幹ミドルウェアは、すべてプロ
セスペアにて実装
Primary Backup
Primary Backup Primary Backup
セスペアにて実装
• 2CPUに、2プロセスがペアとして存在する
• 実稼動するのは、Primaryプロセスのみ
• Backupプロセスは継続に必要となる情報を
Primaryプロセスから定期的に受信
CPU 0 CPU 1 CPU 2 CPU 3
CPU
障害
OSレベルでの実装により
即時・確実に障害を検出
Primaryプロセスから定期的に受信
• 論理的には、1プロセスとして扱える
• Primaryプロセスの異常終了や、CPUダウンが起
きると、自動的にBackupがPrimaryに昇格して、ダ
ウン直前の状態から処理を継続実行する
Primary
Primary
Primary
PrimaryBackup
Primary Backup
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ウン直前の状態から処理を継続実行する
• データの整合性もトランザクション保護製品により、
自動的に一貫性を保持
Primary
- 13. NonStop SQLの容易な管理
サーバ管理の負荷を究極的にコンソリデーション
他DBMSでは HP NonStop SQLでは
DB Server#1 DB Server#2 DB Server#3
サ バ管理の負荷を究極的にコンソリデ ション
ALL IN ONE!
DB Server
DB Server#1 DB Server#2 DB Server#3
FC Switch × 2共有Storage#1 共有Storage#2
Storage 管理
Server
同期
Storage
Batch Server
Backup Server
同期
DB Server#4 DB Server#5 Backup Server
•1台のサーバーで比類なき可用性を実現
•1台のデータベースサーバーで複数業務の混在が可能
•ログ監視も1台、SW管理も1台が対象
•DBサーバーは ×業務数 ×HA構成と多数に
•仮想化でコンソリしてもログやSW管理対象は多数
Batch Server#1 Batch Server#2 Batch 制御 Server
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•クラスタウェア等の煩雑な設定は不要
•仮想化でコンソリしてもログやSW管理対象は多数
•現用/待機管理や、クラスタの設定などタスクは複雑
- 16. 統合DBを容易に構築 ~優先度制御機能
多種多様なデータベース処理 管理作業の混在を容易にします
他DBMSでは NonStop SQLでは
Server プロセッサ プロセッサ プロセッサ プロセッサ
多種多様なデ タベ ス処理、管理作業の混在を容易にします
OS
• 複数業務からの要求を1つのDB
サーバーで混在させると、互いに
悪影響をおよぼす
• OLTPはBatchなどが同時に動くとレ
データベース
OLTP 分析 Batch
OS
データベース
Batch
分析
OLTP 190
120
50
要求に与えた優先度
が、DISKアクセスにま
で引き継がれる
競合
は などが同時に動くとレ
スポンスを担保できない
• 優先度をつけたとしてもDISKアクセ
スまでは制御できない
Server ServerServer
シングル・データベース
高優先度のデ タアクセスは 他のアクセスによるシステ
OS
DB
OLTP
OS
DB
OS
DB
分析 Batch
• 業務が複数ある場合には、業務ご
とにサーバーとデータベースを
別々に構築
• データベース間をどう連携するか
考慮が必
• 高優先度のデータアクセスは、他のアクセスによるシステ
ム高負荷時にもレスポンスを維持
• 1台のサーバー、シングルDBで複数業務の混在が可能
• 同じ鮮度のデータが誰からも共有できる「統合DB」の構築
が
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の考慮が必要
• 統合DBの構築は難しい
が容易に可能
- 17. “古くて新しい” 技術的な課題があります
複合処理の効率的稼働のための要件
古くて新しい 技術的な課題があります
1. 高優先度のDBアクセスは、低優先度のDBアクセスより常に優先的に処理される
必要があります必要があります
− CPU時間に加えI/Oバンド幅を高優先度の処理に優先的に割り当てることが必要です
2. 低優先度の処理も、高優先度の処理がない状況では100%のシステム性能を活
用できるべきです
− 使用可能なリソース制限枠を設ける方式では不十分です
高率的な複合処理システムを実現するには、プロセスのディスパッチ、
システムリソースの制御を司るOSとの緊密な統合が必要です
高率的な複合処理システムを実現するには、プロセスのディスパッチ、
システムリソースの制御を司るOSとの緊密な統合が必要です
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システムリソ スの制御を司るOSとの緊密な統合が必要です。システムリソ スの制御を司るOSとの緊密な統合が必要です。
- 20. 単純なプロセス優先度では解決できない複数の課題があります
1. プロセス優先度の逆転問題 – NonStop SQLでの解決
単純なプロセス優先度では解決できない複数の課題があります
解決①
プロセスディスパッチを制御するReady Listへの
プロセス優先度、もしくは
データソース優先度
OLTP BATCH
DAMの登録にリクエスト優先度を用いる
定期的に(1ブロック処理毎など)Ready Listを
チェックし、処理中のリクエスト優先度より高い優
先度のプロセスが待っている場合、自発的にCPU
解決①
DAMをリク スト解決②
OLTP
優先度高
pri=180
優先度低
pri=50
先度のプロセスが待っている場合、自発的にCPU
をリリースする
解決②
DAMをリクエスト
優先度でディス
パッチし、高優先
度リクエスト到着
をチェック
解決②
優先度順の
リクエスト
キューを実装
50
DAMが管理するリクエストキューはクライアントプロ
セスの優先度順で管理する
高い優先度リクエストに抜かれる度に優先度は1
つ加算され キュー内の長時間滞留を防止
DAM
優先度高
pri=50 (220)
DAM
優先度高
pri=180 (220)
180
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つ加算され、キュ 内の長時間滞留を防止
論理
ディスク
論理
ディスク
- 22. HW OS DBMSの統合により最適なソリ ションを提供
複合処理最適化機能実装のポイント
HW, OS, DBMSの統合により最適なソリューションを提供
1. OSの実装するプロセス間通信が、プロセス優先度を確実
にDAMに伝達され 優先度順リク ストキ を実装にDAMに伝達され、優先度順リクエストキューを実装
2. OSのディスパチャーに機能を実装することで、高優先度の
リクエスト処理に優先的にCPUリソースを配分
3 DAMがリクエストをチェックする間隔は、HW機種、DBMS3. DAMがリクエストをチェックする間隔は、HW機種、DBMS
バージョン毎に最適化されることで、最小のオーバーヘッド
で最高の効果を実現
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- 24. Lost Write
ディスクへのWrite処理がDBMSからは完了に見えながら完了していない状態ディスクへのWrite処理がDBMSからは完了に見えながら完了していない状態
Writeデータを失う原因の所在により、以下の2つのケースがあります。
< 狭義のL t W it >< 狭義のLost Write >
OS、デバイスドライバ、コントローラの不備で、CPUがWrite完了通知を受けたにも関わらず、
ディスクへのWriteが完了していない状況が発生する問題
< 広義のLost Write >
DBMS等がWriteしたデータが、SW障害やHW障害により完全なWriteがされていないのに
Write完了通知がなされること
いずれもデータ損失を招く重大な問題の原因になり得る事象です。
HP NonStopサーバーは、HDD, デバイスドライバー, OS, DBMSをHP NonStopサーバーは、HDD, デバイスドライバー, OS, DBMSを
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HP NonStopサ バ は、HDD, デバイスドライバ , OS, DBMSを
統合して製品開発を行うことで、データ損失のリスクを回避しています。
HP NonStopサ バ は、HDD, デバイスドライバ , OS, DBMSを
統合して製品開発を行うことで、データ損失のリスクを回避しています。
- 25. HP NonStop OSの提供するLost Write防止機能
確実なディスクへのWrite実行 : 狭義のLost Writeへの対応確実なディスク のWrite実行 : 狭義のLost Write の対応
汎用OSでは、OSそのもの、デバイスドライバー、もしくはコントローラの不備により、DBMSからのWrite
要求に完了を通知していながら、実際にはWriteが完了していない状況が発生することがあります。
その状況下で障害が発生するとデ タ整合性が破れ デ タ損失につながる危険性がありますその状況下で障害が発生するとデータ整合性が破れ、データ損失につながる危険性があります。
HP NonStopサーバーは、HDD、コントローラ、デバイスドライバー、OSを統合して製品開発を行っており、
必要な際には確実にHDD内までデータを書き込む機能を実現しており、このようなデータ破損のリスク
はありませんはありません。
DBMS DBMS
< Lost Write防止機能無し> < HP NonStopサーバー >
ドライバー
O S
Write命令 Write完了
ドライバー (Disk Process)
NonStop OS
Write命令 Write完了
コントロ ラ ントロ ラ
確実なデータフラッシュ
SCSI命令の発行
コントローラはキャッ
シュを持たずHDDから
の応答をそのまま通知
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?
遅延Write
○
確実なWrite Write完了
コントローラ コントローラ の応答をそのまま通知
HDDの書き込み完了応
答を待ってWrite完了
- 26. HDD故障によるLost Write(書き込みデータ喪失)への対応
HDDの稀な故障状態によるLost Writeの発生: 広義のLost WriteHDDの稀な故障状態によるLost Writeの発生: 広義のLost Write
HDDのインターフェースは稼働しているが、メディアに障害が発生する稀な故障においては、ドライ
バーからのWrite要求にHDDが完了を通知していながら、実際にはWriteが完了していない(一部もしく
は全データがWriteされていない)状況が発生することがありますは全デ タがWriteされていない)状況が発生することがあります。
そのような障害が発生すると、片系ディスクのデータは破損していながらCPUはそれを検知せず、その
データを後続の処理で使用してしまう危険性があります。
NonStopサーバーは このようなケースを含め 2段階の堅牢なチェックサム機能を適用することでNonStopサーバーは、このようなケースを含め、2段階の堅牢なチェックサム機能を適用することで
データ破損を確実に検知し、データ整合性を保証する機能を提供しています。(詳細後述)
DBMS
ドライバー (Disk Process)
NonStop OS
Write命令 Write完了
命令
コントローラ
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Write命令 Write完了
I/F チップ
?
HW障害 (一過性 or 恒久的)
- 27. HDD故障によるLost Write(書き込みデータ喪失)防止機能
全ディスクファイルに2段階のチェックサムを適用
NonStop OSのファイルシステムは、堅牢性、データ保全性を第一に設計されています。
データ破損検知のため全ディスクファイル(プログラム、テキストファイル等を含む全て)に、通常のブ
ロック内チェックサムに加え ブロック単位のチェックサムをファイル中の専用領域(チェックサムブロッロック内チェックサムに加え、ブロック単位のチェックサムをファイル中の専用領域(チェックサムブロッ
ク)に保持し、READ実行時に毎回チェックを行います。これにより、HP NonStopサーバーではブロック
データ全体のLost、ブロックデータの一部破損の両方を確実に検知します。
デ スクプ セス機能の動作を以下に記述します
1. ディスクからデータブロックをREADする
2. ディスクプロセスはREAD時にチェックサムを
再計算しデータ破損を確実に検出
1. データREAD
2. チェックサム
データ
破損検出
3. ミラーディスク
データREAD
ディスクプロセス
再計算しデ タ破損を確実に検出
3. ディスクプロセスはミラーディスクから再度READ
4. ミラーディスクのデータが正常な場合、それを
アプリケーションに返し、プライマリーディスクの
破損デ タブロックを上書きして修復を実行
破損検出
4. データ
修復
I/Oパス分離、
シリアルWRITE機
能を備えたミラー
ディスク
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破損データブロックを上書きして修復を実行
チェックサムブロック
・ セクターチェックサムを 格納
する専用領域
・ブロックデータの喪失を検出
ブロック内チェックサム
・ ブロックデータの
一部破損を検出
- 30. HP NonStop SQLの実装
OSとの統合によりオ バ ヘッドを限界まで削減OSとの統合によりオーバーヘッドを限界まで削減
トランザクション制御機能をOSに統合
ザ ブ プ− トランザクション管理テーブルの更新機能をインタラプト処理内
に実装
プロセスディスパ チのオ バ ヘ ドを削減• プロセスディスパッチのオーバーヘッドを削減
• カーネルモードとユーザーモードのスイッチオーバーヘッド
を削減を削減
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- 31. OSレベルでのトランザクション管理 実装例
フェーズ1 : コミット要求フェーズ トランザクションフ ズ1 : ミット要求フ ズ
コーディネータ
CPU宛て特殊
ServerNetパケット
トランザクション
全体でコミットOK
全CPUで同期されたトランザクション制御テー
ブルを保持
Trx 101 Act CPU 0,1,2
Trx 100 Act
ServerNet
特殊パケット
で返信
完了!
コミット準備!
コミット
準備!
完了!
ブルを保持
ServerNet
割り込み ンドラ
ServerNet
割り込みハンドラ
同時実行トランザクション数が多い
時は、複数パケットを単一パケット
に詰めて送信
割り込みハンドラ割り込みハンドラ
割り込みハンドラ
制御テーブルを
更新
Trx 101 CPU 0,1,2
Trx 100 Act
Trx 101
Act
Act CPU 0,1,2
Trx 100 Act
プロセス
WAKE
システムで1つのログファ
に詰めて送信
(待ち時間を自動で調節)
データ
DBMS
Trx 101: ph1
DBMS
Trx 101
制御テーブルを
参照し処理実行
データ
DBMS
Trx 10:
Redo/Undo
ログバッファ
システムで1つのログファ
イル
ログ
ディスク
プロセス
ログ
ディスク
プロセスWALフラッシュ
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データ Redo/Undo
ログ
Redo/Undo
ログバッファ
-B-P
WALフラッシュ
- 32. まとめ - HP NonStop SQL !!
以下のようなお悩みをお持ちのお客様以下のようなお悩みをお持ちのお客様
従来のDBMSと一味違う「HP NonStop SQL」をぜひご検討ください!
DBサ バ の可用性に不安DBサーバーの可用性に不安
DBがスケールアウトしない
DB運用に工数がかかりすぎる
マルチベンダ環境でサポートに難マルチベンダ環境でサポ トに難
万全なデータ保護機能を探している
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DB統合の実現に懸念
- 33. N St SQL & インメモリ テクノロジ セッション
Check out our other sessions !!!
NonStop SQL & インメモリーテクノロジーセッション
6月20日 14:00~14:50 Room D NonStop SQL月 p Q
「そのデータベース 5年後大丈夫ですか」
日本ヒューレット・パッカード 後藤 宏
6月20日 1 00 1 0 R A インメ リ6月20日 15:00~15:50 Room A インメモリー
「HDDからインメモリーテクノジーへ」
日本ヒューレット・パッカード 三宅祐典
6月20日 16:00~16:50 Room D インメモリー
「インメモリーデータベース徹底比較」
日本ヒュ レット パッカ ド 小森 博之
© Copyright 2014 Hewlett-Packard Development Company, L.P. The information contained herein is subject to change without notice.33
日本ヒューレット・パッカード 小森 博之
- 35. 原 敏光
プリセールス統括本部
サーバー技術本部
サーバー技術二部
THara@hp.com
直通 050 3138 0879 携帯 090 8309 2834直通 050 3138 0879 携帯 090 8309 2834
FAX 03 5628 2698
日本ヒューレット・パッカード株式会社
本社
〒136‐8711〒136‐8711
東京都江東区大島2‐2‐1
Thank you!
© Copyright 2014 Hewlett-Packard Development Company, L.P. The information contained herein is subject to change without notice.
T n y !