DBA面臨AI的挑戰

最近來自卡耐基梅隆資料庫小組的最新研究成果，他們正用最新的深度學習技術，完成資料庫的調優工作。

如果這項技術在未來進一步普及，那麼，很無奈，這個行業不得不接受AI對於人員結構的改造。

DBA迎來新的革命

卡內基·梅隆大學資料庫小組採用機器學習實現了資料庫的自動化管理，其在線版的自動化管理服務 OtterTune 稍後即會上線。

OtterTune 所要解決的是資料庫管理中最為繁雜的問題：諸如緩存大小分配、寫入頻率管理等因素在內的數百項參數的動態設置。過去，這項工作只能由經驗豐富的資料庫專家手動來完成。

這其中採用了怎樣的原理呢？

OtterTune 到底用了什麼原理？

採用機器學習后，OtterTune 把資料庫管理系統（DBMS）的工作流程變成這樣：

一開始，OtterTune 需要被告知明確的優化目標，如延遲、吞吐量等；其客戶端 Controller 會自動關聯目標 DBMS 及其亞馬遜 EC2 副本的類型與當前設置。

而後，Controller 便開啟第一個觀察周期，觀察 DBMS 並記錄目標項。觀察結束時，Controller 會搜集好 DBMS 的內部參數，並將它和目標項發送給 Tuning Manager。

收到參數后，Tuning Manager 便把它們存儲入庫。OtterTune 用這些參數計算出 DBMS 的目標配置，並將其發回至 Controller，Controller 部署並運行新的配置，以提升資料庫性能。

管理人員可隨時啟用或終止 OtterTune 服務。

簡而言之：首先，需要設置一些優化目標，連接到資料庫系統，使用初始化的設置去運行；然後控制器開啟第一次觀察周期，記錄下當前設置模式下的所有系統性能度量，並返回這些結果給調優器；調優器記錄這些結果，並根據這些度量信息和系統信息計算出新的資料庫配置；最後調優器把調優結果配置傳回控制器，同時可以有效評估系統提升的期望值；用戶根據評估值決定是否使用新的配置。其中最核心的步驟就是：計算出新的資料庫管理系統DBMS 的目標配置，即這裡面用到的主要是機器學習。下面詳細解釋一下機器學習在裡面的作用。

機器學習的作用

機器學習模塊分為三部分：獲取 Controller 觀察到的工作負載參數（Workload Characterization 組件），識別並學習這些參數（Knob Identification 組件），自動管理資料庫（Automatic Tuner 組件）。

下面一一來說：

Workload Characterization:OtterTune 使用 DBMS 的內部運行參數來提取資料庫的工作負載特徵。機器學習模塊使用聚類方法來衡量這些參數的相關性，儘可能地裁剪參數量，以降低計算的複雜程度。

Knob Identification:識別並學習資料庫參數，OtterTune 所用的特徵選取方法是 Lasso，以找出它們的重要程度。OtterTune 據此來計算 DBMS 的目標配置，它使用一種增量方法來找出資料庫的最佳配置。

Automatic Tuner:而後的工作則交由 Automatic Tuner 組件。首先，它用 Workload Characterization 組件的性能數據來確定 DBMS 的目標負載；而後，它會選擇一組不同的配置進行測試。

OtterTune 的目標總是優化下一組配置，儘可能地搜集數據來提升性能，而非緊盯住目標配置不放。

結果對比

OtterTune 在論文中測試了 MySQL 和 Postgres 這兩個資料庫的延遲和吞吐量，結果如下：

從圖中可以看出，相比於 MYSQL 管理腳本，OtterTune 的延遲要低 60%，吞吐量則能提升 35%。

相比於 Postgres 的默認配置，OtterTune 與其他方法在延遲方面的提升大體相近；但吞吐量方面，OtterTune 比 DBA 的選擇要好 12%。

總體來看，OtterTune可以在延遲和吞吐等性能指標上大幅領先傳統的自動化配置腳本，並接近專業DBA的水平。

AI如何擊中了這個行業的痛點？

為什麼這個行業需要AI來改造？DBA的日常工作到底有哪些痛點？

讓我們把目光拉近，看看這個行業到底有什麼問題。

目前的資料庫，主要採用專業的資料庫管理員（以下稱DBA）來設計數據系統的架構，調優等。但是，由於業務系統極其複雜，且隨著業務的快速迭代，需要資料庫系統能跟上業務的節奏，快速響應，快速更新，這就導致調優任務也隨之變得極其複雜。DBA需要靈活掌握各項影響系統性能的控制因素，也必須對數據底層，甚至體系結構都有深入了解，才能很好地完成調優任務。因此，真正滿足優秀的DBA就非常少了，而且價格昂貴。隨著大數據行業的井噴式發展，這種人才一直都是嚴重供不應求。不過，這部分原本可以享受高薪的人群，好日子貌似要走到頭了。因為，普通DBA也能藉助AI搶飯碗了。

卡耐基梅隆的資料庫小組整出來的這個新研究，就是要通過使用AI技術，簡化了DBA對於資料庫系統的調優過程，即便是普通的DBA，也能達到、甚至超過專業DBA調優系統的能力。

所以，一旦AI在此領域真正開始發揮作用，人力成本將大幅降低，工作又能快速響應，公司再也不會因為專業DBA短缺而影響業務發展了，這將是公司老闆拍手稱快的大好事。

本文轉載自：http://www.linuxprobe.com/cmu-ai-dba.html