تقنية المعلومات والاتصالات

هندسة وتصميم قواعد البيانات الموزعة وتقنيات NoSQL

يكتسب المشارك القدرة على اختيار قاعدة البيانات الموزعة المناسبة لكل تطبيق، وتصميم مفاتيح التقسيم ونماذج البيانات انطلاقاً من أنماط الاستعلام، وضبط الاتساق والتكرار، وتشغيل عناقيد متعددة المناطق وقياس أدائها.

سجّل الآناستكشف المحتوى
المدة5 أيام تدريبية
المحتوى5 محاور · 10 جلسات
بعد البرنامجشهادة حضور معتمدة

لمحة عن الدورة

تعمل قاعدة البيانات العلائقية على خادم واحد بكفاءة إلى أن يتجاوز التطبيق حدودها: مستخدمون في أكثر من قارة، وكتابات تتزايد بلا توقف، ومتطلب ألا تتوقف الخدمة عند سقوط مركز بيانات كامل. عندها يصبح توزيع البيانات ضرورة، لكنه يفتح أسئلة صعبة حول الاتساق والتقسيم والتكرار وتعارض التحديثات. يبني المحتوى هندسة وتصميم قواعد البيانات الموزعة خطوة خطوة، بدءاً من مبرهنتي (CAP) و(PACELC) ونماذج الاتساق، مروراً بآليات التكرار والتقسيم والإجماع بخوارزمية (Raft)، ثم تقنيات قواعد البيانات غير العلائقية (NoSQL) بعائلاتها: المفتاح والقيمة، والمستندات، والأعمدة العريضة، والرسوم البيانية، مع تصميم النماذج انطلاقاً من أنماط الاستعلام لا من الجداول، إلى جانب قواعد البيانات العلائقية الموزعة الحديثة وقواعد المتجهات. وتجري المختبرات على عناقيد صغيرة يحاكي فيها المشاركون انقطاع العقد وانقسام الشبكة، ويقيسون أثر إعدادات الاتساق على زمن الاستجابة. ويكتسب المشارك منهجية واضحة لاختيار قاعدة البيانات المناسبة وتصميم نموذج بياناتها وخطة تشغيلها.

الأهداف المتوقعة من الدورة

01

تحليل متطلبات التطبيق من الاتساق والتوافر وزمن الاستجابة، واختيار نموذج الاتساق المناسب لكل عملية بدل فرض مستوى واحد على النظام بأكمله.

02

تصميم مخطط تقسيم للبيانات يحدد مفتاح التقسيم وطريقة التوزيع، ويتجنب التقسيمات الساخنة ويسمح بإضافة العقد دون إعادة توزيع مكلفة.

03

نمذجة بيانات تطبيق فعلي في قاعدة مستندات وقاعدة أعمدة عريضة انطلاقاً من أنماط الاستعلام، ومقارنة التصميمين من حيث الأداء وتعقيد التحديث.

04

قياس أداء عنقود موزع تحت أحمال مختلفة بأداة (YCSB)، وتفسير أثر معامل التكرار وإعدادات القراءة والكتابة على زمن الاستجابة والإنتاجية.

المستهدفون

01

معماريو البيانات والحلول المسؤولون عن اختيار تقنيات التخزين للتطبيقات عالية الحجم والانتشار الجغرافي.

02

مطورو الخلفيات البرمجية الذين يبنون خدمات تعتمد على قواعد المستندات أو المفتاح والقيمة أو الأعمدة العريضة.

03

مديرو قواعد البيانات العلائقية الذين ينتقلون إلى تشغيل عناقيد موزعة ومتعددة المناطق.

04

مهندسو موثوقية المواقع ومهندسو المنصات المكلفون بضمان توافر طبقة البيانات وقابليتها للتوسع.

المحاور العلمية

اضغط على أي محور لاستعراض جلساته وبنوده.

01

المحور الأول: أسس هندسة قواعد البيانات الموزعة ونماذج الاتساق

2 جلسات · 6 نقاط

1الجلسة الأولى: المفاضلات النظرية التي تحكم توزيع البيانات

  • تفسير مبرهنة (CAP) بدقة بعيداً عن التبسيط الشائع، واستكمالها بنموذج (PACELC) الذي يضيف المفاضلة بين زمن الاستجابة والاتساق في الظروف الطبيعية.
  • مقارنة نماذج الاتساق الخطي والسببي والنهائي، وضمانات قراءة ما كتبته والقراءة الرتيبة، وأمثلة الشذوذ الذي يسمح به كل نموذج.
  • تحليل مشكلات الساعات في الأنظمة الموزعة، واستخدام الساعات المنطقية ومتجهات الإصدار لترتيب الأحداث وكشف التحديثات المتعارضة.

2الجلسة الثانية: التكرار وخوارزميات الإجماع عند سقوط العقد

  • مقارنة التكرار بقائد واحد وبقادة متعددين ودون قائد، وتحديد أثر كل نمط على تعارض الكتابات وتأخر النسخ.
  • شرح خوارزمية الإجماع (Raft) من انتخاب القائد إلى نسخ السجل، وتتبع سلوك العنقود عند سقوط القائد أو انقسام الشبكة.
  • ضبط النصاب في قواعد التكرار دون قائد بمعاملات عدد النسخ والقراءة والكتابة، وتحديد التوليفات التي تضمن قراءة أحدث قيمة.
02

المحور الثاني: تقسيم البيانات والمعاملات في قواعد البيانات الموزعة

2 جلسات · 6 نقاط

1الجلسة الأولى: مفاتيح التقسيم والتجزئة المتسقة وإعادة توزيع البيانات

  • المقارنة بين التقسيم بالنطاق والتقسيم بدالة التجزئة والتجزئة المتسقة، وأثر كل منها على استعلامات النطاق وتوزيع الحمل.
  • اكتشاف التقسيمات الساخنة الناتجة عن مفتاح سيئ الاختيار، مثل التاريخ أو معرف عميل ضخم، ومعالجتها بإضافة بادئات أو مفاتيح مركبة.
  • التخطيط لإعادة توازن البيانات عند إضافة العقد أو إزالتها، وتقليل أثر نقل البيانات على أداء بيئة الإنتاج.

2الجلسة الثانية: المعاملات العابرة للعقد ومستويات العزل

  • شرح الالتزام على مرحلتين (2PC) وحدوده عند تعطل المنسق، ومتى يفضل الاعتماد على معاملات محلية مع تعويض لاحق.
  • مقارنة مستويات العزل في قواعد البيانات العلائقية الموزعة، ومنها العزل التسلسلي في أنظمة مثل (CockroachDB) و(YugabyteDB)، وكلفتها على الأداء.
  • تصميم عمليات عديمة الأثر عند التكرار، واستخدام أنواع بيانات قابلة للدمج دون تعارض (CRDT) في التطبيقات التي تكتب في أكثر من منطقة.
03

المحور الثالث: عائلات تقنيات (NoSQL) ومحركات تخزينها

2 جلسات · 6 نقاط

1الجلسة الأولى: مقارنة عائلات قواعد البيانات غير العلائقية

  • تحديد حالات استخدام قواعد المفتاح والقيمة مثل (Redis) للتخزين المؤقت والجلسات، وحدودها عند الحاجة إلى استعلامات مركبة.
  • استعراض قواعد المستندات مثل (MongoDB) وقواعد الأعمدة العريضة مثل (Apache Cassandra)، ومواطن قوة كل منهما في الكتابة والقراءة.
  • تحليل قواعد الرسوم البيانية مثل (Neo4j) لبيانات العلاقات المتشعبة، وقواعد السلاسل الزمنية لبيانات المستشعرات والمراقبة.

2الجلسة الثانية: ما تحت الغطاء: محركات التخزين والفهرسة

  • مقارنة شجرة الدمج المهيكلة بالسجل (LSM) بشجرة (B-Tree) من حيث تضخم الكتابة والقراءة والمساحة، وأثر ذلك على اختيار المحرك.
  • فهم عمليات الضغط وشواهد الحذف (Tombstones) ومرشحات بلوم، وتشخيص تباطؤ القراءة الناتج عن تراكم شواهد الحذف.
  • تصميم الفهارس الثانوية المحلية والعالمية في الأنظمة الموزعة، وتقدير كلفتها على الكتابة وعلى الاستعلامات التي تمر بكل التقسيمات.
04

المحور الرابع: تصميم نماذج البيانات الموجهة بالاستعلام

2 جلسات · 6 نقاط

1الجلسة الأولى: النمذجة في قواعد الأعمدة العريضة والمستندات

  • تصميم جداول قاعدة أعمدة عريضة تبدأ من قائمة الاستعلامات، مع تحديد مفتاح التقسيم وأعمدة الترتيب لكل استعلام على حدة.
  • المفاضلة في قواعد المستندات بين تضمين البيانات المرتبطة والإحالة إليها، بحسب حجم المستند ومعدل تحديث الأجزاء المضمنة.
  • تطبيق نمط الجدول الواحد في قواعد المفتاح والقيمة المدارة، وتصميم مفاتيح مركبة تخدم أنماط وصول متعددة بكفاءة.

2الجلسة الثانية: التخزين متعدد التقنيات وقواعد المتجهات

  • تصميم معمارية تخزين تخصص لكل نوع بيانات القاعدة الأنسب، مع مزامنة البيانات بينها عبر التقاط تغييرات البيانات (CDC).
  • تقييم قواعد المتجهات وفهارس الجوار الأقرب التقريبي (HNSW) لتطبيقات البحث الدلالي والتوليد المعزز بالاسترجاع، ومقارنتها بإضافات المتجهات في القواعد القائمة.
  • ترحيل جزء من تطبيق علائقي إلى قاعدة غير علائقية مع إعادة تصميم النموذج، وتحديد ما يجب أن يبقى علائقياً حفاظاً على سلامة المعاملات.
05

المحور الخامس: تشغيل قواعد البيانات الموزعة وقياس أدائها وحمايتها

2 جلسات · 6 نقاط

1الجلسة الأولى: اختبارات الحمل والفشل المقصود على العناقيد الموزعة

  • تشغيل اختبارات حمل بأداة (YCSB) بأعباء قراءة وكتابة مختلفة، وقراءة زمن الاستجابة عند المئينات العليا بدل الاكتفاء بالمتوسط.
  • مراقبة مؤشرات تأخر النسخ ونمو التقسيمات واستهلاك الذاكرة وتراكم عمليات الضغط المعلقة، وتحديد عتبات تنبيه تسبق تدهور الخدمة.
  • تنفيذ تجارب فشل مقصودة بإيقاف عقدة وعزل منطقة، والتحقق من عدم فقدان كتابات مؤكدة ومن سلوك التطبيق أثناء التعافي.

2الجلسة الثانية: العناقيد متعددة المناطق والاستعادة إلى نقطة زمنية

  • تصميم نشر متعدد المناطق يوازن بين قرب البيانات من المستخدم ومتطلبات إقامتها القانونية وكلفة الاتصال بين المناطق.
  • بناء استراتيجية نسخ احتياطي واستعادة إلى نقطة زمنية لعنقود موزع، واختبار زمن الاستعادة الفعلي لا المفترض.
  • تطبيق التشفير أثناء النقل والتخزين والتحكم في الوصول القائم على الأدوار وتدقيق الاستعلامات في قواعد البيانات الموزعة.

ما يحصل عليه المشارك

5 محاور علمية

مخطّط علميّ متدرّج

10 جلسة تدريبية

موزَّعة على 5 أيام

30 بنداً تفصيلياً

محتوى تطبيقي مفصَّل

شهادة حضور معتمدة

بعد إتمام البرنامج

أكمل بيانات التسجيل

سنتواصل معك خلال يوم عمل لتأكيد الحجز.

جاهز للبدء؟

احجز مقعدك في البرنامج وابدأ رحلة تطوير مهاراتك.

سجّل الآن

شارك هذه الدورة

🔗 رابط مختصر
سجّل الآن