TimescaleDBの調査

IoT(Internet of Things) システムでは、各種センサーから、秒以下の周期で取得された、大量の時系列データを取り扱います。このようなデータを保持するシステムとして、時系列データベースは求められています。そこで、時系列データベースの TimescaleDB について、まとめました。
動作環境やライセンスなど基本情報から、対応プログラム言語、可用性、拡張性など機能情報やセキュリティなど掘り下げて、以下のようにまとめました。

TimescaleDB

TimescaleDB は、時系列データの高速格納と複雑なクエリのために最適化された PostgreSQL をベースとした時系列データベースです。
あらかじめ時系列データベースに保存されたデータに従来の RDBMS のように SQL を使うことが可能です。TimescaleDB は時系列データのために、NoSQL と RDBMS の両方の良さを実現しています。
参照 : TimescaleDB Overview

基本情報

項目	内容
URL	https://www.timescale.com/
データモデル	TimescaleDBの機能を適用したテーブルを「HyperTable」と呼び、これが親テーブルとなって、専用スキーマに「Chunk」と呼ばれる日時間隔別の子テーブルが作成されます。内部的にはPostgreSQLのパーティショニングが使われています。 参照 : Data Model
動作環境	CPU： x86系、IA64、PowerPC系、S/390系、Sparc系、ARM、MIPS、VAX メモリ： 512MB以上(要 Shared Bufferの4倍の物理メモリ) ストレージ： OS：Ubuntu 16.04以降、Debian 8, 9、RHEL/CentOS 7以降、macOS 10.12以降(要 Homebrew)、Windows 7以降(要 Visual Studio 2015)、Azure Database for PostgreSQL versions 9.6, 10、Ubuntu 18.04 Amazon EBS-backed AMI 参照 : Installation
実装言語	C言語
ライセンス	OSS : Apache License version 2.0 ただし、TSL library は Timescale License (TSL) Community : TSL Enterprise : 製品ライセンス Cloud : サブスクリプション・ライセンス 参照 : LICENSE, Product
主なバージョン	1.5.0 (2019-10-31) : データ圧縮機能の追加、テーブルスペース間のチャンク移行のサポート、ChankAppendノードへのパラレルクエリ調整のサポート 1.4.0 (2019-06-18) : hypertableで連続集約機能を複数利用可能とした。continuous aggregates 1.3.0 (2019-05-06) : 連続集約機能の追加 (PostgreSQLのマテリアライズド・ビューに似た構造で手動のリフレッシュを必要としません)。 1.2.0 (2019-01-29) : 新しい時系列データ解析関数、先進的なデータライフサイクル管理機能、性能改善、Postgres 11のサポート。 1.1.0 (2018-12-13) : first()とlast()の最適化(インデックスを使用したクエリ)。
開発元	Timescale, Inc.
開発体制	Timescaleを中心にContributorは37名 Contributorは Contributor License Agreement を締結する必要がある。
活動状況	GitHub で Issues 月間約 20件、ソースコード・コミット月間約 60件 https://github.com/timescale/timescaledb/commits/master
国内サポート体制	現時点で国内での保守サポートサービスを行っている企業、団体はありません。
その他	PostgreSQL の extension としてパッケージされています。基本的な機能は PostgreSQL準拠と考えて良いです。

機能情報

項目	内容
対応プログラム言語	C/C++、.Net、Java、Perl、JavaScript、PHP、Python、R、Ruby、Tcl
クエリ言語	PostgreSQLのSQLをサポートします。 TimescaleDB API がストアドファンクションが提供されており、時系列データに関してはこのファンクションを利用します。 参照 : Do you really support “all of SQL”?, TimescaleDB API Reference
データ圧縮	1.5.0 からデータ圧縮機能が追加されました。91～96%の圧縮が可能です。timestamp と integer はDelta-Delta符号化とランレングス符号化圧縮、floatは Gorilla compression 、いくつかのデータタイプは辞書ベース圧縮、その他はLZベース技術が組み込まれています。ベースバージョンとして、PostgreSQL10以上のバージョンが必要です。 参照 : TimeScaleDB 1.5.0 リリースノート、Building columnar compression in a row-oriented database
データ自動集計	Continuous Aggregates機能でデータ自動集計を実現します。 参照 : Continuous Aggregates
期限解放機能	drop_chunks関数でチャンクレベルでhypertableから古いデータを削除することが可能。Enterprise版では、add_drop_chunks_policy関数で、自動データ・リテンションを設定することが可能です。 参照 : Data Retention
時系列分析関数	PostgreSQLのSQL関数に加えて、first、histogram、interpolate、last、locf、time_bucket、time_bucket_gapfillが使用可能です。Advanced Analytic Queriesとして、Median/Percentile、Cumulative Sum、Moving Average、Increase、Rate、Deltaが使用可能です。 参照 : TimescaleDB API Reference : Analytics, Reading data
インデックス	PostgreSQLインデックスをサポートします。TimescaleDBは、hypertableが作成される場合、TimescaleDBは自動的に時間インデックスを作成します。 なお、PostgreSQLはB-tree、hash、GiST、SP-GiST、GIN、BRINのインデックスが使用可能です(デフォルトはB-tree)。 参照 : Indexing Data
トランザクション	PostgreSQLトランザクションをサポートします。アイソレーション・レベルはRead uncommitted、Read committed、Repeatable read、Serializableがあります。デフォルトは Read Committed。これはMVCCで実装されています。
ストアドプロシジャ	PostgreSQLストアドプロシージャ、ストアドファンクションをサポートします。
トリガー	PostgreSQLトリガーをサポートします。TimescaleDBは、hypertableに対して DBトリガーのCREATE、ALTER、DROPが可能です。 参照 : Creating Triggers
dockerコンテナ	dockerhub で TimeScaleDB の Docker Container イメージが公開されています。 https://hub.docker.com/r/timescale/timescaledb/
性能拡張	スケールアウト・クラスタリングについては現在、開発中で導入する予定です。自動分配機能は既にシングルノードで利用可能です。 参照 : Is there a clustered version and how can I try it?
高可用性	TimescaleDBは、PostgreSQLストリーミング・レプリケーションをサポートする。ロジカル・レプリケーションはサポートしません。 参照 : Replication
運用	TimescaleDBのバックアップは PostgreSQL バックアップ/リストア機能(pg_basebackup, pg_dump, pg_restore)を利用します。オフラインバックアップはDBを停止して、ファイルシステムバックアップを実施します。 参照 : Backup & Restore
出来ないこと	組込み機器などメモリリソースが制限されているシステムには適していません。

セキュリティ

項目	内容
通信暗号化	SSLでクライアントとDBサーバ間の通信を暗号化します。
DB格納領域の暗号化	透過的暗号化でDB格納領域を暗号化することが可能です。
認証機能	証明書、trust/reject、scram-sha-256、md5、ident/peer、LDAPなど、さまざまなクライアント認証方法が利用可能です。
権限管理	DBオブジェクトに操作権限をロールまたはユーザに付与することで権限管理ができます。
DB監査	監査ログ機能有(pgaudit)

参照 : PostgreSQLのセキュリティを極める

まとめ

PostgreSQLをベースとしていることで、時系列以外の機能、ツールが豊富です。時系列機能もバランス良く実装されていると考えます。また、データ圧縮機能がないことが、速度性能にどのように影響するのか、気になるポイントです。

掲載内容は、(株)東芝 デジタルイノベーションテクノロジーセンター及びソフトウェア技術センターの見解です。コメント等は広くご意見を頂ければ幸いです。

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