Как Google обеспечивает бесперебойное выполнение запросов к базам данных при системных сбоях с помощью токенов перезапуска

Описание

Какую задачу решает

Патент решает инфраструктурную проблему потери прогресса при выполнении длительных или сложных запросов в распределенных базах данных из-за временных сбоев (сетевые ошибки, перезагрузка сервера, перемещение данных между узлами – movement of data). Он устраняет необходимость перезапускать запрос с нуля, что снижает задержки (latency), уменьшает нагрузку на систему и предотвращает отправку дублирующихся результатов клиенту.

Что запатентовано

Запатентована система, которая генерирует Restart Token (токен перезапуска) вместе с каждой порцией возвращаемых результатов (batch of results). Этот токен инкапсулирует точное текущее состояние выполнения запроса (например, состояние итераторов). При сбое этот токен используется для мгновенного возобновления работы с прерванного места без сохранения состояния на самом сервере (stateless processing).

Как это работает

Система получает запрос и начинает его выполнение, часто распределяя работу на подзапросы (subqueries) между разными узлами (computing nodes), хранящими части данных (shards). Результаты передаются клиенту потоком (streaming). Для каждой порции система фиксирует внутреннее состояние выполнения (например, состояние Iterator Tree) и кодирует его в компактный Restart Token. Этот токен передается клиенту вместе с результатами. Если соединение прерывается, клиент повторно отправляет запрос, прилагая последний полученный токен. Система использует его для восстановления состояния и продолжает выполнение, возвращая только те результаты, которые еще не были отправлены.

Актуальность для SEO

Высокая (для инфраструктуры). Эффективность, низкая задержка и отказоустойчивость распределенных систем баз данных критически важны для функционирования всех сервисов Google, включая Поиск. Хотя этот документ является продолжением (continuation) заявок, поданных ранее (оригинал в 2016 году), описанная технология остается фундаментальной для современных распределенных баз данных.

Важность для SEO

(1/10). Патент имеет чисто инфраструктурное значение и не оказывает прямого влияния на SEO-стратегию. Он не описывает механизмы ранжирования, оценки качества контента, анализа ссылок или интерпретации пользовательских запросов. Патент помогает понять, как Google решает сложные инженерные задачи для поддержания скорости и надежности своих внутренних систем, но не предоставляет SEO-специалистам практически применимых рекомендаций.

Детальный разбор

Термины и определения

Restart Token (Токен перезапуска)

Ключевой элемент изобретения. Компактный набор данных, инкапсулирующий состояние выполнения запроса на момент генерации последней порции результатов. Позволяет возобновить запрос без повторения работы.

Iterator Tree (Дерево итераторов)

Структура данных, представляющая план выполнения запроса во время работы (runtime query plan). Узлы дерева — это итераторы, каждый из которых выполняет часть операций по запросу. Состояние этого дерева используется для генерации Restart Token.

Deterministic Data (Детерминированные данные)

Данные, которые система всегда возвращает в одном и том же порядке для данного запроса (например, отсортированные по ключу). Для таких данных Restart Token может быть простым (например, содержать последний возвращенный ключ).

Non-deterministic Data (Недетерминированные данные)

Данные, порядок которых может меняться при разных выполнениях одного и того же запроса (например, при параллельной обработке подзапросов разными узлами). Требуют более сложного Restart Token.

History Data (Данные истории)

Информация, включаемая в Restart Token при работе с недетерминированными данными. Описывает последовательность операций и решений, принятых системой для генерации предыдущих результатов, позволяя точно воспроизвести состояние при перезапуске.

Shard / Tablet (Шард / Таблет)

Отдельная часть распределенной базы данных (distributed database), управляемая конкретным узлом (компьютером).

Batch of Results (Порция/Пакет результатов)

Частичный набор данных, возвращаемый системой в ответ на запрос в потоковом режиме.

Ключевые утверждения (Анализ Claims)

Патент US20240427770A1 является публикацией заявки (Application Publication). Анализ основан на Claims, представленных в документе.

Claim 1 (Независимый пункт): Описывает основной метод обработки запроса в распределенной базе данных с механизмом восстановления после сбоя.

1. Система получает запрос к распределенной базе данных.
2. Запрос выполняется с использованием множества вычислительных узлов (plurality of computing nodes).
3. В результате выполнения система получает сообщение, содержащее начальную порцию запрошенных данных (initial portion) и restart token, идентифицирующий эту порцию.
4. Система определяет, что первый вычислительный узел столкнулся со сбоем (system failure) во время выполнения запроса.
5. На основании этого определения restart token отправляется второму вычислительному узлу.
6. Второй узел выполняет запрос, используя restart token, чтобы получить оставшуюся часть запрошенных данных (remaining portion).

Ядро изобретения — использование restart token для передачи состояния выполнения запроса от сбойного узла другому узлу (или тому же узлу после перезагрузки) для бесшовного продолжения работы.

Claims 2-4 (Зависимые): Уточняют типы сбоев (system failure): сетевой сбой (network failure), перемещение данных (movement of data) или перезагрузка узла (restart).

Claim 6 (Зависимый): Детализирует управление памятью. Указывается, что restart token может храниться в оперативной памяти (volatile memory) без сохранения в постоянном хранилище (non-volatile memory). Это критически важно для производительности и реализации stateless-архитектуры.

Claims 7-8 (Зависимые): Описывают структуру выполнения. Запрос может состоять из подзапросов (sub-queries), которые могут выполняться параллельно (execute in parallel).

Где и как применяется

Патент описывает технологию, применяемую на уровне инфраструктуры баз данных, которая лежит в основе работы поисковой системы. Это не алгоритм ранжирования, а механизм повышения эффективности и надежности доступа к данным.

Инфраструктура (Поддержка всех этапов)

Все этапы поиска (CRAWLING, INDEXING, RANKING) зависят от быстрых и надежных запросов к внутренним распределенным базам данных Google (Индекс, Content Warehouse, Knowledge Graph и т.д.). Описанный механизм обеспечивает отказоустойчивость этих внутренних запросов.

Взаимодействие компонентов: Система (Query System) распределяет запрос на подзапросы между узлами, хранящими шарды данных. Она агрегирует результаты и управляет состоянием через Restart Tokens.

Входные данные:

• Исходный запрос (Query).
• (При возобновлении) Последний полученный Restart Token.

Выходные данные:

• Порция результатов (Batch of Results).
• Новый Restart Token, соответствующий текущему прогрессу.

На что влияет

Патент не описывает влияние на конкретные типы контента, специфические запросы, форматы, ниши или языки с точки зрения их оценки или ранжирования в SEO. Он влияет исключительно на производительность и надежность инфраструктуры Google в целом.

Когда применяется

Алгоритм генерации токенов применяется при выполнении запросов к распределенным базам данных, особенно в следующих условиях:

• Долгие запросы: Запросы, которые возвращают большой объем данных и требуют значительного времени на выполнение.
• Потоковая передача результатов: Когда результаты возвращаются порциями (batches).
• Распределенное выполнение: Когда запрос обрабатывается параллельно на нескольких узлах.

Триггер активации использования токена — это либо сбой соединения/узла, либо штатный запрос следующей порции результатов (пагинация на уровне базы данных).

Пошаговый алгоритм

Процесс А: Стандартное выполнение и генерация токена

1. Получение запроса и планирование: Система получает запрос и компилирует его в план выполнения (Iterator Tree).
2. Распределение работы: План может быть распределен на подзапросы (subqueries), направляемые на разные узлы.
3. Определение порции результатов: Система выполняет часть работы и определяет текущую порцию результатов.
4. Определение состояния выполнения: Анализируется состояние Iterator Tree после генерации последней строки в порции результатов.
5. Генерация Restart Token:
   1. Система определяет тип данных: Deterministic или Non-deterministic.
   2. Если данные детерминированы (отсортированы), токен содержит индекс или ключ последнего результата.
   3. Если данные недетерминированы (например, из-за параллельного выполнения), токен инкапсулирует историю операций и решений (History Data), чтобы гарантировать точное воспроизведение состояния.
6. Отправка ответа: Система отправляет клиенту сообщение, содержащее порцию результатов и сгенерированный Restart Token. Состояние на сервере не сохраняется.

Процесс Б: Восстановление после сбоя

1. Обнаружение сбоя: Клиент или сервер-координатор обнаруживает сбой (потеря соединения, таймаут).
2. Отправка запроса на возобновление: Отправляется исходный запрос вместе с последним полученным Restart Token.
3. Восстановление состояния: Система (возможно, уже на другом узле) использует Restart Token для восстановления внутреннего состояния Iterator Tree. Если использовалась History Data, система может войти в режим воспроизведения (replay mode).
4. Продолжение выполнения: Система продолжает выполнение запроса с прерванного места, генерируя следующие порции результатов и новые токены.

Какие данные и как использует

Патент описывает внутренние процессы Google без прямых рекомендаций для SEO. Он фокусируется исключительно на инфраструктуре выполнения запросов и не использует данные, релевантные для SEO.

Данные на входе

Патент не упоминает использование каких-либо факторов, используемых в SEO:

• Контентные факторы: Не используются.
• Технические факторы: Не используются.
• Ссылочные факторы: Не используются.
• Поведенческие факторы: Не используются.
• Временные, Структурные, Мультимедиа, Географические, Пользовательские факторы: Не используются.

Используются только внутренние данные состояния системы баз данных и структура самого запроса.

Какие метрики используются и как они считаются

Метрики касаются состояния выполнения запроса:

• Iterator State (Состояние итератора): Внутренние переменные итераторов в Iterator Tree, описывающие их текущий прогресс.
• History Data: Используется для недетерминированных запросов. Это запись детерминированных шагов и решений, принятых для достижения текущего состояния.
• Ключи/Индексы: Используются для детерминированных запросов как указатель на последнее обработанное данное.
• Restart Token: Агрегированная и закодированная метрика, инкапсулирующая вышеупомянутые данные. Патент подчеркивает важность компактности этого токена (например, десятки или сотни байт). Система может контролировать размер токена, например, регулируя степень параллелизма, если история данных становится слишком большой.

Выводы

Патент описывает внутренние процессы Google без прямых рекомендаций для SEO. Это сугубо инфраструктурное изобретение, направленное на повышение эффективности работы распределенных баз данных.

1. Фокус на отказоустойчивости и задержках: Основная цель изобретения — минимизировать влияние временных сбоев на выполнение запросов, снизить задержки (latency) и избежать повторной работы.
2. Restart Token как снимок состояния: Ключевая инновация — инкапсуляция сложного состояния выполнения распределенного запроса (Iterator Tree state) в компактный Restart Token.
3. Эффективность и масштабируемость (Statelessness): Механизм не требует сохранения состояния запроса в постоянном хранилище на сервере. Состояние передается клиенту в токене, что позволяет системе масштабироваться и легко восстанавливаться после сбоев.
4. Адаптация к сложности: Система умеет генерировать токены как для простых детерминированных запросов, так и для сложных недетерминированных (параллельных) запросов, используя History Data.
5. Отсутствие практической ценности для SEO: Патент не содержит информации о факторах ранжирования, оценке контента или любых других аспектах, на которые могут повлиять SEO-специалисты.

Практика

Патент является инфраструктурным и не дает практических выводов для SEO.

Best practices (это мы делаем)

На основе этого патента нет рекомендаций для SEO-практик.

Worst practices (это делать не надо)

На основе этого патента нет предостережений для SEO-практик.

Стратегическое значение

Стратегическое значение для SEO отсутствует. Патент имеет значение для инженеров по базам данных и распределенным системам. Он подтверждает, что Google инвестирует значительные ресурсы в обеспечение скорости, надежности и эффективности своей базовой инфраструктуры. Это позволяет поисковой системе функционировать стабильно, но не влияет на то, как именно она ранжирует сайты.

Практические примеры

Практических примеров для SEO нет. Примеры применения касаются исключительно внутренней работы баз данных.

Пример (Инфраструктурный):

Система ранжирования Google выполняет сложный запрос к индексу для извлечения признаков тысяч документов-кандидатов. Запрос обрабатывается параллельно на 50 серверах (шардах).

1. Выполнение: Система начинает получать результаты пакетами. С каждым пакетом приходит Restart Token.
2. Сбой: Во время выполнения один из 50 серверов перезагружается из-за аппаратной ошибки.
3. Восстановление (Без патента): Весь запрос, возможно, пришлось бы перезапустить с нуля, тратя ресурсы всех 50 серверов заново.
4. Восстановление (С патентом): Система координации использует информацию из последнего Restart Token, чтобы переназначить работу вышедшего из строя сервера другому узлу. Новый узел точно знает, с какого места продолжить, и выполняет только оставшуюся часть работы. Запрос завершается с минимальной задержкой и без дублирования данных.

Вопросы и ответы