西南证券:2022年数据库专题报告


1 数据库——信息化时代的基石产品

1.1 数据库简介

数据库(Database):数据库是通过数据管理系统(DBMS)按照特定的数据结构,对数据进行组织、存储及管理的仓库。通 过数据库可以到达数据的统一维护、共享和利用,从而保证数据的完整性、一致性和安全性。

数据库管理系统(DatabaseManagementSystem):数据库管理系统是对数据库进行操作和管理的电脑软件系统,一般具有 存储、截取、安全保障、备份等基础功能。数据库管理系统是数据库系统的核心组成部分,实现数据库对象的创建、数据库存储 数据的查询、添加、修改与删除操作和数据库的用户管理、权限管理等。

数据库系统(DatabaseSystem):由数据库及其管理软件组成的数据处理系统。也是一个为实际可运行的存储、维护和应用 系统提供数据的软件系统,是存储介质、处理对象和管理系统的集合体。一般由数据库、数据库管理系统(DBMS)、应用系统、 数据库管理员和用户构成。DBMS是数据库系统的基础和核心。

1.2 数据库的分类

按数据结构分类

关系型数据库:又称SQL数据库,利用简单的二元关系模型来组织数据的数据库。在关系型数据库中,以行和列的形式存储数据, 以便于用户理解,一系列的行和列被称为表。对数据的操作几乎全部建立在一个或多个关系表格上,通过对这些关联的表格分类、 合并、连接或选取等运算来实现数据库的管理。目前流行的Oracle和MySQL等数据库均为关系型数据库。

非关系型数据库:又称为NoSQL数据库,意味着其将不仅仅限于传统的SQL二元模式,而是进行更广泛的拓展。是对传统关系型数 据库的有效补充。根据具体的存储方式,非关系型数据库可进一步分为键值存储数据库、列存储数据库、面向文档数据库、图形数 据库。

按应用类型分类

OLTP:(On-LineTransactionProcessing,操作型数据库,又称联机事务处理)主要关注一段时间内的实时数据,基本特征是接收 的用户数据可以立即传送到计算中心进行处理,并在很短的时间内给出处理结果,是对用户操作快速响应的方式之一。伴随企业信息 系统大量业务数据的产生,从不同类型的数据中提取出对企业决策分析有用的信息这一需求日渐显现。分析型数据库技术就是在这样 的背景下发展起来的。

OLAP:(On-LineAnalysisProcessing,分析型数据库,又称联机分析处理)主要是分析长期数据的规律走势,多应用于决策。操 作型数据库的优势在于在线实时业务的处理,分析型数据库则擅长复杂的分析操作并给决策提供支持,两者的侧重点不同,因此可以 相互补充。

1.3 数据库的发展历程及趋势

数据库发展的三个阶段

首款企业级数据库产品诞生于上世纪 60 年代,六十余年发展过程中,数据库共经历前关系型、关系型和后关系型三大阶段。

前关系型阶段数据库的数据模型主要基于网状模型和层次模型,代表产品为IDS 和 IMS,该类产品在当时较好地解决了数据集中存 储和共享的问题,但在数据抽象程度和独立性上存在明显不足。

关系型阶段以 IBM公司研究员 E.F.Codd 提出关系模型概念,论述范式理论作为开启标志,期间诞生了一批以DB2、Sybase、 Oracle、SQL Server、MySQL、PostgreSQL 等为代表的广泛应用的关系型数据库,该阶段技术脉络逐步清晰、市场格局趋于稳 定。

谷歌的三篇论文了开启后关系型数据库阶段,该阶段由于数据规模爆炸增长、数据类型不断丰富、数据应用不断深化,技术路线呈 现多样化发展。随着各行业数字化转型不断深入,5G、云计算等新兴技术快速发展,传统数据库的应用系统纷纷优化升级。全球市 场格局剧烈变革,我国数据库产业进入重大发展机遇期。

数据库行业未来发展趋势

趋势一:DBaaS

随着企业业务规模的扩张,数字化转型的推进,其对数据库系统也提出了新的要求:传统建设模式项目周期长,难以匹配业务进度;企 业部署多套数据库系统,缺少统一的管理平台;资源采购和体系规划按现有规模建设,难以随业务的变化而弹性伸缩等。鉴于这些情况, 将IT基础资源以服务化的方式提供给数据库,并以多租户和动态调整来解决成本和响应问题的DBaaS(Database as a Service)模式将 得到进一步的推广。部分对数据自主性和安全性要求较高的大型企业,可以选择以私有云或者专有云的方式进行数据库的云化改造。(报告来源:未来智库)

趋势二:HTAP

HTAP解决了面对海量数据库下的存储与并发处理的扩展性问题,实现在线高 并发OLTP及OLAP海量数据分析。

低成本,底层数据可快速复制,并且同时满足高并发的实时更新。

块连续存储,行存储频繁被修改的热数据,列存储需要查询和分析的冷数 据。大规模多级并行处理能力MPP,以无共享架构集群具备线性扩展能力。

资源隔离,提供AP、TP资源链隔离机制,避免相互影响。

趋势三:开源

从产业发展角度来,开源模式既提高了数据库产品开发的“效率”(避免基础程序重复开发),又有助于产品的技术“创新”(加速灵 感诞生)。尽管从表面上看,企业部署开源并不能获得直接的利益,但在这个过程中,它们却可以布局产品的生态建设(包括人才培养、 市场教育、实践反馈等),从而为自己获得有利的战略地位。在当今移动互联网向产业互联网发展的转折点,开源模式未尝不是各云厂 商、传统厂商、新兴厂商扩展市场的破局之刃。

2 数据库市场增长迅速,国产替代空间大

2.1 全球数据库市场规模 –整体规模

全球数据库进入快速发展期。2019年全球数据库市场规模已达584亿美元,2020年在经营管理信息化、办公模式自动化推动下,市场 规模达到665亿美元。随着未来数据爆发式增长,预计2025年全球大数据储量将达到175ZB,2026年全球大数据储量将达到223ZB。数据大爆发必将促进全球数据库行业的稳健发展,2026年全球数据库行业市场规模有望突破2000亿美元,预计未来五年数据库市场 保持21%左右的复合增速。

关系型数据库盛行,市场集中度较高。数据库市场参与者众多,但市场份额较为集中。2020年全球数据库市场中份额占比超过5%的 厂商包括Microsoft、Oracle、AWS和IBM,市场份额分别为25%、24%、20%和7%,合计市场份额近80%。

2.2 中国数据库市场规模 – 整体规模

未来五年,我国数据库市场空间巨大。据中国信通院测算,2020年全球数据库市场规模为671亿美元,中国数据库市场规模为35亿美 元,约为241亿元人民币,占全球市场规模的5.2%。预计2025年,全球数据库市场规模将达1920亿美元,其中,中国数据库市场规 模将达688亿元人民币,预测期间年复合增长率为23.4%。

关系型数据库仍为主要产品,非关系型数据库发展势头良好。截至2021年6月,我国数据库产品共有134款,其中关系型数据库有81 个,非关系型数据库有54个,分别占总量的60%和40%,我国数据库产品分布呈现以关系型为主,非关系型及混合型为辅状态。非关 系型数据库中,键值型数据库有5个,列存数据库有3个,文档数据库4个,图数据库13个,全文检索数据库1个,在非关系型数据库 中分别占9.3%、5.6%、7.4%、24.1%和1.9%。

2.3 全球数据库竞争格局 – 整体情况

全球数据库市场中,传统数据库三大龙头厂商为 Oracle、IBM和Mircrosoft,云数据库厂商前景广 阔。Oracle是全球最大,应用范围最广的数据库厂商, 稳居行业第一,在中国曾一度占据40%以上的市场份 额。然而随着开源式与分布式数据库不断发展,传统数 据库地位受到冲击。2018年全球数据库市场规模为493 亿美元,同比增长18.4%,其中云数据库市场规模为 111亿美元,占全球数据库市场的22.6%。在此背景 下,以AWS为首的云数据库厂商发展迅猛,2018年全 球数据库规模排名中,Oracle稳居第一,Microsoft位 居第二,AWS首次登上前三名。其中中国云数据库厂 商也表现良好,阿里巴巴位居第九,华为位列第十一, 腾讯位列第十三,全球数据库市场在云计算迅猛发展的 背景下,竞争格局正迎来局面重塑,优秀厂商有机会实 现弯道超车。

2.4 中国数据库竞争格局 – 整体情况

国产数据库厂商市场份额逐年提升。在政策推动下,国内企业陆续进行数据库国产化替代,此外,国产数据库厂商技术日趋成熟,推 动国产数据库厂商市场份额逐渐增加。国产传统数据库阵营中,武汉达梦、人大金仓、南大通用与神舟通用为行业代表,在党政军领 域均有良好表现,同时也向能源电力、电信、交通、金融等行业快速拓展。除传统数据库外,初创厂商、云厂商、ICT厂商等厂商也 处于快速成长期。相比之下,国外数据库厂商虽然仍占据较高市占率,但其市场份额正逐渐被国产数据库厂商侵蚀。

我国公有云数据库过去三年增长迅速,未来有一定渗透空间。我国公有云部署模式数据库市场份额逐年提升,2020年占据32.7%的市 场份额,预计2025年公有云市占率将达47.2%,未来公有云增速会略有放缓,但发展空间仍旧广阔。现阶段云数据库主要应用于互联 网行业以及传统行业场景,随着未来厂商的不断创新,云数据库将应用于更多行业,进一步推动了云数据库的发展。

3 数据库行业思考及考量因素

3.1 数据库行业思考——为什么去IOE很难?

什么是IOE?I是以IBM p系列为代表的小型机,操 作系统为AIX,O是以Oracle代表的数据库,E是以 EMC为代表的中高端集中式存储。IOE最大特点就是 将一切数据集中在单一数据库中,依托高端设备来拓 展,用以增强处理能力。其增强拓展性的途径为向上 拓展,通过增加内存容量、磁盘规格、CPU数量等途 径来提高计算能力,在大数据时代提升成本很大。

“去IOE”的含义:(1)“去I”是指去除小型机设 备和集中式技术架构,改用X86平台和分布式架构;(2)“去O”是指去除以Oracle甲骨文代表的商业 数据库,替代为以MySQL为代表的开源数据库;(3)“去E”是指不再使用以EMC易安信为代表的 集中式存储,改用X86服务器本地存储或开放通用的 存储。相较于传统IOE的数据库架构,去IOE能大幅 节省商业授权的成本,且X86架构PC服务器的功耗 小于小型机,有助于节能减排。去IOE最大的改变是 由原先的集中式变为分布式,这使数据库平台稳定性 大幅提升,部署更加灵活,大范围推广能显著减少运 营维护成本。

“去IOE”的趋势:当前信息安全问题已经上升到国家安全的高度。如果国家 的机密数据、战略资源、商业敏感数据等信息经由国外软件一览无余,那么 国家的利益和地位将受到严重的影响。因此,建立自主可控的信息安全体系 势在必行,信息产品、设备的采购应当尽量采购国产软件、设备。棱镜门的 发酵使信息安全受到普遍关注,加上国内IT厂商急需破除国外IT巨头的垄断获 得自己的市场空间,今年以来IT系统“去IOE”和国产化替代进入加速期。“ 去IOE”并不是简单地弃用国外设备,而是在同等可替代条件下,优先选用国 产设备和服务,从而促进国内IT产业的发展。

为什么去IOE很难?

1. 成本并不低。去IOE所投入的成本并不低于购买昂贵的IOE 2. 互联网和银行在it建设上的最大区别不是技术能力和人才数 量,而是开始建设的时间点和需求不同。银行开始进行it建 设的时候,有钱、有准确的业务需求、业务形式变化慢。当 时市面上可以选择的产品较少,只有IBM的大型机和Oracle 数据库。互联网企业开始it建设的时候,没钱、没有准确的 业务需求、业务形式变化很快。而当时市面上的产品很多, 因而选择了开源产品来进行二次开发。3. IOE象征着稳定和规避风险,做这么大的调整,没有人愿意 承担责任。4. 软硬件采购背后各种利益关系。5. 技术人员匮乏。对国企的业务系统和非IOE技术都精通的人 才在国企、银行中很匮乏。6. 国货实力还有待考验,涉及数据机密,不敢重用BAT的产品。

3.2 数据库行业思考——Oracle为何这么成功?

(1)Oracle 占据先发优势,客户粘性强

成功秘诀: Oracle起步时间早,已多年占领数据库领先地位。通过梳理全球数据库巨头企业的起步时间,我们发现Oracle起步时间最早,在 1978年就率先发布了Oracle数据库的第一个版本Oracle1。在随后的十几年中,其他厂商才陆续推出自己的第一款数据库产品。由 于起步时间早,Oracle获得了大量的时间进行产品优化和抢占市场份额。根据Gartner的数据,早在2004年,Oracle在全球数据库 市场中就已经以62.34亿美元占据了48.9%的市场份额。第二名IBM仅为Oracle的一半,而这样的市场格局一直持续到了今天。

( 2) Oracle顺应时代潮流更替,产品不断更新迭代

成功秘诀: Oracle团队商业嗅觉敏锐,能准确抓住 时代热点,并不断改良打磨产品。Oracle的领导团队拥有极强的商业嗅 觉,当初仅仅凭借一篇IBM的论文,根据 市场需求就能创立Oracle。Oracle成立 以来的四十多年中,IT架构、终端设备形 态在不断的推陈出新,Oracle大致经历 了小型机与大型机、客户机与服务器、互 联网架构、云数据库与大数据四个时代。可是不管时代潮流如何变化,Oracle总 是能够紧紧跟上时代的热点,然后通过不 断的改良优化产品,调整市场策略,以适 应时代的快速发展。

( 3) Oracle通过不断的收购合并,完善产业布局

成功秘诀:大量的收购兼并,形成商业闭环

作用1:Oracle产品种类繁多,功能完善得益于大量的收购合并

通过将全球计算机软硬件巨头企业进行比较,Oracle的产品线布局明显比其他几家厂商广泛不少。而Oracle如此完备的产品布局 得益于它不断的收购合并相关公司。同时,Oracle的产品在OLTP和OLAP中也都有布局,且功能十分强大。OLTP主要是指能执 行基本日常的事务处理(数据库记录的增删查改)的数据库类型。OLAP是指能支持复杂的分析操作,并且提供直观易懂的查询 结果的数据库。典型的应用就是复杂的动态报表系统。

作用2:Oracle通过大量的收购合并不断在数据库上下游布局,形成完整的商业生态圈

在数据库软件产业链中,上游多是以服务器厂商、芯片厂商组成的网络和硬件厂商;中游由数据库、操作系统和中间 件等基础软件厂商组成;下游主要是各行业的应用开发商。Oracle在数据库软件的上下游均有布局,影响力非常大。同时,因为他已经形成了一个属于自己的完整的生态圈,所以即使在某一个节点出现了策略失误,竞争对手也很难趁 虚而入(突破整个生态体系需要大量的时间与财力)。

4 数据库厂商梳理

4.1 国外数据库厂商—Oracle

公司简介

数据库作为计算机架构中的核心部署,发展到今天已 经有50年历史了。数据库产品发展至今,中间经历了 计算架构和计算载体的各种变化,但是数据库的重要 地位一直没有改变。同时,在数据库软件行业中, Oracle的领导地位也从未发生变化。Oracle公司(甲骨文)成立于1977年,总部位于美国 加州Redwood shore,是全球最大的信息管理软件 及服务供应商。Oracle由Larry Ellison、Bob Miner和 Ed Oates于1977年6月创立,已经有四十多年历史了 ,期间Oracle数据库也前后更迭了十几个版本。四十 年的漫长岁月中,Oracle经历过辉煌也体验过低谷, 但是最终通过持久的创新与灵活的商业策略在市场上 存活了下来,并在2013年成功超越了IBM,成为了仅 次于微软的全球第二大软件巨头。

数据库产品体系

Oracle数据库产品为客户提供经过成本优化的 高性能Oracle数据库、先进的融合多模型数据 库管理系统以及内存中数据库、NoSQL数据库 和MySQL数据库。客户可以在本地部署环境 中通过Oracle公有云本地化解决方案使用 Oracle自治数据库,也可以在Oracle云基础设 施中使用Oracle自治数据库,从而简化关系数 据库环境并减少管理工作量。(报告来源:未来智库)

4.2 国外数据库厂商—IBM

公司简介

IBM公司成立于1911年,是全球最大的信息技术和业务解 决方案公司。其主营业务部门包括全球技术服务部(GTS) ,全球商务服务部(GBS),系统与技术部,软件部和全球 金融部。作为关系数据库领域的开拓者和领航人,IBM 公司的研究员 E.F.Codd 发表了业界第一篇关于关系数据库理论的论文”A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks” ,首次提出了关系模型的概念。

IBM在1973年完成了 System R系统的原型,1980年开始提供集成的数据库服务 器——System/38,随后是SQL/DS for VSE和VM,其初始 版本与System R研究原型密切相关。DB2 for MVSV1在 1983年推出。该版本的目标是提供这一新方案所承诺的简单 性,数据不相关性和用户生产率。1988年DB2 for MVS提 供了强大的在线事务处理(OLTP)支持,1989年和1993年 分别以远程工作单元和分布式工作单元实现了分布式数据库 支持。DB2 Universal Database 6.1则是通用数据库的典 范,是第一个具备网上功能的多媒体关系数据库管理系统, 支持包括Linux在内的一系列平台。

数据库产品体系

BM Db2是一个数据管理产品系列,包括Db2关 系数据库。Db2结合AI,并基于Red Hat Openshift构建的集成式多云数据平台,可帮助用 户跨本地和多云环境实现结构化数据和非结构化 数据管理现代化。同时提供优化的性能,可用性 ,更高的生产力,并降低成本保持安全性,完整 性和用户数据的私密性。它的设计在Microsoft Windows,UNIX和Linux操作系统上运行。

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