DESIGN AND MODELING

Evolution of data schemas without downtime: a compatibility model and database migration practices (expand–contract, dual write)

Authors

  • Dmitry V. Nalimov Far Eastern Federal University, 690922, Vladivostok, Russky Island, Ajax Bay, 10
  • Bogdan D. Terekhin Far Eastern Federal University, 690922, Vladivostok, Russky Island, Ajax Bay, 10
  • Vadim S. Yashin Far Eastern Federal University, 690922, Vladivostok, Russky Island, Ajax Bay, 10

How to cite

GOST Nalimov D. V., Terekhin B. D., Yashin V. S. Evolution of data schemas without downtime: a compatibility model and database migration practices (expand–contract, dual write) // STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY. 2025. Vol. 69. No. 12. P. 88-96.
APA Nalimov, D. V., Terekhin, B. D. & Yashin, V. S. (2025). Evolution of data schemas without downtime: a compatibility model and database migration practices (expand–contract, dual write). STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY, 69(12), 88-96.

Abstract

The article examines the evolution of data schemas in relational and NoSQL stores under requirements of continuous service availability typical for distributed high-load systems. It is shown that database inertia, the need for strong consistency, and the simultaneous coexistence of multiple versions of applications and schemas during a transition period impose constraints on the use of blocking DDL operations and increase the importance of forward and backward compatibility models. Based on controlled migrations in PostgreSQL 13–15 and MySQL 8.0 with profiling of latency (p95/p99), TPS, CPU load, IOPS, and logging volume, differences are demonstrated between standard and online changes, external shadow-copying tools, and the expand–contract approach. Quantitative results show that expand–contract virtually eliminates blocking when adding columns compared to standard DDL, whereas copying techniques reduce blocking at the cost of a sharp increase in disk activity. The costs of dual writes are analyzed separately: a synchronous scheme leads to a noticeable decrease in throughput and an increase in latency, while an asynchronous scheme results in less degradation but introduces a measurable risk of inconsistency that requires compensatory procedures. A significant contribution is the comparison of rollback scenarios: evolutionary practices provide almost instantaneous recovery and minimization of lost requests, in contrast to classical migrations. The material makes it possible to assess the relevance of the proposed compatibility model for infrastructure capacity planning and for selecting a migration strategy depending on the load profile and acceptable consistency risks.

Keywords

data schema evolution database migrations expand–contract dual write schema compatibility

References

Антонов И. Конвертация: правильная миграция данных в 1С // Системный администратор. 2015. № 4 (149). С. 38-45.

Верняев И.И., Панкратов В.Б., Чугунов А.В. Распределенный межрегиональный электронный архив полевых этнографических данных // Научный сервис в сети Интернет: труды Всероссийской научной конференции. Москва: МГУ, 2003. С. 290-294.

Гнатюк В.И., Кивчун О.Р., Луценко Д.В., Шпилевой А.А. 14.3. Моделирование фактора цикличности в генерируемых данных // Информационно-аналитический комплекс эффективного управления электропотреблением регионального электротехнического комплекса. Калининград, 2019. С. 168-171.

Грушицын А.С. Создание трассы при миграции базы данных // Системные технологии. 2016. № 4 (21). С. 51-55.

Дикки Д. Cosa Nostra: история сицилийской мафии. 2-е изд., доп. Москва: Эксмо, 2007. 528 с.

Ельчинова Г.И. Методы обработки популяционно-генетических данных: структура брачных миграций // Медицинская генетика. 2004. Т. 3. № 4. С. 185-192.

Клупт М.А. 2.1. Данные о международной миграции в Россию: проблемы согласованности и достоверности // Управление данными в экономике / Д.К. Батырова, М.В. Боченина, М.П. Декина и др. Санкт-Петербург: СПбГЭУ, 2020. С. 79-95.

Королев И.Д., Литвинов Е.С., Крюков Д.М., Захарченко Р.И., Костров С.О. Способ проведения миграции и репликации данных с использованием технологии защищенного доступа к базе данных. Патент RU 2745679 C1, 30.03.2021. 28 с.

Костюкова А.П. 7. Ограничения целостности в расширенной реляционной модели данных // Базы данных: общий курс. Москва, 2018. С. 72-79.

Осипов П.А., Карякин А.Л., Носырев М.Б. 1.2. Создание реляционной базы данных на компьютере // Реляционные базы данных. Екатеринбург: Уральский государственный горный университет, 2016. С. 28-30.

Осипов П.А., Карякин А.Л., Носырев М.Б. 1.2.2. Запросы на выборку данных // Реляционные базы данных. Екатеринбург: Уральский государственный горный университет, 2016. С. 37-44.

Полтавцева М.А. Программные реализации схем представления структурированных данных в реляционной базе данных // Программные продукты и системы. 2008. № 1. С. 20-22.

Попов П.В. База данных // Российская энциклопедия социальной работы. Москва, 2016. С. 70-72.

Сафиуллин А.А. 2.4. Методы статистической обработки данных // Эпидемиологические аспекты основных стоматологических заболеваний в Челябинской области. Москва, 2016. С. 37-38.

Строев П.В., Шманев С.В., Симагин Ю.А. и др. Глава 2. Информационно-логическая модель базы данных для GIS мониторинга пространственного развития России с учетом миграционных процессов // Мониторинг пространственного развития России с учетом миграционных процессов: использование GIS-технологий. Орел, 2017. С. 41-76.

Metrics

350 views
0 downloads
Want to publish with us?
Submit an article

Machine-readable metadata

Similar Articles

1 2 3 4 5 > >> 

You may also start an advanced similarity search for this article.

Most read articles by the same author(s)