Архитектура разработка распределенных СУБД

РЕФЕРАТ

"Архитектура разработка распределенных СУБД"

Работу выполнил:

Кравцов И.С. В8-28Б

Введение

База данных – представленная в объективной форме совокупность самостоятельных материалов(статей, расчетов, нормативных актов, судебных решений и иных подобных материалов), систематизированных таким образом, чтобы эти материалы могли быть найдены и обработаны с помощью электронной вычислительной машины(ЭВМ) (Гражданский кодекс РФ, ст. 1260). Классификация по степени распределённости:

      Централизованная, или сосредоточенная: БД, полностью поддерживаемая на одном компьютере.

      Распределённая (англ. distributed database): БД, составные части которой размещаются в различных узлах компьютерной сети в соответствии с каким-либо критерием.

      Неоднородная (англ. heterogeneous distributed database): фрагменты распределённой БД в разных узлах сети поддерживаются средствами более одной СУБД

      Однородная (англ. homogeneous distributed database): фрагменты распределённой БД в разных узлах сети поддерживаются средствами одной и той же СУБД.

Фрагментированная, или секционированная (англ. partitioned database): методом распределения данных является фрагментирование (партиционирование, секционирование), вертикальное или горизонтальное.

Тиражированная (англ. replicated database): методом распределения данных является тиражирование (репликация).

Распределённые базы данных (РБД) — совокупность логически взаимосвязанных баз данных, распределённых в компьютерной сети.

Основные принципы:

РБД состоит из набора узлов, связанных коммуникационной сетью, в которой:

каждый узел — это полноценная СУБД сама по себе;

узлы взаимодействуют между собой таким образом, что пользователь любого из них может получить доступ к любым данным в сети так, как будто они находятся на его собственном узле.

Каждый узел сам по себе является системой базы данных. Любой пользователь может выполнить операции над данными на своём локальном узле точно так же, как если бы этот узел вовсе не входил в распределённую систему. Распределённую систему баз данных можно рассматривать как партнёрство между отдельными локальными СУБД на отдельных локальных узлах.

Фундаментальный принцип создания распределённых баз данных («правило 0»): Для пользователя распределённая система должна выглядеть так же, как нераспределённая система.

Фундаментальный принцип имеет следствием определённые дополнительные правила или цели. Таких целей всего двенадцать:

Локальная независимость. Узлы в распределённой системе должны быть независимы, или автономны. Локальная независимость означает, что все операции на узле контролируются этим узлом.

Отсутствие опоры на центральный узел. Локальная независимость предполагает, что все узлы в распределённой системе должны рассматриваться как равные. Поэтому не должно быть никаких обращений к «центральному» или «главному» узлу с целью получения некоторого централизованного сервиса.

Непрерывное функционирование. Распределённые системы должны предоставлять более высокую степень надёжности и доступности.

Независимость от расположения. Пользователи не должны знать, где именно данные хранятся физически и должны поступать так, как если бы все данные хранились на их собственном локальном узле.

Независимость от фрагментации. Система поддерживает независимость от фрагментации, если данная переменная-отношение может быть разделена на части или фрагменты при организации её физического хранения. В этом случае данные могут храниться в том месте, где они чаще всего используются, что позволяет достичь локализации большинства операций и уменьшения сетевого трафика.

Независимость от репликации. Система поддерживает репликацию данных, если данная хранимая переменная-отношение — или в общем случае данный фрагмент данной хранимой переменной-отношения — может быть представлена несколькими отдельными копиями или репликами, которые хранятся на нескольких отдельных узлах.

Обработка распределённых запросов. Суть в том, что для запроса может потребоваться обращение к нескольким узлам. В такой системе может быть много возможных способов пересылки данных, позволяющих выполнить рассматриваемый запрос.

Управление распределёнными транзакциями. Существует 2 главных аспекта управления транзакциями: управление восстановлением и управление параллельностью обработки. Что касается управления восстановлением, то чтобы обеспечить атомарность транзакции в распределённой среде, система должна гарантировать, что все множество относящихся к данной транзакции агентов (агент — процесс, который выполняется для данной транзакции на отдельном узле) или зафиксировало свои результаты, или выполнило откат. Что касается управления параллельностью, то оно в большинстве распределённых систем базируется на механизме блокирования, точно так, как и в нераспределённых системах.

Аппаратная независимость. Желательно иметь возможность запускать одну и ту же СУБД на различных аппаратных платформах и, более того, добиться, чтобы различные машины участвовали в работе распределённой системы как равноправные партнёры.

Независимость от операционной системы. Возможность функционирования СУБД под различными операционными системами.

Независимость от сети. Возможность поддерживать много принципиально различных узлов, отличающихся оборудованием и операционными системами, а также ряд типов различных коммуникационных сетей.

Независимость от типа СУБД. Необходимо, чтобы экземпляры СУБД на различных узлах все вместе поддерживали один и тот же интерфейс, и совсем необязательно, чтобы это были копии одной и той же версии СУБД.

Типы распределённых баз данных

Распределённые базы данных

Мультибазы данных с глобальной схемой. Система мультибаз данных — это распределённая система, которая служит внешним интерфейсом для доступа ко множеству локальных СУБД или структурируется, как глобальный уровень над локальными СУБД.

Федеративные базы данных. В отличие от мультибаз не располагают глобальной схемой, к которой обращаются все приложения. Вместо этого поддерживается локальная схема импорта-экспорта данных. На каждом узле поддерживается частичная глобальная схема, описывающая информацию тех удалённых источников, данные с которых необходимы для функционирования.

Мультибазы с общим языком доступа — распределённые среды управления с технологией «клиент-сервер»

1. Модели данных, поддерживаемые СУБД. Концепция и разработка распределенных СУБД

1.1             Основные концепции распределенных СУБД. Распределенные СУБД: достоинства и недостатки

Системы управления базами данных (СУБД) стали сегодня общепризнанным инструментом создания прикладных программных систем. Эти инструментальные средства постоянно совершенствуются и фирмы-разработчики СУБД внимательно следят за успехами своих конкурентов, пытаясь оперативно включить в свои пакеты новые функции, реализованные у конкурентов. Правда внутренняя архитектура СУБД не всегда позволяет сделать это удачно.

Одной из наиболее интересных новых возможностей современных мощных коммерческих СУБД является поддержка распределенных баз данных. Распределенные базы данных реализуются в локальной или глобальной компьютерной сети. При этом части одной логической базы данных располагаются в разных узлах сети, возможно на разнотипных компьютерах с различными операционными системами. Даже данные одной таблицы реляционной СУБД могут физически храниться в разных узлах сети, размещенных, например, в разных городах страны. Причем пользователи любого узла такой распределенной СУБД имеют доступ к данным всех остальных узлов. Такое распределение данных позволяет, например, хранить в узле сети те данные, которые наиболее часто используются в этом узле. Такой подход облегчает и ускоряет работу с этими данными и оставляет возможность работать с остальными данными БД, хотя для доступа к ним требуется потратить некоторое время на передачу данных по сети.

Основной особенностью распределенной базы данных является ее "прозрачность" для пользователей и разработчиков приложений. Т.е. пользователи и разработчики представляют распределенную БД в виде некоторой единой логической локальной БД, не задумываясь о физическом расположении ее компонент. Все приложения создаются так, как будто бы они работают с этой единой логической локальной БД. Отладка приложений также может выполняться на локальной БД.

Перенесение частей этой локальной БД в различные узлы сети может выполняться в более позднее время администратором БД и оно не влечет за собой изменения приложений. Более того, пользователи и разработчики приложений могут даже не знать о том, где теперь физически размещены данные, с которыми они работают. Поиск и пересылку удаленных данных автоматически выполняют программные средства СУБД.

Конечно для того, чтобы реализовать такой простой для конечного пользователя и разработчика механизм представления распределенной БД, необходимо решить множество проблем. Наиболее очевидные из них связаны с обеспечением целостности и непротиворечивости данных распределенной БД, реализацией механизма поддержки "прозрачности" распределенной БД, реализацией единого механизма работы с частями БД, находящимися в СУБД различного типа и расположенными на разнотипных компьютерах с различными операционными системами, обеспечением приемлемого быстродействия прикладной системы и т.д.

Сегодня многие фирмы - разработчики СУБД заявляют о том, что они поддерживают работу с распределенными БД, однако при ближайшем рассмотрении в большинстве случаев эти заявления оказываются несколько преувеличенными. Специалисты в области СУБД считают, что только несколько пакетов СУБД позволяют в некоторой степени реализовать распределенную базу данных.

По определению, распределенная база данных (DDB - distributed database) - это совокупность множества взаимосвязанных баз данных, распределенных в компьютерной сети [6, c.20].

К сожалению на сегодняшний день ни одна СУБД полностью не реализует это определение.

Наиболее близко к его реализации подошли следующие СУБД:

- Informix On-Line фирмы Informix Software;

- Ingres Intelligent Database фирмы Ingres Corp;

- Oracle (version 7) фирмы Oracle Corp;

- Sybase System 10 фирмы Sybase Inc.

Хотя ни одна из этих 4 СУБД полностью не реализует все функции распределенной СУБД, однако каждая из них реализует или в скором времени будет реализовывать поддержку работы с распределенной БД.

Система управления распределенной базой данных определяется как программная система, которая позволяет управлять базой данных таким образом, чтобы ее распределенность была прозрачна для пользователей [6, c.21]. В этом определении следует уточнить два отличительных условия. Первое заключается в том, что система состоит из (возможно, пустого) множества узлов приема запросов (query site) и непустого множества узлов данных (data site). Узлы данных обладают средствами для хранения данных, а узлы приема запросов - нет; на них лишь выполняются программы, реализующие пользовательский интерфейс для доступа к данным, хранящимся в узлах данных. Второе условие заключается в том, что узлы логически представляют собой независимые компьютеры, на которых установлены собственные операционные системы (может быть, одинаковые на всех узлах, а возможно, и разные) и могут выполняться независимые приложения. Т. е. узлы - это компьютеры, связанные сетью, а не процессоры, составляющие многопроцессорную конфигурацию. Важнейший отличительный признак - слабосвязанный характер среды, где каждый узел имеет собственную операционную систему и функционирует независимо.

База данных физически распределяется по узлам данных при помощи фрагментации и репликации, или тиражирования, данных. Отношения, принадлежащие реляционной базе данных, могут быть фрагментированы на горизонтальные или вертикальные разделы. Горизонтальная фрагментация реализуется при помощи операции селекции, которая направляет каждый кортеж отношения в один из разделов, руководствуясь предикатом фрагментации. Например, для отношения Employee (Сотрудник) возможна фрагментация в соответствии с территориальным распределением рабочих мест сотрудников. При вертикальной фрагментации отношение делится на разделы при помощи операции проекции. Например, один раздел отношения Employee может содержать поля Номер_сотрудника, ФИО_сотрудника, Адрес_сотрудника, а другой - поля Номер_сотрудника, Оклад, Руководитель. За счет фрагментации данные приближаются к месту их наиболее интенсивного использования, что потенциально снижает затраты на пересылки; уменьшаются также размеры отношений, участвующих в пользовательских запросах.

Фрагменты данных могут также тиражироваться с учетом спроса на доступ к ним. Это полезно, если доступ к одним и тем же данным нужен из приложений, выполняющихся на разных узлах. В таком случае, с точки зрения экономии затрат, более эффективно будет поддерживать копии данных на всех узлах, чем непрерывно пересылать данные между узлами.

Распределенные системы баз данных имеют дополнительные преимущества перед традиционными централизованными системами баз данных. К сожалению, эта технология не лишена и некоторых недостатков. Ниже описаны как преимущества, так и недостатки, свойственные распределенным СУБД [4, c.820].

К преимуществам распределенных систем баз данных относятся:

      Отражение структуры организации

      Высокая степень разделяемости и локальной автономности

      Повышение доступности данных

      Повышение надежности

      Повышение производительности

      Экономические выгоды

      Модульность системы

К недостаткам распределенных систем баз данных относятся:

      Повышение сложности

      Увеличение стоимости

      Проблемы защиты

      Усложнение контроля за целостностью данных

      Отсутствие стандартов

      Недостаток опыта

      Усложнение процедуры разработки базы данных

1.2 Проблемы, связанные с распределением данных. Поддержка соответствия базы данных вносимым изменениям. Доступ к общим данным