В современной технологии АРМ объединены в локальную сеть. АРМ - клиент выдает запросы на выборку и обновление данных, а СУБД исполняет их. Запросы клиента в соответствии с требованиями задачи сгруппированы в логические единицы работы (транзакции). Если все операции с базой данных, содержащиеся внутри транзакции, выполнены удачно, транзакция в целом также выполняется успешно (фиксируется). Если хотя бы одна из операций с БД внутри транзакции произведена неудачно, то все изменения в БД, происшедшие к этому моменту из транзакции, отменяются (происходит откат транзакции). Такое функционирование обеспечивает логическую целостность информации в базе данных.
При распределенной обработке изменения, проводимые приложением-клиентом, могут затрагивать более чем один сервер СУБД. Для поддержания целостности и в этом случае необходимо применение того или иного транзакционного механизма, реализуемого системными средствами, а не прикладной программой.
Но основной недостаток систем, построенных на распределенных транзакциях, - высокие требования к надежности и пропускной способности линий связи. Поэтому альтернативой распределенным транзакциям считается репликация (дублирование) данных. В таких системах одна и та же информация хранится в различных узлах. Согласование значений и распространение данных по узлам осуществляется автоматически. В зависимости от условий, специфицированных разработчиком, репликация может производиться либо сразу после наступления некоторого события (скажем, модификации строки таблицы), либо через заранее заданные интервалы времени (каждую минуту, каждый час и т.д.), либо в определенный момент времени (например, ночью, когда загрузка и стоимость линий связи минимальная). Если узел, в который выполняется репликация, в данный момент недоступен, информация об этом сохраняется в вызывающем узле, и репликация осуществляется после восстановления связи. Более того, гарантируется сохранение заданного вызывающим узлом порядка ее выполнения.
Транзакция может вносить изменения (то есть добавлять, удалять и изменять записи) в одну или несколько таблиц базы данных. Выбранные для репликации таблицы специальным образом помечаются. Для каждой такой таблицы или группы ее строк, выбранной по заданному условию, определяется один узел (СУБД), в котором данные таблицы являются первичными. Это тот узел, в котором происходит наиболее активное обновление данных. Репликационному серверу, обслуживающему БД с первичными данными, задается описание тиражирования (replication definition). В этом описании, к примеру, могут быть заданы интервалы значений первичного ключа таблицы или какое-нибудь другое условие, при выполнении которого измененные данные будут тиражироваться из этого узла к подписчикам. Если условие не задано, то описание тиражирования действует для всех записей таблицы. Возможность тиражирования группы записей таблицы означает, в частности, что часть записей может быть первичными данными в каком- то одном узле, а еще часть - в других узлах. В одном или нескольких узлах (СУБД), которым нужны измененные данные, в обслуживающем его репликационном сервере создается подписка (subscription) на соответствующее описание тиражирования. Здесь будет поддерживаться (с небольшой задержкой) копия первичных данных.
Современные СУБД используют так называемый системный журнал, в который вносятся записи об изменениях в базе данных и завершении транзакций. Журнал используется сервером БД для отката или прокрутки транзакций после сбоев и для резервного копирования. Измененые данные из журнала передаются репликационному серверу, обслуживающему этот узел. Репликационный сервер в соответствии с описанием тиражирования и подписками отправляет данные в специальном эффективном протоколе по месту назначения, то есть соответствующим репликационным серверам в удаленных узлах.
Именно в этом сечении - между репликационными серверами - связь может быть медленной или недостаточно надежной. Передаваемые данные в составе транзакции при недоступности узла-получателя записываются в стабильные очереди на диске и затем передаются по мере возможности. Данные могут передаваться в удаленный узел по маршруту, содержащему несколько репликационных серверов. В частности, такая возможность лежит в основе построения иерархических систем репликации.
В одной базе данных могут содержаться как первичные данные, так и данные-копии. Приложение-клиент, работающее со своей СУБД, может вносить изменения напрямую (операторами INSERT, DELETE, UPDATE) только в первичные данные. Для изменения копии данных предназначен механизм асинхронного вызова процедур. Для работы этого механизма в нескольких базах данных создаются процедуры с одинаковым именем и параметрами, но, возможно, с различным текстом. В одной базе данных процедура помечается как предназначенная к репликации. Вызов этой процедуры вместе со значениями параметров через журнал и механизм репликации передается к узлам-подписчикам, и в их базах данных вызывается одноименная процедура с теми же значениями параметров.
СУБД, хранящая вторичные данные, может быть любой из ряда доступных через шлюз: будь то Oracle, Informix, DB2, RMS, ISAM и т.п.. СУБД, хранящая первичные данные, требует наличия менеджера журнала транзакций (Log Transfer Manager - LTM). Сейчас разработаны LTM для Sybase SQL Server и Oracle; на очереди другие СУБД. Интерфейс LTM является открытым, и в скором времени, возможно, подобные модули будут созданы для нестандартных источников данных.
Вообще, тиражирование данных может найти самое разнообразное применение:
- для разгрузки сервера, выполняющего активное обновление данных (OLTP) от сложных запросов, связанных с поддержкой принятия решений (decision-support);
- для консолидации данных от подразделений в центре;
- для обмена данными по медленным или ненадежным линиям связи;
- для поддержания резервной базы данных;
-для построения сети равноправных узлов, обменивающихся данными.
Следует подчеркнуть, что репликационный сервер тиражирует транзакции, а не отдельные изменения в базе данных. Метод тиражирования транзакций гарантирует целостность внутри транзакции и, как следствие, невозможность нарушения ссылочной целостности. Схема обновления первичных данных и копий данных исключает возможность возникновения конфликтов; последние могут быть вызваны только неправильным проектированием системы или сбоем.
Большинство производителей современных промышленных СУБД в той или иной мере обеспечивают поддержку распределенной обработки транзакций. Распределенная обработка данных основывается на синхронных или асинхронных механизмах обработки распределенных транзакций. Эти механизмы могут использоваться и совместно. Поскольку каждый механизм обладает своими сильными и слабыми сторонами, выбор его зависит от требований конкретной подзадачи.
Исторически первым появился метод синхронного внесения изменений в несколько БД, называемыйдвухфазной фиксацией (2РС, two- phase commit). Этот механизм реализован сейчас практически всеми производителями СУБД. Суть метода двухфазной фиксации состоит в том, что при завершении транзакции серверы БД, участвующие в ней, получают команду «приготовиться к фиксации транзакции». После получения подтверждений от всех серверов транзакция фиксируется на кадом из них. Таким образом, в любой момент времени обеспечивается целостность данных в распределенной системе. Платой за это являются требование доступности всех участвующих серверов и линий связи во время проведения транзакции, а также невозможность работы приложений-клиентов при недоступности, например, удаленного сервера. Кроме того, необходимо высокое быстродействие линий связи для обеспечения приемлемого времени реакции у приложения-клиента.
В распределенной системе идеальным являлось бы состояние, когда каждая программа-клиент обращается только к тем серверам, которые находятся в пределах ее локальной сети, а передача данных и обеспечение целостности осуществляются системными средствами и не требуют специальных действий со стороны прикладной программы. Такое распределение функций возможно и на практике реализуется с помощью механизма асинхронного тиражирования транзакций.
Синхронное проведение изменений в участвующих в распределенной транзакции базах данных не всегда является необходимым требованием. Рассмотрим, например, случай ввода данных с измерительного оборудований в цехе и последующего анализа этой информации на уровне управления. Здесь очень важно обеспечить достаточно малый (но, возможно, ненулевой) интервал времени между изменениями в исходных данных и в их копии на другом узле системы, где происходит построение отчетов.
Механизм асинхронного тиражирования транзакций (репликации) гарантирует доставку измененных данных на вторичные серверы непосредственно после завершения транзакции, если сервер доступен, или же тотчас после подключения сервера к сети. Такой способ предполагает хранение дублирующей информации в различных узлах сети и по сравнению с другими подходами к репликации существенно разгружает трафик сети, минимизирует время отклика системы, а также позволяет оптимизировать нагрузку на серверы.
В зависимости от условий, специфицированных разработчиком, репликация может производиться либо сразу после наступления некоторого события (скажем, модификации строки таблицы), либо через заранее заданные интервалы времени (каждую минуту, каждый час и т.д.), либо в определенный момент времени (например, ночью, когда загрузка и стоимость линий связи минимальная). Если узел, в который выполняется репликация, в данный момент недоступен, информация об этом сохраняется в вызывающем узле, и репликация осуществляется после восстановления связи. Более того, гарантируется сохранение заданного вызывающим узлом порядка ее выполнения.