Распределённые базы данных (стр. 5 из 7)

Рис. 1 Горизонтальная фрагментация

Рис. 2 Пример горизонтальной фрагментации

При вертикальной фрагментации отношение делится на разделы при помощи операции проекции. Например, один раздел отношения Employee может содержать поля Номер_сотрудника (emp_id), ФИО_сотрудника (emp_name), Адрес_сотрудника (emp_adress), а другой – поля Номер_сотрудника (emp_id), Оклад (salary), Руководитель (emp_chief).

Тогда запрос "получить информацию о заработной плате сотрудников компании" будет выглядеть следующим образом:

SELECT employee.emp_id,

emp_name,

salary

FROM employee@donetsk,

employee@kiev

ORDER BY emp_id

На рисунках 3 и 4 изображены сущность и пример вертикальной фрагментации.

Рис. 3 Вертикальная фрагментация

Рис. 5. Пример вертикальной фрагментации

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. Однако практически добиться ускорения выполнения запросов, затрагивающих фрагментированные отношения, очень трудно. Основная проблема состоит в резком расширении пространства поиска вариантов выполнения запросов, с которым должен работать оптимизатор запросов.

Репликация данных

Второй способ распределения данных – репликация (рис.6). Репликация (или тиражирование) означает создание дубликатов данных. Репликаты – это множество различных физических копий некоторого объекта базы данных (обычно таблицы), для которых поддерживается синхронизация (идентичность) с некоторой "главной" копией.

Рис. 6. Репликация

Теоретически значения всех данных в тиражированных объектах должны автоматически и незамедлительно синхронизироваться друг с другом. (На практике это правило обычно несколько ослабляется.) В некоторых системах копии используются исключительно в режиме чтения и обновляются в соответствии с заданным расписанием. В других средах допускается модификация отдельных значений в копиях, и эти изменения распространяются в соответствии с процедурами планирования и координации. На рисунках 7, 8, 9 показаны различные модели тиражирования.

При репликации фрагменты данных тиражируются 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.

Рис. 7. Одновременное обновление (с управлением параллелизмом)

Рис. 8 Распространенные обновления

Основной проблемой репликации данных является то, что обновление любого логического объекта должно распространяться на все хранимые копии этого объекта. Трудности возникают из-за того, что некоторый узел, содержащий данный объект, может быть недоступен (например, из-за краха системы или данного узла) именно в момент обновления. В таком случае очевидная стратегия немедленного распространения обновлений на все копии может оказаться неприемлемой, поскольку предполагается, что обновление (а значит и исполнение транзакции) будет провалено, если одна из копий будет недоступна в текущий момент.

Рис. 9. Запланированная синхронизация дубликатов только для чтения

В современных СУБД функции репликации выполняет, как правило, специальный модуль – сервер тиражирования данных, называемый репликатором (так устроены СУБД CA – OpenIngress и Sybase). В Informix-OnLine Dynamic Server репликатор встроен в сервер, вOracle для использования репликации необходимо приобрести дополнительную опцию Replication Option.

Спецификация механизмов репликации зависит от используемой СУБД. Простейший вариант – использование “моментальных снимков” (snapshot).

Каталог распределенной системы

Важным компонентом структуры логического уровня РБД является сетевой каталог, который обеспечивает эффективное выполнение основных функций управления РБД и содержит всю информацию, необходимую для обеспечения независимости размещения, фрагментации и репликации. Существует несколько вариантов хранения системного каталога. Ниже перечислены некоторые из этих вариантов.

1.Централизированный каталог. Весь каталог храниться в одном м месте, т.е. на центральном узле.

2. Полностью реплицированный каталог. Весь каталог полностью хранится на каждом узле.

3. Секционированный каталог. На каждом узле содержится его с собственный каталог для объектов, хранимых на этом узле. Общий каталог я является объединением всех разъединенных локальных каталогов.

4. Комбинация первого и третьего вариантов. На каждом узле с содержится его собственный каталог (как в п.3), кроме того, на одном центральном узле хранится унифицированная копия всех этих локальных каталогов (как в п.1).

Для каждого подхода характерны определенные недостатки и проблемы. В первом подходе, очевидно, не достигается "независимость от центрального узла". Во втором утрачивается автономность функционирования, поскольку при обновлении каждого каталога это обновление придется распространять на каждый узел. В третьем выполнение не локальных операций становится весьма дорогостоящим (для поиска удаленного объекта потребуется в среднем осуществить доступ к половине имеющихся узлов). Четвертый подход более эффективен, чем третий (для поиска удаленного объекта потребуется осуществить доступ только к одному удаленному каталогу), но в нем снова не достигается "независимость от центрального узла".

5 Internet/Intranet технологии

Использование Internet/Intranet технологий при создании информационных ресурсов и построении информационных систем различного назначения в последнее время стало доминирующим в мировом информационном пространстве по следующим причинам. Эти технологии [2]:

Позволяют организовать с достаточной простотой для пользователя системы поиска нужной информации.

Предъявляют минимальные требования как с технической стороны так и со стороны программного обеспечения к рабочему месту клиента (клиент работает со стандартным программным обеспечением и единственным требованием является поддержка работы WWW просмотрщика -- браузера одной из последних версий1).

Поддерживают распределенные системы хранения информации и множественные методы ее хранения.

Поддерживают работу с практически неограниченным объемом разноплановых данных (текст, графика, изображение, звук, видео, векторные карты и др.).

Предоставляют технологически простой способ администрирования информационных систем с одного рабочего места.

Поддерживают удаленные методы редактирования и пополнения информации.

Рис 10. Взаимодействие с БД через Интернет

Основой построения информационных систем с использованием Intranet технологии является организация системы доступа к информации через WWW сервис Internet. Internet технология позволяет оперативно управлять и актуализировать информацию, хранящуюся в базах данных через просмотрщик (браузер) WWW страниц (рис.10).

Основной принцип, заложенный в Intranet технологию создания информационных ресурсов и построения информационных систем, заключается в разделении вычислительных ресурсов как между многочисленными серверами, расположенными в различных концах сети, так и между серверами и клиентами (компьютер на котором работает конечный пользователь). Реализация этого принципа основана на использовании либо HTTP-SQL (формирование SQL запросов к БД с WWW сервера), либо API (организация динамических приложений на стороне сервера), либо Java (JDBC - организация динамических приложений на стороне клиента) интерфейсов для формирования запросов пользователя к базам данных или к другим информационным источникам на получение и обработку информации.

Internet технология позволяет удачно сочетать возможности гипертекстового оформления информации c использованием возможностей современных СУБД. Причем со стороны клиента полностью унифицируются запросы на поиск и представление информации, а также получение аналитических справок и данных из информационных систем.

Вместе с тем рассматриваемые технологии позволяют использовать в сетевом режиме уже имеющиеся базы данных, не затрачивая при этом средства на их унификацию и приведение к единому стандарту. Основные затраты здесь направлены только на соответствующие описания баз данных и запросов для HTTP-SQL интерфейса или для сервера обработки транзакций, при этом базы данных могут находится на различных машинах, расположенных на произвольном расстоянии друг от друга. Использование данной технологии позволяет решать весь спектр задач, присущий информационной системе, включая удаленный ввод и редактирование данных.

Математическое обеспечение для организации HTTP-SQL интерфейса является свободно распространяемым как для MS Windows NT систем, так и для некоммерческих UNIX платформ. СУБД можно использовать либо имеющиеся в наличии, либо приобретать сетевые (например, Informix, Oracle, MS SQL).