Курсовая работа: Механизмы репликаций в распределенных базах
· многонаправленная репликация с гарантированной доставкой информации, т.е. сервер публикации должен рассылать информацию нескольким серверам подписки;
· сервер подписки может принимать информацию от нескольких серверов публикации;
· система репликации может представлять сложную паутину, в которой отдельные сервера репликации, совмещая функции сервера подписки и сервера публикации, выполняют функцию сервера пересылки информации;
· наглядный визуальный контроль функционирования сервера репликации как в режиме публикации, так и в режиме подписки;
· репликация информации таблиц, структура которых включает поля BLOB (binary large object) и поля, допускающие значение NULL;
· кодирование реплицируемой информации.
Сервер репликации удовлетворяет не только этим требованиям, но и имеет еще ряд дополнительных функций, которые позволяют наглядно контролировать процесс репликации, устанавливать и контролировать параметры канала соединения с удаленными серверами, выполнять экспортно/импортные операции для доставки информации на жестких носителях и загрузки ее в сервер подписки при отсутствии канала связи.
Сервер лицензии, входящий в комплектацию сервера репликации, обеспечивает дополнительную защиту реплицируемой информации. Система репликации замкнутая, и сервер лицензии не позволяет серверу подписки подключиться к серверу публикации другой информационной системы, а также отказывает в доступе серверам публикации других информационных систем.
В случае синхронной репликации, если данная реплика обновляется, все другие реплики того же фрагмента данных также должны быть обновлены в одной и той же репликации. Логически это означает, что существует лишь одна версия данных.
В большинстве продуктов синхронная репликация реализуется с помощью триггерных процедур (возможно, скрытых и управляемых системой). Но синхронная репликация имеет тот недостаток, что она создаёт дополнительную нагрузку при выполнении всех транзакций, в которых обновляются какие-либо реплики (кроме того, могут возникать проблемы, связанные с доступностью данных).
В случае асинхронной репликации обновление одной реплики распространяется на другие спустя некоторое время, а не в той же транзакции. Таким образом, при асинхронной репликации вводится задержка, или время ожидания, в течение которого отдельные реплики могут быть фактически неидентичными (то есть определение реплика оказывается не совсем подходящим, поскольку мы не имеем дело с точными и своевременно созданными копиями).
В большинстве продуктов асинхронная репликация реализуется посредством чтения журнала транзакций или постоянной очереди тех обновлений, которые подлежат распространению. Преимущество асинхронной репликации состоит в том, что дополнительные издержки репликации не связаны с транзакциями обновлений, которые могут иметь важное значение для функционирования всего предприятия и предъявлять высокие требования к производительности.
2.7 Основные принципы, правила построения и функционирования РБД
РБД состоит из набора узлов, связанных коммуникационной сетью, основной задачей которой является передача данных без ошибок и искажения. Коммуникационная сеть является ядром информационной сети, обеспечивающим передачу и некоторые виды обработки данных.
Коммуникационной сети присущи следующие свойства:
1. каждый узел-это полноценная СУБД сама по себе;
2. 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 СУБД. 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.
Дадим следующее определение: распределенная база данных- это набор файлов (отношений), хранящихся в разных узлах информационной сети и логически связанных таким образом, чтобы составлять единую совокупность данных (связь может быть функциональной или через копии одного и того же файла).
Распределенная база данных предполагает хранение и выполнение функций управления данными в нескольких узлах и передачу данных между этими узлами в процессе выполнения запросов. Разбиение данных в распределенной базе данных может достигаться путем хранения различных таблиц на разных компьютерах или даже хранения разных частей и фрагментов одной таблицы на разных компьютерах. Для пользователя (или прикладной программы) не должно иметь значения, каким образом распределены данные между компьютерами. Работать с распределенной базой данных, если она действительно распределенная, следует так же, как и с централизованной, т. е. размещение базы данных должно быть прозрачно.
Несмотря на то, что распределенная база данных состоит из нескольких локальных баз данных, у пользователя должна сохраняться иллюзия работы с централизованной базой данных, что вызывает потребность в использовании некоторого общего представления о данных -- глобальной концептуальной схемы. Определение данных в такой концептуальной схеме должно быть аналогичным определению в централизованной базе данных.
Отличия начинаются, когда требуется хранить данные в нескольких узлах. Чтобы произвести разбиение данных, нужно секционировать таблицы глобальной схемы на фрагменты. Существует два типа секционирования: горизонтальное и вертикальное. При секционировании таблицы по строкам выполняется горизонтальное секционирование, при разбиении по столбцам вертикальное.
Таким образом, архитектура распределенной СУБД должна содержать информацию о секционировании исходных таблиц базы данных, что предполагает создание дополнительного уровня - фрагментного.
Самый высший уровень архитектуры распределенной СУБД - это интерфейс прикладной программы и интерфейс процессора запросов.
Взгляд на базу данных отдельных пользователей представлен в архитектуре отдельным 1-м уровнем, что аналогично внешнему уровню в классической архитектуре СУБД.
Для реализации и объяснения распределенной природы базы данных выделяются два уровня: фрагментный и уровень распределенного представления. Последний показывает географическое распределение данных по рабочим станциям, расположение экземпляра каждого фрагмента.
1-4 уровни архитектуры распределенной СУБД относятся к сетевой СУБД.
Однако выделяют еще локальные СУБД, где определяют представление данных на каждой рабочей станции.
Каждый уровень поддерживает различные представления базы данных; каждый уровень взаимодействует только со смежными уровнями представления.
Для управления распределенной базой данных создается программный комплекс - система управления распределенной базой данных (СУРБД).
C. J. Date в 1987 году сформулировал один основной принцип и двенадцать правил, которым, по его мнению, должны следовать распределенные базы данных .
Основной принцип заключается в "прозрачности распределенности". С точки зрения пользователя информации распределенная БД не должна отличаться от локальной БД. Здесь имеется в виду пользователь, формулирующий запросы к базе данных и получающий результаты на своем экране (или принтере). Технология его работы не должна зависеть от того, в какой конкретной базе находятся нужные ему данные: в его локальной базе, в удаленной базе, все необходимые данные в одной и той же базе или в различных базах данных.
Фундаментальный принцип имеет следствием определённые дополнительные правила или цели. Таких целей всего двенадцать:
1. Локальная независимость. Узлы в распределённой системе должны быть независимы, или автономны. Локальная независимость означает, что все операции на узле контролируются этим узлом.
2. 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.
3. Непрерывное функционирование. Распределённые системы должны предоставлять более высокую степень надёжности и доступности.
4. 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.
5. Независимость от фрагментации (дробления данных на множество мелких разрозненных фрагментов). 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.
6. 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.
7. 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.
8. Управление распределёнными транзакциями (последовательность операций, представляющая собой логическую единицу работы с данными). 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.
9. 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.
10. Независимость от операционной системы. Возможность функционирования СУБД под различными операционными системами.
11. Независимость от сети. Возможность поддерживать много принципиально различных узлов, отличающихся оборудованием и операционными системами, а также ряд типов различных коммуникационных сетей.
12.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.
Локальная автономия означает, что управление данными на каждом из узлов распределенной системы выполняется локально. База данных, расположенная на одном из узлов, является неотъемлемым компонентом распределенной системы. Будучи фрагментом общего пространства данных, она в то же время функционирует как полноценная локальная база данных; управление ею выполняется локально и независимо от других узлов системы.
Независимость от центрального узла означает, что в идеальной системе все узлы равноправны и независимы, а расположенные на них базы являются равноправными поставщиками данных в общее пространство данных. База данных на каждом из узлов самодостаточна: она включает полный собственный словарь данных и полностью защищена от несанкционированного доступа.
Непрерывные операции можно трактовать как возможность непрерывного доступа к данным (известное 24 часа в течение суток, семь дней в неделю) в рамках DDB вне зависимости от их расположения и вне зависимости от операций, выполняемых на локальных узлах. Это качество можно выразить лозунгом данные доступны всегда, а операции над ними выполняются непрерывно.
Прозрачность расположения означает полную прозрачность расположения данных. Пользователь, обращающийся к DDB, ничего не должен знать о реальном, физическом размещении данных в узлах информационной системы. Все операции над данными выполняются без учета их местонахождения. Транспортировка запросов к базам данных осуществляется встроенными системными средствами.
Прозрачная фрагментация трактуется как возможность распределенного (то есть на различных узлах) размещения данных, логически представляющих собой единое целое. Существует фрагментация двух типов: горизонтальная и вертикальная. Первая означает хранение строк таблицы на различных узлах (фактически, хранение строк одной логической таблицы в нескольких идентичных физических таблицах на различных узлах). Вторая означает распределение столбцов логической таблицы по нескольким узлам.
Прозрачность тиражирования (асинхронного в общем случае процесса переноса изменений объектов исходной базы данных в базы, расположенные на других узлах распределенной системы) означает, что тиражирование возможно и достигается внутрисистемными средствами.
Обработка распределенных запросов DDB трактуется как возможность выполнения операций выборки над распределенной базой данных, сформулированных в рамках обычного запроса на языке SQL. To есть операцию выборки из распределенной базы данных можно сформулировать с помощью тех же языковых средств, что и операцию над локальной базой данных. Оптимизатор распределенных запросов учитывает такие параметры, как размер таблиц, статистику распределения данных по узлам, объем данных, передаваемых между узлами, скорость коммуникационных линий, структуры хранения данных, соотношение производительности процессоров на разных узлах и т. д. От алгоритмов работы оптимизатора распределенных запросов впрямую зависит скорость работы базы данных с такими запросами.
Обработка распределенных транзакций DDB можно трактовать как возможность выполнения операций обновления распределенной базы данных (INSERT, UPDATE, DELETE), не разрушающее целостность и согласованность данных. Эта цель достигается применением двухфазового или двухфазного протокола фиксации транзакций (two-phase commit protocol), ставшего фактическим стандартом обработки распределенных транзакций. Его применение гарантирует согласованное изменение данных на нескольких узлах в рамках распределенной, или глобальной транзакции.
Независимость от оборудования означает, что в качестве узлов распределенной системы могут выступать компьютеры любых моделей и производителей - от мэйнфреймов до персоналок.
Независимость от операционных систем как качество вытекает из предыдущего и означает многообразие операционных систем, управляющих узлами распределенной системы.
Прозрачность сети означает, что спектр поддерживаемых конкретной СУБД сетевых протоколов не должен быть ограничением системы с распределенными базами данных. Данное качество формулируется максимально широко: в распределенной системе возможны любые сетевые протоколы.
Независимость от баз данных означает, что в распределенной системе могут мирно сосуществовать СУБД различных производителей, и возможны операции поиска и обновления в базах данных различных моделей и форматов.
репликация синхронизация база данные
В основе любых технологических потрясений лежит простой экономический расчет: выгодно - невыгодно. В основе нынешней ситуации в развитии распределенных систем также лежит экономическое обоснование - стоимость передачи данных по сети становится меньше стоимости вычислений на клиентской машине и эта тенденция имеет устойчивый характер. Взрывной рост Internet, который многие связывают с "демократическими свободами" или развитием новой технологии имеет в своей основе все тоже простое экономическое обоснование - эта технология экономически выгодна. Отсюда проистекают и те изменения в мире технологий свидетелями которых мы являемся: стремительный рост пропускной способности каналов (Internet - 2, новые более быстрые модемы, спутниковые каналы для домашнего пользователя ), присутствие в сети большинства корпораций и масс медиа, электронная коммерция и банки … На основе этих технологий выросли новые направления бизнеса, а распространенность Internet растет темпами невиданными в отрасли (быстрее телефонии и телевидения).
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Borland Inter Base Workgroup Server. API Guide. - Borland International
Inc,1995-330c.
2. Borland Inter Base Workgroup Server. Data Definition Guide. – Borland
InternationalInc,1995-212c.
3. Borland Inter Base Workgroup Server. Language Reference. – Borland
InternationalInc,1995-234c.
4. Borland Inter Base Workgroup Server. Programmer’s Guide. – Borland
InternationalInc,1995-340c.
5. Microsoft Online Documentation: Win32 Programmers Reference.
6. R.Barker "CASE* Method - Entity Relationship Modelling". - Oracle Inc.1990-243c.
7. Биллиг В.А., Мусикаев И.Х. «Visual C++ 4. Книга для программистов». М.: Издательский отдел «Русская редакция» ТОО.
8. Галатенко В. «Информационная безопасность - обзор основных положений:Ч1»: - Информационный бюллетень Jet Info №1/1996.
9. Галатенко В. «Информационная безопасность - обзор основных положений: Ч2»: - Информационный бюллетень Jet Info №2/1996.
10. Галатенко В. «Информационная безопасность - обзор основных положений: Ч3»: - Информационный бюллетень Jet Info №3/1996.
11. Грабер Мартин. “Введение в SQL”. Пер. с англ. - М.: Издательство “ЛОРИ”,1996.-375с.,ил.
12. Зубанов Ф. «Windows NT - выбор «профи»». - М.: Издательский отдел «Русская редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.» , 1996. - 392 с. ил.
13. Кастер Х. «Основы Windows NT и NTFS». Пер. с англ. - М: Издательский отдел «Русская редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.» , 1996.-440с.ил.
14. Ладыженский Глеб. «СУБД - коротко о главном» - Информационный бюллетень.
15. Ларин Л.С., Челдаева Л.А., Гуськова Н.Д. "Технико-экономическое обоснование дипломных проектов", Саранск, 1983, 100 с.
16. «Решения Microsoft» - Вып. 5. - М: АООТ «Типография Новости», 1997.132с.,ил.
17. Рихтер Дж.. «Windows для профессионалов (Программирование в Win32 API для Windows 95 и Windows NT)». Пер. с англ. «Русская редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.» , 1995. - 720 с. ил.
18. Паппас К., Мюррей У.. «Visual C++. Руководство для профессионалов»: пер. с англ. - Спб.: BHV - Санкт-Петербург, 1996. - 912 с.,ил.
19. «Сетевые средства Windows NT»: Пер. с англ. - СПб.: BHV - Санкт- Петербург,1996-496с.,ил.
