Файл: Систем управления.pdf

Недостатки
Повышение сложности
Распределенные СУБД, способные скрыть от конечных пользователей распределенную природу используемых ими данных и обеспечить необходимый уровень производительности, надежности и доступности, безусловно, являются более сложными программными комплексами, чем централизованные СУБД. Тот факт, что данные могут подвергаться репликации, также добавляет дополнительный уровень сложности в программное обеспечение СУРБД. Если репликация данных не будет поддерживаться на требуемом уровне, система будет иметь более низкий уровень доступности данных, надежности и производительности, чем централизованные системы, а все изложенные выше преимущества превратятся в недостатки.
Увеличение стоимости
Увеличение сложности означает и увеличение затрат на приобретение и сопровождение СУРБД (по сравнению с обычными централизованными СУБД). Разворачивание распределенной СУБД потребует дополнительного оборудования, необходимого для установки сетевых соединений между сайтами.
Следует ожидать и роста расходов на оплату каналов связи, вызванных возрастанием сетевого трафика.
Кроме того, возрастают затраты на оплату труда персонала, который потребуется для обслуживания локальных СУБД и сетевых соединений.
Проблемы защиты
В централизованных системах доступ к данным легко контролируется. Однако в распределенных системах потребуется организовать контроль доступа не только к данным, реплицируемым на несколько различных сайтов, но и защиту сетевых соединений самих по себе. Раньше сети рассматривались как совершенно незащищенные каналы связи. Хотя это отчасти справедливо и для настоящего времени, тем не менее, в отношении защиты сетевых соединений достигнут весьма существенный прогресс.
Усложнение контроля за целостностью данных
Целостность базы данных означает корректность и согласованность сохраняемых в ней данных.
Требования обеспечения целостности обычно формулируются в виде некоторых ограничений, выполнение которых будет гарантировать защиту информации в базе данных от разрушения.
Реализация ограничений поддержки целостности обычно требует доступа к большому количеству данных, используемых при выполнении проверок, но не требует выполнения операций обновления. В распределенных СУБД повышенная стоимость передачи и обработки данных может препятствовать организации эффективной защиты от нарушений целостности данных.
Отсутствие стандартов
Хотя функционирование распределенных СУБД зависит от эффективности используемых каналов связи, только в последнее время стали вырисовываться контуры стандарта на каналы связи и протоколы доступа к данным. Отсутствие стандартов существенно ограничивает потенциальные возможности распределенных СУБД. Кроме того, не существует инструментальных средств и методологий, способных помочь пользователям в преобразовании централизованных систем в распределенные.
Недостаток опыта
В настоящее время в эксплуатации находится уже несколько систем-прототипов и распределенных
СУБД специального назначения, что позволило уточнить требования к используемым протоколам и установить круг основных проблем. Однако на текущий момент распределенные системы общего
101

назначения еще не получили широкого распространения. Соответственно, еще не накоплен необходимый опыт промышленной эксплуатации распределенных систем, сравнимый с опытом эксплуатации централизованных систем. Такое положение дел является серьезным сдерживающим фактором для многих потенциальных сторонников данной технологии.
Усложнение процедуры разработки базы данных
Разработка распределенных баз данных, помимо обычных трудностей, связанных с процессом проектирования централизованных баз данных, требует принятия решения о фрагментации данных, распределении фрагментов по отдельным сайтам и организации процедур репликации данных.
5.3. Функции распределенных СУБД
Очевидно, что типичная СУРБД должна обеспечивать, по крайней мере, тот же набор функциональных возможностей, который был определен для централизованных СУБД в главе 1.
Кроме того, СУРБД должна предоставлять следующий набор функциональных возможностей [7].

Расширенные службы установки соединений должны обеспечивать доступ к удаленным сайтам и позволять передавать запросы и данные между сайтами, входящими в сеть.

Расширенные средства ведения каталога, позволяющие сохранять сведения о распределении данных в сети.

Средства обработки распределенных запросов, включая механизмы оптимизации запросов и организации удаленного доступа.

Расширенные функции управления параллельностью, позволяющие поддерживать целостность реплицируемых данных.

Расширенные функции восстановления, учитывающие возможность отказов в работе отдельных сайтов и отказов линий связи.
5.4. Архитектура распределенных СУБД
Трехуровневая архитектура ANSI-SPARC для СУБД, обсуждавшаяся в разделе 1.3, представляет собой типовое решение для централизованных СУБД. Однако распределенные СУБД имеют множество отличий, которые сложно отразить в некотором эквивалентном архитектурном решении, приемлемом для большинства случаев.
Один из примеров рекомендуемой архитектуры СУРБД представлен на рис. 5.3. Он включает следующие элементы [7]:

набор глобальных внешних схем;

глобальную концептуальную схему;

схему фрагментации и схему распределения;

набор схем для каждой локальной СУБД, отвечающих требованиям трехуровневой архитектуры
ANSI-SPARC.
102

Рис. 5.3. Рекомендуемая архитектура СУРБД
Соединительные линии на схеме представляют преобразования, выполняемые при переходе между схемами различных типов. В зависимости от поддерживаемого уровня прозрачности некоторые из уровней рекомендуемой архитектуры могут быть опущены.
Глобальная концептуальная схема
Глобальная концептуальная схема представляет собой логическое описание всей базы данных, представляющее ее так, как будто она не является распределенной. Этот уровень СУРБД соответствует концептуальному уровню архитектуры ANSI-SPARC и содержит определения сущностей, связей, требований защиты и ограничений поддержки целостности информации. Он обеспечивает физическую независимость данных от распределенной среды. Логическую независимость данных обеспечивают глобальные внешние схемы.
Схемы фрагментации и распределения
Схема фрагментации содержит описание того, как данные должны логически распределяться по разделам. Схема распределения является описанием того, где расположены имеющиеся данные. Схема распределения учитывает все организованные в системе процессы репликации.
Локальные схемы
Каждая локальная СУБД имеет свой собственный набор схем. Локальная концептуальная и локальная внутренняя схемы полностью соответствуют эквивалентным уровням архитектуры ANSI-
SPARC. Локальная схема отображения используется для отображения фрагментов в схеме распределения во внутренние объекты локальной базы данных. Эти элементы являются зависимыми от типа используемой СУБД и служат основой для построения гетерогенных СУРБД.
Независимо от рекомендованной общей архитектуры СУРБД компонентная архитектура СУРБД должна включать четыре следующих важнейших компонента (рис. 5.4) [7]:
1) локальную СУБД;
2) компонент передачи данных;
3) глобальный системный каталог;
103

4) распределенную СУБД (СУРБД).
Рис. 5.4. Компонентная архитектура распределенной СУБД
Локальная СУБД
Компонент локальной СУБД представляет собой стандартную СУБД, предназначенную для управления локальными данными на каждом из сайтов, входящих в состав распределенной базы данных. Локальная СУБД имеет свой собственный системный каталог, в котором содержится информация о данных, сохраняемых на этом сайте. В гомогенных системах на каждом из сайтов в качестве локальной СУБД используется один и тот же программный продукт. В гетерогенных системах существуют, по крайней мере, два сайта, использующих различные типы СУБД и/или различные типы вычислительных платформ.
Компонент передачи данных
Компонент передачи данных представляет собой программное обеспечение, позволяющее всем сайтам взаимодействовать между собой. Он содержит сведения о существующих сайтах и линиях связи между ними.
Глобальный системный каталог
Глобальный системный каталог имеет то же самое функциональное назначение, что и системный каталог в централизованных базах данных. Глобальный каталог содержит информацию, специфическую для распределенной природы системы, например схемы фрагментации и распределения. Этот каталог сам по себе может являться распределенной базой данных и поэтому подвергаться фрагментации и распределению, быть полностью реплицируемым или централизованным, как и любое другое отношение.
Что касается отношений, созданных на некотором сайте (сайте создания), то ответственность за фиксацию описания каждого его фрагмента, каждой реплики, каждого фрагмента, а также хранение сведений о расположении этих фрагментов, возлагается на локальный каталог данного сайта. В случае если фрагмент или реплика перемещается в другое место, сведения в локальном каталоге сайта создания соответствующего отношения необходимым образом обновляются. Следовательно, для определения расположения фрагмента или реплики отношения необходимо получить доступ к каталогу его сайта создания. Сведения о сайте создания каждого глобального отношения должны фиксироваться в каждом локальном экземпляре глобального системного каталога.
Распределенная СУБД
104

Компонент распределенной СУБД является управляющим по отношению ко всей системе элементом.
В предыдущем разделе описаны основные функциональные возможностями, которыми должен обладать этот компонент.
5.5. Разработка распределенных реляционных баз данных
В главе 2 была приведена методология концептуального и логического проектирования централизованных реляционных баз данных. В данном разделе рассматриваются следующие дополнительные факторы, которые должны приниматься во внимание при разработке распределенных реляционных баз данных [7].

Фрагментация. Любое отношение может быть разделено на некоторое количество частей, называемых фрагментами, которые затем распределяются по различным сайгам. Существуют два основных типа фрагментов: горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные фрагменты представляют собой подмножества кортежей, а вертикальные – подмножества атрибутов.

Распределение. Каждый фрагмент сохраняется на сайте, выбранном с учетом «оптимальной» схемы их размещения.

Репликация. СУРБД может поддерживать актуальную копию некоторого фрагмента на нескольких различных сайтах.
Определение и размещение фрагментов должно проводиться с учетом особенностей использования базы данных. Это подразумевает выполнение анализа приложений. Как правило, провести анализ всех приложений не представляется возможным, поэтому следует сосредоточить усилия на самых важных из них.
Проектирование должно выполняться на основе как количественных, так и качественных показателей. Количественная информация используется в качестве основы для распределения, тогда как качественная служит базой при создании схемы фрагментации. Количественная информация включает такие показатели:

частота запуска приложения на выполнение;

сайт, на котором запускается приложение;

требования к производительности транзакций и приложений.
Качественная информация может включать перечень выполняемых в приложении транзакций, используемые отношения, атрибуты и кортежи, к которым осуществляется доступ, тип доступа (чтение или запись), предикаты, используемые в операциях чтения.
Определение и размещение фрагментов по сайтам выполняется для достижения следующих стратегических целей.
• Локальность ссылок. Везде, где только это возможно, данные должны храниться как можно ближе к местам их использования. Если фрагмент используется на нескольких сайтах, может оказаться целесообразным разместить на этих сайтах его копии.
• Повышение надежности и доступности. Надежность и доступность данных повышаются за счет использования механизма репликации. В случае отказа одного из сайтов всегда будет существовать копия фрагмента, сохраняемая на другом сайте.
• Приемлемый уровень производительности. Неверное распределение данных будет иметь следствием возникновение в системе узких мест. В этом случае некоторый сайт оказывается просто завален запросами со стороны других сайтов, что может вызвать существенное снижение производительности всей системы. В то же время неправильное распределение может иметь следствием неэффективное использование ресурсов системы.
• Баланс между емкостью и стоимостью внешней памяти. Обязательно следует учитывать доступность и стоимость устройств хранения данных, имеющихся на каждом из сайтов системы. Везде, где только это, возможно, рекомендуется использовать более дешевые устройства массовой памяти. Это требование должно быть сбалансировано с требованием поддержки локальности ссылок.
• Минимизация расходов на передачу данных. Следует тщательно учитывать стоимость выполнения в системе удаленных запросов. Затраты на выборку будут минимальны при обеспечении максимальной
локальности ссылок, т.е. когда каждый сайт будет иметь собственную копию данных. Однако при обновлении реплицируемых данных внесенные изменения потребуется распространить на все сайты, имеющие копию обновленного отношения, что вызовет увеличение затрат на передачу данных.
105