Функции и архитектура распределенной ИС

В большинстве случаев распределенная СУБД состоит из ядра СУБД и набора дополнительных продуктов, покупаемых отдельно, которые обеспечивают работу с распределенной БД. Некоторые фирмы-разработчики СУБД встраивают средства работы с распределенной БД в ядро СУБД. Кроме того, различные фирмы вкладывают разные понятия в термин "распределенная СУБД" и по разному определяют набор необходимых для такой СУБД функций. Поэтому потенциальным покупателям распределенных СУБД очень непросто сравнивать эти СУБД между собой и делать правильный выбор. Однако существует некоторый набор функций, которые должны быть присущи каждой распределенной СУБД. Наиболее распространенным описанием этих функций является следующее:

Распределенная СУБД обеспечивает пользователям доступ к информации независимо от того, какое оборудование и какое прикладное программное обеспечение используется в узлах сети. Пользователи при этом не обязаны знать, где физически размещаются данные и как надо выполнять физический доступ к ним. Распределенная СУБД позволяет выполнять горизонтальное и вертикальное "расщепление" таблиц и помещать данные одной таблицы в различных узлах сети. Запросы к данным распределенной БД формулируются так, как будто база данных локальна. При обработке транзакций и выполнении операций копирования/восстановления распределенной БД обеспечивается целостность всей БД.

Протоколы управления БД, например протокол двухфазной фиксации изменений, реализуют механизмы блокировки, обеспечивающие непротиворечивость данных. Средства глобальной оптимизации запросов автоматически выбирают наилучший способ выполнения в локальной или глобальной сети сложных транзакций, а специальные мониторы позволяют получать информацию о параметрах выполняющихся в разных узлах процессов и на основе этой информации выполнять настройку системы с целью обеспечения максимальной производительности работы.

Президент фирмы Alternative Technologies Макговерн сформулировал 13 основных функций, которые должна поддерживать распределенная СУБД. Рассмотрим их подробнее [7, c.116].

. Распределенный словарь (дирректория) данных. в словаре содержится информация о типе данных, месте их размещения и о способе доступа к данным.

. Прозрачный протокол двухфазной фиксации изменений. Этот протокол обеспечивает непротиворечивость данных. При выполнении транзакции, изменяющей данные в нескольких узлах, протокол двухфазной фиксации обеспечивает успешное выполнение всей транзакции только в том случае, если успешно выполнилась обработка в каждом узле. Если же в одном из узлов обработка не выполнена успешно, то аннулируются результаты работы всей транзакции.

. Горизонтальная и вертикальная фрагментация. Эта функция позволяет "расщеплять" таблицу БД по строкам (горизонтально) и по столбцам (вертикально) и размещать части данных таблицы в разных узлах сети.

.Независимость дублирования данных. Это свойство СУБД позволяет создавать в узлах сети дубли данных без снижения производительности приложения и без нарушения непротиворечивости данных.

. Распределенные представления (views). Представления могут формироваться при выполнении операции соединения (join) таблиц, размещающихся в разных узлах.

. Оптимизация распределенных запросов. Оптимизация алгоритмов выполнения сложных операций, например соединения таблиц, выполняется с учетом размещения данных в глобальной сети. При этом учитывается пропускная способность сети, ее загрузка и объем передаваемой информации, вычислительная мощность узлов. На основе этой информации делается вывод о том, где лучше всего производить операцию соединения таблиц (как наиболее трудоемкую операцию).

. Распределенные ограничения целостности. Эта функция обеспечивает ссылочную целостность данных. В узлах могут находиться таблицы, зависящие от некоторой таблицы-мастера. При модификации данных таблицы-мастера автоматически модифицируются зависимые таблицы.

. Локальная автономия. Администратор БД конкретного узла полностью контролирует данные локальной БД данного узла. Он может работать независимо от администраторов других узлов.

9. Непрерывная обработка (continual operation). Обработка, выполняемая в локальном узле БД, не может быть прервана командами из другого узла. Т.е. в каждом узле обработка выполняется независимо и целиком.

. Независимость размещения. Изменение места хранения данных не ведет к изменению работающих с этими данными приложений.

. Обработка распределенных транзакций. Обеспечение ограничений целостности поддерживается и при выполнении транзакции, изменяющей несколько узлов.

. Глобальная обработка взаимоблокировок и проблем, возникающих при одновременном доступе к данным. Блокировка данных может выполняться во всех узлах БД. Необходимо выявлять и разрешать ситуации, когда два узла взаимно блокируют друг друга.

. Независимость от типа компьютеров, операционных систем, сетевых протоколов, типов СУБД. Эта независимость осуществляется путем использования как встроенных в СУБД средств, так и шлюзов (gateways).

Существует множество альтернатив распределенной обработки. Наиболее популярна в настоящее время архитектура клиент-сервер, когда множество машин-клиентов осуществляют доступ к одному серверу баз данных. В таких системах, которые можно определить как системы типа много-клиентов/один-сервер, проблемы управления базой данных решаются относительно просто, поскольку вся она хранится на одном сервере. Задачи, с которыми приходится здесь сталкиваться, - это управление буферами клиентов, кэширование данных и, возможно, блокировки. Управление данными реализуется централизованно на одном сервере.

Более распределенной и более гибкой является архитектура типа много-клиентов/много-серверов, когда база данных размещена на множестве серверов, которым, для того чтобы вычислить результат пользовательского запроса или выполнить транзакцию, необходимо взаимодействовать друг с другом. Каждая клиентская машина имеет свой "домашний" сервер; ему она направляет пользовательские запросы. Взаимодействие серверов друг с другом прозрачно для пользователей. В большинстве существующих СУБД реализован один из этих двух типов архитектуры клиент-сервер.

В истинно распределенной СУБД клиентские и серверные машины не различаются. В идеале каждый узел может выступать и как клиент, и как сервер. Такие архитектуры, тип которых определяют как равный-к-равному, требуют сложных протоколов управления данными, распределенными по множеству узлов. Предложение продуктов такого вида задерживается из-за сложности необходимого для их реализации программного обеспечения.