Определение и характеристики распределенных систем баз данных

 

База данных – это организованная структура, предназначенная для хранения информации. В современных базах данных хранятся не только данные, но и информация.

Под распределенной (Distributed DataBase - DDB) обычно подразумевают базу данных, включающую фрагменты из нескольких баз данных, которые располагаются на различных узлах сети компьютеров, и, возможно управляются различными СУБД. Распределенная база данных выглядит с точки зрения пользователей и прикладных программ как обычная локальная база данных. В этом смысле слово «распределенная» отражает способ организации базы данных, но не внешнюю ее характеристику. («распределенность» базы данных невидима извне).

К. Дейтом были сформулированы 12 свойств или качеств для типичной распределенной базы данных:

1. Локальная автономия (local autonomy) - 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.

2. Независимость узлов (no reliance on central site) - 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.

3. Непрерывные операции (continuous operation) - возможность непрерывного доступа к данным (известное «24 часа в сутки, семь дней в неделю») в рамках базы данных 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».

4. Прозрачность расположения (location independence) - полную прозрачность расположения данных. Пользователь, обращающийся к базе данных, 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.

5. Прозрачная фрагментация (fragmentation independence) - озможность распределенного (то есть на различных узлах) размещения данных, логически представляющих собой единое целое. Существует фрагментация двух типов: горизонтальная и вертикальная. Первая означает хранение строк одной 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.

6. Прозрачное тиражирование (replication independence) - озможность переноса изменений между базами данных средствами, невидимыми пользователю распределенной системы. Данное свойство означает, что тиражирование возможно и достигается внутрисистемными средствами.

7. Обработка распределенных запросов (distributed query processing) -

8. Обработка распределенных транзакций (distributed transaction processing) - 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, как ее еще называют, глобальной) транзакции.

9. Независимость от оборудования (hardware independence) - в качестве узлов распределенной системы могут выступать компьютеры любых моделей и производителей.

10. Независимость от операционных систем (operationg system independence) - многообразие операционных систем, управляющих узлами распределенной системы.

11. Прозрачность сети (network independence) - доступ к любым базам данных может осуществляться по сети. 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.

12. Независимость от баз данных (database independence) - могут сосуществовать СУБД различных производителей, и возможны операции поиска и обновления в базах данных различных моделей и форматов.

Основой этих правил является то, что распределенная база данных должна восприниматься пользователем точно так же, как и привычная централизованная база данных.

Работу с распределенными базами данных обеспечивают распределенные системы управления баз данных. Распределенная система управления баз данных (РаСУБД) – комплекс программ, предназначенный для управления распределенной базой данных и позволяющий сделать распределенность информации «прозрачной» для конечного пользователя. Из определения РаСУБД следует, что распределенная база данных состоит из нескольких фрагментов, которые могут размещаться на нескольких компьютерах, расположенных в сети и к ней возможен параллельный доступ нескольких пользователей. Назначение обеспечения «прозрачности» состоит в том, чтобы распределенная система внешне вела себя точно так же, как и централизованная. Такое распределение данных позволяет, например, хранить в узле сети те данные, которые наиболее часто используются в этом узле. Такой подход облегчает и ускоряет работу с этими данными и оставляет возможность работать с остальными данными базы данных, хотя для доступа к ним требуется потратить некоторое время на передачу данных по сети.

Основная задача систем управления распределенными базами данных состоит в обеспечении средства интеграции локальных баз данных, располагающихся в некоторых узлах компьютерной сети, с тем, чтобы пользователь, работающий в любом узле сети, имел доступ ко всем этим базам данных как к единой базе данных [1]. При этом должны обеспечиваться: простота использования системы; возможности автономного функционирования при нарушениях связности сети или при административных потребностях; высокая степень эффективности.

Для клиентских приложений распределенная база данных представляется не набором баз, а единым целым. Каждый фрагмент базы данных сохраняется на одном или нескольких компьютерах, которые соединены между собой линиями связи и каждый из них работает под управлением отдельной системой управления базой данных. Пользователь взаимодействует с распределенной базой данной через приложения. Приложения могут быть классифицированы как те, которые требуют доступа к данным на других узлах (локальные приложения), и те, которые требуют подобного доступа (глобальные приложения). В РаСУБД должно существовать хотя бы одно глобальное приложение, поэтому любая РаСУБД должна иметь следующие особенности:

· набор логически связанных разделяемых данных;

· сохраняемые данные разбиты на некоторое количество фрагментов;

· между фрагментами может быть организована репликация данных;

· фрагменты и их реплики распределены по различным узлам;

· узлы связаны между собой сетевыми соединениями;

· работа с данными на каждом узле управляется локальной СУБД.

СУБД на каждом узле способна поддерживать автономную работу локальных приложений.