Организация параллельного доступа к данным

Принцип организации кластеров

Кластеризация является методом совместного хранения родственных данных (таблиц).

Кластер – это структура памяти, в которой хранится набор таблиц (в одних и тех же блоках данных). Эти таблицы должны иметь общие столбцы, используемые для соединения

Например, первичный ключ таблицы ТОВАРЫ и внешний ключ таблицы ПОСТАВКИ.

Некластеризованные (а) Кластеризованные (б) данные

Кластерный ключ – это столбец или набор столбцов (полей записи), общих для кластеризуемых таблиц. Каждая таблица, созданная в кластере, должна иметь столбцы, соответствующие типам и размерам столбцов кластерного ключа. Количество столбцов в кластерном ключе ограничено (например, для Oracle8 это ограничение равно 16).

Два основных преимущества кластеров:

• Уменьшается обмен с диском, улучшается время доступа к кластеризованным таблицам и их соединение.
• Значение кластерного ключа хранится только один раз для кластера вне зависимости от того, сколько строк различных таблиц имеют это значение кластерного ключа, за счёт чего достигается экономия памяти.

С другой стороны, наличие кластеров обычно увеличивает время выполнения операции добавления записи (INSERT), т.к. требует от системы дополнительных временных затрат на просмотр блоков данных для поиска того блока, куда нужно поместить новую запись.

Кластеры обычно строятся для таблиц, часто используемых в соединении друг с другом, например, связанных отношением "один-ко-многим".

Не следует создавать кластер:

• если данные в кластерном ключе этих таблиц часто обновляются;
• если часто требуется полный просмотр отдельной таблицы.
• если суммарные данные таблиц с одним и тем же значением кластерного ключа занимают больше одного блока данных.

Параллельный доступ к данным подразумевает одновременное выполнение двух и более запросов к одним и тем же объектам данных (таблицам, блокам и т.п.). Для организации одновременного доступа не обязательно наличие многопроцессорной системы. На однопроцессорной ЭВМ запросы выполняются не одновременно, а параллельно. Обычно для каждого запроса выделяется некоторое количество процессорного времени (квант времени), по истечении которого выполнение запроса приостанавливается, он ставится в очередь запросов, а на выполнение запускается следующий (по очереди) запрос. Таким образом, процессорное время делится между запросами, и создаётся иллюзия, что запросы выполняются одновременно.

При параллельном доступе к данным проблемы возникают в том случае, если доступ подразумевает внесение изменений. Для того чтобы исключить нарушения логической целостности данных при многопользовательском доступе, используется механизм транзакций.

Транзакция – это последовательность операторов обработки данных, которая рассматривается как логически неделимая единица работы с базой данных.

Транзакция обладает следующими свойствами:

1. Логическая неделимость (атомарность) означает, что выполняются либо все операции, входящие в транзакцию, либо ни одной. (Логическая неделимость не подразумевает физической неделимости).

Система гарантирует невозможность фиксации части изменений, произведённых транзакцией. До тех пор, пока транзакция не зафиксирована, её можно "откатить", т.е. отменить все сделанные операторами из транзакции изменения в БД. Успешное выполнение транзакции означает, что все операторы транзакции проанализированы, интерпретированы как правильные и безошибочно исполнены.

2. Согласованность: транзакция начинается на согласованном множестве данных и после её завершения множество данных также согласовано.

3. Изолированность, т.е. отсутствие влияния транзакций друг на друга.

4. Продолжительность: результаты зафиксированной транзакции не могут быть потеряны. Возврат БД в предыдущее состояние может быть достигнут только путём запуска компенсирующей транзакции.

Для управлением транзакциями в системах, поддерживающих механизм транзакций и язык SQL, используются следующие операторы:

– фиксация транзакции: COMMIT [WORK];

– откат транзакции: ROLLBACK [WORK];

– точка сохранения: SAVEPOINT <имя_точки_сохранения>;

Фиксация транзакции заключается в следующем:

1. Изменения, внесённые транзакцией, делаются постоянными.

2. Уничтожаются все точки сохранения для данной транзакции.

3. Завершается транзакция (уничтожаются системные записи о транзакции в оперативной памяти).

4. Если выполнение транзакций осуществляется с помощью блокировок, то освобождаются объекты, заблокированные транзакцией.

Для организации отката СУБД во время выполнения транзакции производит запись в сегменты отката всех внесённых изменений.

Все изменения выполняются в оперативной памяти (ОП), затем фиксируются в журнале транзакций и периодически (при выполнении контрольной точки) переписываются на диск.

Процесс формирования контрольной точки заключается в синхронизации данных, находящихся на диске (т.е. во вторичной памяти) с теми данными, которые находятся в ОП: все модифицированные данные из ОП переписываются во вторичную память.

Пример выполнения транзакций представлен на рисунке:

Архитектура корпоративной среды обработки транзакций (Enterprise Transaction Processing - ETP) представлена на рисунке.

Это три ряда компьютеров:

§ Ряд 1: Персональные станции (Personal Workstations);

§ Ряд 2: Компьютеры под управлением ОС UNIX (UNIX Transaction Processing Servers - UPTS);

§ Ряд 3: Mainframe-системы (Proprietary Transaction Processing Servers - PTPS) или компьютеры под управлением UNIX c RISC-архитектурой процессоров;

Компьютеры ряда 1, функционирующие под управлением DOS, MS Windows, OS/2, UNIX, используются в качестве рабочих мест конечных пользователей. Характерная черта ETP - отсутствие ограничений на модели компьютеров, составляющих этот ряд. Однако, как правило, ряд 1 состоит из компьютеров на базе процессоров Intel 486/Pentium под управлением MS Windows (MS Windows фактически стала стандартом оконного графического интерфейса для большинства категорий пользователей и стандартом операционной среды для подавляющего числа прикладных программ и систем).

Ряд 2 составляют компьютеры среднего класса под управлением ОС UNIX, и, как правило, реляционные СУБД (Oracle, Informix, Ingres), выступающие в качестве менеджера ресурсов.

Ряд 3 представлен мэйнфреймами или RISC-компьютерами под управлением UNIX. Мэйнфреймы берут на себя большую часть всего объема обработки транзакций, концентрируют огромные вычислительные ресурсы и содержат большие массивы данных.

Таким образом, среда обработки транзакций формируется из набора разнородных компьютеров (и соответствующих ОС), ранжируемых от персональных компьютеров до мэйнфрейм-систем. TPM на базе UNIX представляет собой своего рода "клей", который связывает вместе компьютеры трех рядов в открытую унифицированную среду обработки транзакций.

Ключом к интеграции систем, функционирующих на компьютерах различных рядов, является специализированный интерфейс прикладного программирования ATMI (Application Transaction Manager Interface), обеспечивающий:

• для ряда 1 - формирование и передачу запросов от клиентов к серверам, выполняющимся на компьютерах ряда 2;

§ для ряда 2 - обработку запросов, поступающих от компьютера ряда 1 (в том числе и с обращением к менеджеру ресурсов), и, по необходимости, формирование и направление запросов к серверам, выполняющимся на компьютерах ряда 3.

§ для ряда 3 - обработку запросов, поступающих от серверов ряда 2.

Отметим, что подобное представление о корпоративной среде обработки транзакций не является абстракцией. Сегодня многие организации приходят именно к такой, "трехуровневой" архитектуре информационных систем (с той оговоркой, что наличие ряда 3 вызвано историческими причинами - мэйнфреймы использовались первоначально и сразу от них отказаться невозможно).

Дата добавления: 2013-12-13