Однородные и разнородные распределенные СУБД

Обзорная таблица

Преимущества и недостатки распределенных СУБД

Распределенные системы баз данных имеют дополнительные преимущества перед традиционными централизованными системами баз данных, К сожалению, эта технология не лишена и некоторых недостатков. В этом разделе описаны как преимущества, так и недостатки, свойственные распределенным СУБД.

Преимущества	Недостатки
Отображение структуры организации	Повышение сложности
Разделяемость и локальная автономность	Увеличение стоимости
Повышение доступности данных	Проблемы защиты
Повышение надежности	Усложнение контроля за целостностью данных
Повышение производительности	Отсутствие стандартов
Экономические выгоды	Недостаток опыта
Модульность системы	Усложнение процедуры разработки базы данных

Преимущества Отражение структуры организации Крупные организации, как правило, имеют множество отделений, которые могут находиться в разных концах страны и даже за ее пределами. Например, компания DreamHome имеет многочисленные отделения в различных городах Великобритании. Вполне логично будет предположить, что используемая этой компанией база данных должна быть распределена между ее отдельными офисами. В каждом отделении компании DreamHome может поддерживаться база данных, содержащая сведения о его персонале, сдаваемых в аренду объектах недвижимости, которыми занимаются сотрудники данного отделения, а также о клиентах, которые владеют или желают получить в аренду эти объекты. В подобной базе данных персонал отделения сможет выполнять необходимые ему локальные запросы. А руководству компании может потребоваться выполнять глобальные запросы, предусматривающие получение доступа к данным, которые хранятся во всех или в некоторых существующих отделениях компании. Высокая степень разделяемости и локальной автономности Географическая распределенность организации может быть отражена в распределении ее данных, причем пользователи одного узла смогут получать доступ к данным, хранящимся на других узлах. Данные могут быть помещены на тот узел, где зарегистрированы пользователи, чаще всего работающие с этими данными. В результате заинтересованные пользователи получают локальный контроль над требуемыми им данными и могут устанавливать или регулировать локальные ограничения на их использование. Администратор глобальной базы данных (АБД) отвечает за систему в целом. Как правило, часть этой ответственности делегируется на локальный уровень, благодаря чему АБД локального уровня получает возможность управлять локальной СУБД. Повышение доступности данных В централизованных СУБД отказ центрального компьютера вызывает прекращение функционирования всей СУБД. Однако отказ одного из узлов распределенной СУБД или линии связи между узлами приводит к тому, что становятся недоступными лишь некоторые узлы, тогда как вся система в целом сохраняет свою работоспособность. Распределенные СУБД проектируются таким образом, чтобы обеспечивалось их функционирование, несмотря на подобные отказы. Если выходит из строя один из узлов, система сможет перенаправить запросы, адресованные отказавшему узлу, на другой узел. Повышение надежности Если организована репликация данных, в результате чего данные и их копии будут размещены на нескольких узлах, отказ отдельного узла или линии связи между узлами не приведет к прекращению доступа к данным в системе. Повышение производительности Если данные размещены на самом нагруженном узле, который унаследовал от систем-предшественников высокий уровень распараллеливания обработки, то развертывание распределенной СУБД может способствовать повышению скорости доступа к базе данных (по сравнению с доступом к удаленной централизованной СУБД). Более того, поскольку каждый узел работает только с частью базы данных, степень использования центрального процессора и служб вводавывода может оказаться ниже, чем в случае централизованной СУБД. Экономические выгоды В 1960-е годы мощность вычислительных средств возрастала пропорционально квадрату стоимости ее оборудования, поэтому система, стоимость которой была втрое выше стоимости данной, превосходила ее по мощности в девять раз. Эта зависимость получила название закона Гр о ша (Grosch). Однако в настоящее время считается общепринятым положение, согласно которому намного дешевле собрать из небольших компьютеров систему, мощность которой будет эквивалентна мощности одного большого компьютера. Оказывается, что намного выгоднее устанавливать в подразделениях организации собственные маломощные компьютеры, кроме того, гораздо дешевле добавить в сеть новые рабочие станции, чем модернизировать систему с мэйнфреймом. Второй потенциальный источник экономии имеет место в том случае, если базы данных географически удалены друг от друга и приложения требуют осуществления доступа к распределенным данным. В этом случае из-за относительно высокой стоимости передачи данных по сети (по сравнению со стоимостью их локальной обработки) может оказаться экономически выгодным разделить приложение на соответствующие части и выполнять необходимую обработку на каждом из узлов локально. Модульность системы В распределенной среде расширение существующей системы осуществляется намного проще. Добавление в сеть нового узла не оказывает влияния на функционирование уже существующих. Подобная гибкость позволяет организации легко расширяться. Перегрузки из-за увеличения размера базы данных обычно устраняются путем добавления в сеть новых вычислительных мощностей и устройств внешней памяти. В централизованных СУБД расширение базы данных может потребовать замены оборудования (более мощной системой) и используемого программного обеспечения (более мощной или более гибкой СУБД).   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 копированию, также создает дополнительную предпосылку усложнения программного обеспечения распределенной СУБД.Если репликация данных не поддерживается 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 распределенной СУБД (по сравнению с обычными централизованными СУБД). К тому же развертывание распределенной СУБД требует дополнительного оборудования, необходимого для установки сетевых соединений между узлами. Следует ожидать и увеличения расходов на оплату каналов связи, вызванных ростом сетевого трафика. Кроме того, возрастут 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 копируемым данным, расположенных на нескольких производственных площадках, но и защиту самих сетевых соединений. Раньше сети рассматривались как незащищенные инфраструктуры связи. Хотя это отчасти справедливо и в настоящее время, тем не менее в отношении защиты сетевых соединений достигнут весьма существенный прогресс. Усложнение контроля за целостностью данных Целостность базы данных означает правильность и согласованность хранящихся 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 вполне очевидно, что функционирование распределенных СУБД зависит от эффективности используемых каналов связи, только в последнее время стали вырисовываться контуры стандартов 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 общего назначения, что позволило уточнить требования к используемым протоколам и установить круг основных проблем.Однако на текущий момент распределенные системы общего 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 узлам и репликации данных. Такие сложности усугубляют и без того нелегкий процесс проектирования базы данных.

Распределенные СУБД подразделяются на однородные и разнородные. В однородных системах все узлы используют один и тот же тип СУБД. В разнородных системах на узлах могут функционировать различные типы СУБД, использующие разные модели данных, т.е. разнородная система может включать узлы с реляционными, сетевыми, иерархическими или объектно-ориентированными СУБД. Однородные системы значительно проще проектировать и сопровождать. Кроме того, подобный подход позволяет поэтапно наращивать размеры системы, последовательно добавляя новые узлы к уже существующей распределенной системе. Дополнительно появляется возможность повышать производительность системы за счет организации на различных узлах параллельной обработки информации. Разнородные системы обычно возникают в тех случаях» когда независимые узлы, уже эксплуатирующие свои собственные системы с базами данных, со временем интегрируются во вновь создаваемую распределенную систему. В разнородных системах для организации взаимодействия между различными типами СУБД требуется обеспечить преобразование передаваемых сообщений. Для обеспечения прозрачности в отношении типа используемой СУБД пользователи каждого из узлов должны иметь возможность формулировать интересующие их запросы на языке той СУБД, которая используется на их локальном узле. Система должна взять на себя поиск требуемых данных и выполнение всех необходимых преобразований передаваемых сообщений. В общем случае данные могут быть затребованы с другого узла, который характеризуется следующими особенностями:

• иной тип используемого оборудования;

• иной тип используемой СУБД;

• иной тип применяемых оборудования и СУБД.

Если используется иной тип оборудования, но на узлах применяются одинаковые СУБД, методы выполнения преобразований вполне очевидны и включают замену кодов и изменение длины машинного слова. Если типы используемых на узлах СУБД различны, процедура преобразования усложняется тем, что необходимо преобразовывать структуры данных одной модели данных в эквивалентные структуры данных другой модели данных. Например, отношения в реляционной модели данных должны быть преобразованы в записи и таборы, характерные для сетевой модели данных. Кроме того, приходится транслировать текст запросов с одного языка в другой (например, запросы с оператором SELECT языка SQL может потребоваться преобразовать в запросы с операторами FIND и GET языка манипулирования данными сетевой СУБД). Если отличаются и тип используемого оборудования, и тип программного обеспечения, потребуется выполнять оба вида трансляции. Все изложенное выше чрезвычайно усложняет обработку данных в разнородных распределенных СУБД. Дополнительные сложности возникают при попытках выработки единой концептуальной схемы, создаваемой путем интеграции отдельных локальных концептуальных схем. При наличии семантической неоднородности интеграция локальных моделей данных становится чрезвычайно трудной задачей. Например, атрибуты, имеющие в разных схемах одно и то же имя, на деле могут представлять совершенно различные понятия. Аналогично, атрибуты с разными именами фактически могут представлять одну и ту же характеристику. Типичное решение, применяемое в некоторых реляционных системах, состоит в том, что отдельные части разнородных распределенных систем должны использовать шлюзы, предназначенные для преобразования языка и модели данных каждого из используемых типов СУБД в язык и модель данных реляционной системы. Однако подходу с применением шлюзов свойственны некоторые серьезные ограничения. Во-первых, шлюзы не позволяют организовать систему управления транзакциями даже для отдельных пар систем. Другими словами, шлюз между двумя системами представляет собой не более чем транслятор запросов. Например, шлюзы не позволяют системе координировать управление параллельным выполнением и процедурами восстановления транзакций, включающих обновление данных в обеих базах. Во-вторых, использование шлюзов позволяет решить лишь задачу трансляции запросов с языка одной СУБД на язык другой. Поэтому они, как правило, не позволяют решить проблему создания однородной структуры и устранить различия между представлениями данных в различных схемах. Принципы открытого доступа и функциональной совместимости баз данных Комитет Open Group организовал рабочую группу (Specification Working Group — SWG), призванную подготовить ответ на поступающие запросы по поводу открытого доступа и функциональной совместимости баз данных. Цель работы этой группы состоит в подготовке спецификаций (или в получении подтверждений того, что требуемые спецификации существуют или разрабатываются), регламентирующих инфраструктуру среды базы данных, включающую следующие элементы.

• Унифицированный и достаточно мощный интерфейс языка SQL (SQL API), позволяющий создавать клиентские приложения таким образом, чтобы они не были привязаны к конкретному типу используемой СУБД.

• Унифицированный протокол доступа к базе данных, позволяющий непосредственно взаимодействовать СУБД различных типов без необходимости использования какого-либо шлюза.

• Унифицированный сетевой протокол, позволяющий осуществлять взаимодействие СУБД различных типов.

Самой важной задачей этой группы следует считать поиск способа, позволяющего в одной транзакции выполнять обработку данных, содержащихся в нескольких базах, управляемых СУБД различных типов, причем без необходимости применения каких-либо шлюзов. Мультибазовые системы Прежде чем завершить данный раздел, целесообразно кратко ознакомиться с одной из разновидностей распределенных СУБД, называемой мулътибазовой системой. Мультибазовая система:Распределенная, система управления базами данных, в которой управление каждым из узлов осуществляется автономно. В последние годы заметно возрос интерес к мультибазовым СУБД, в которых предпринимается попытка логической интеграции таких распределенных систем баз данных, в которых весь контроль над отдельными локальными системами целиком и полностью осуществляется их операторами. Одним из следствий полной автономности узлов является отсутствие необходимости внесения каких-либо изменений в локальные СУБД. Следовательно, мультибазовые СУБД требуют создания поверх существующих локальных систем дополнительного уровня программного обеспечения, предназначенного для предоставления необходимых функциональных возможностей. Мультибазовые системы позволяют конечным пользователям разных узлов получать доступ и совместно использовать данные без необходимости физической интеграции существующих баз данных. Они обеспечивают пользователям возможность управлять базами данных их собственных узлов без какого-либо централизованного контроля, который обязательно присутствует в обычных типах распределенных СУБД. Администратор локальной базы данных может разрешить доступ к определенной части своей базы данных посредством создания схемы экспорта, определяющей, к каким элементам локальной базы данных смогут получать доступ внешние пользователи. Существуют так называемые необъединенные (не имеющие локальных пользователей) и объединенные мультибазовые системы. Объединенная система представляет собой некоторый гибрид распределенной и централизованной систем, поскольку она выглядят как распределенная система для удаленных пользователей и как централизованная система — для локальных. Иными словами, мультибазовая СУБД незаметно для пользователя размещается над существующими системами баз данных и файловыми системами и рассматривается пользователями как единая база данных. Мультибазовая СУБД поддерживает глобальную схему, на основании которой пользователи могут формировать запросы и модифицировать данные. Мультибазовая СУБД работает только с глобальной схемой, тогда как локальные СУБД собственными силами обеспечивают поддержку данных всех своих пользователей. Глобальная схема создается путем объединения схем локальных баз данных. Программное обеспечение мультибазовой СУБД предварительно транслирует глобальные запросы и превращает их в запросы и операторы модификации данных соответствующих локальных СУБД. Затем полученные после выполнения локальных запросов результаты сливаются в единый глобальный результирующий набор, предоставляемый пользователю. Кроме того, мультибазовая СУБД осуществляет контроль за выполнением фиксации или отката отдельных операций глобальных транзакций локальных СУБД, а также обеспечивает сохранение целостности данных в каждой из локальных баз данных. Программы мультибазовой СУБД управляют различными шлюзами, с помощью которых они контролируют работу локальных СУБД. Одним из примеров мультибазовой системы является система UniSQL компании Cincom Corporation. Она позволяет разрабатывать приложения с помощью единого глобального представления и единственного языка доступа к базе данных для работы со многими разнородными реляционными и объектно-ориентированными СУБД

Дата добавления: 2013-12-13