Локальные, сетевые и распределенные базы данных.

Архитектура «файл-сервер». Двух и трехуровневая архитектура «клиент-сервер».

Модель сервера приложений.

22.1. Основные условия и требования к распределенной обработке данных

Такая отличительная особенность БД, как многоцелевое совместное «параллельное» использование данных, предопределяет наличие средств, обеспечивающих практически одновременный и независимый доступ к одним и тем же данным. При этом сама база может быть размещена на одном или нескольких компьютерах.

Приведем следующие, сформулированные ведущими поставщиками СУБД, свойства «идеальной» системы управления распределенными базами данных (слайд 2):

- Прозрачность относительно расположения данных: СУБД должна представлять все данные так, как если бы они были локальными.

- Прозрачность относительно сети: СУБД должна одинаково работать в условиях разнородных сетей.

- Гетерогенность системы: СУБД должна работать с данными, которые хранятся в системах с различной архитектурой и имеют разную производительность (независимость от СУБД).

- Поддержка распределенных запросов: пользователь должен иметь возможность объединять данные из любых баз, даже если они размещены в разных системах.

- Поддержка распределенных изменений: пользователь должен иметь возможность изменять данные в любых базах, на доступ к которым у него есть права, даже если эти базы размещены в разных системах.

- Поддержка распределенных транзакций: СУБД должна выполнять транзакции, выходящие за рамки одной вычислительной системы, и поддерживать целостность распределенной БД даже при возникновении отказов как в отдельных системах, так и в сети.

- Безопасность: СУБД должна обеспечивать защиту всей распределенной БД от несанкционированного доступа.

- Универсальность доступа: СУБД должна обеспечивать единую методику доступа ко всем данным.

 

Однако, ни одна из существующих СУБД не достигает этого идеала в следствие следующих факторов:

- Низкая и несбалансированная производительность сетей передачи данных, что в распределенных транзакциях сильно снижает общую производительность обработки.

- Обеспечение целостности данных в распределенных транзакциях базируется на принципе «все или ничего» и требует специального протокола двухфазного завершения транзакций, что приводит к длительной блокировке изменяемых данных.

- Необходимо обеспечить совместимость данных стандартного типа, для хранения которых в разных системах используются разные физические форматы и кодировки.

- Выбор схемы размещения системных каталогов. Если каталог будет храниться в одной системе, то удаленный доступ будет замедлен. Если будет размножен – то изменения придется распространять и синхронизировать.

- Необходимо обеспечить совместимость СУБД разных типов и поставщиков.

- Увеличение потребностей в ресурсах для координации работы приложений с целью обнаружения и устранения тупиковых ситуаций в распределенных транзакциях.

 

Именно указанные причины определили на практике частичность и «этапность» введения в СУБД тех или иных возможностей распределенной обработки данных. В простейшем случае пользователь имеет возможность обращаться по сети к записям в БД, размещенным на других компьютерах. В других случаях СУБД сама производит аутентификацию удаленного клиента и устанавливает сетевые соединения.

В общем случае режимы работы с БД можно классифицировать по следующим признакам (слайд 3):

- многозадачность  - однопользовательский или многопользовательский;

- правило обслуживания запросов – последовательное или параллельное;

- схема размещение данных – централизованная или распределенная БД.

 

Следует отметить, что общая тенденция развития технологий обработки данных вполне соответствует этапам развития средств вычислительной техники и информационных технологий, и в первую очередь – сетевых. В этом смысле следует выделить два класса: системы распределенной обработки данных и системы распределенных баз данных.

Системы распределенной обработки данных в основном отражают структуру и свойства многопользовательских операционных систем с базой данных, размещенной на центральном компьютере (мэйнфрейме). Еще до недавнего времени это был единственно возможный вариант вычислительной среды для реализации больших баз данных. Клиентские места в этом случае реализовались либо в виде терминалов или мини-ЭВМ, обеспечивающих в основном ввод-вывод данных и не имеющих собственных вычислительных ресурсов для функционально-ориентированной обработки получаемых данных.

Развитие сетевых технологий в сочетании с широким распространением персональных ЭВМ и внедрением стандартов открытых систем привело к появлению систем баз данных размещенных в сети разнотипных компьютеров. Такие системы распределенных баз данных обеспечивают обработку распределенных запросов, когда при обработке одного запроса используются ресурсы базы, размещенные на различных ЭВМ сети. Система распределенных баз данных состоит из узлов, каждый из которых является СУБД, а узлы взаимодействуют между собой так, что база данных любого узла будет доступна пользователю, так как если бы она была локальной.

 

Соответственно, программы, обеспечивающие целевую (функциональную) обработку данных, должны быть организованы таким образом, чтобы обеспечить более эффективное использование совокупных вычислительных ресурсов за счет специализированного разделения функций обработки между процессом СУБД и клиентскими функционально-ориентированными процессами.

Для «типового» приложения обработки данных можно выделить следующие группы (уровни) функций (слайд 4):

- ввод и отображение данных: внешний (пользовательский) уровень реализации целевой функциональной обработки и представления (Presentation Logic);

- функциональная обработка, реализующая алгоритм решения задач пользователя. Соответствующие «бизнес-правила» реализуются обычно средствами высокоуровневого языка программирования или расширенного языка манипулирования данными типа ADABAS Natural или 4-GL (Business Logic);

- манипулирование данными БД в рамках приложения, которое обычно реализуется средствами SQL (Database Logic). Кроме того, средствами SQL, помимо операций манипулирования данными (Data Management Logic - извлечения, изменения и т.д.) реализуются общие для БД функции (Common DB Logic), например, правила целостности, типовые представления, которые, по существу, являются общими «бизнес-правилами» на уровне данных;

- управление ресурсами БД, реализуемое специализированными средствами конкретной СУБД (Resource Logic);

- управление процессами обработки: связывание и синхронизация процессов обработки данных разного уровня.