Тиражирование данных
Тиражирование (репликация) – технология, предусматривающая поддержку копий всей БД или ее фрагментов в нескольких узлах сети. Копия БД называется репликой. Копии БД обычно приближены к местам использования информации.
Синхронизация – процесс обновления реплик, при котором происходит передача обновляемых записей и согласование дублирующихся данных. Обмен данными между репликами может быть как односторонним, так и двусторонним.
Терминология и подходы к реализации репликации отличаются от системы к системе. В некоторых системах используются метафоры из издательской деятельности (издатель, публикация, подписчик). Совокупность данных, которые могут подвергаться тиражированию, называется публикацией.
Использование технологии тиражирования имеет следующие преимущества:
· сокращение сетевого трафика при выполнении запросов;
· повышение доступности данных (доступ к локальной копии БД обеспечивается, даже если доступ к центральному серверу невозможен);
· повышение производительности (данные приближены к месту их использования, не нужно ждать доступности всех частей распределенной БД);
· повышение автономности рабочих мест пользователей;
· повышение надежности системы (наличие множества копий повышает вероятность восстановления системы в критических ситуациях).
Дублирование данных при использовании тиражирования влечет за собой:
· дополнительный расход памяти;
· возможность возникновения конфликтов при корректировке;
· наличие временного лага между фиксацией события в БД и доступностью этой информации для всех пользователей сети;
· повышенные требования к рабочим станциям;
· необходимость тщательного продумывания схемы тиражирования.
Требования к механизму тиражирования зависят от задач, которые решает вся система. Существует много схем обновления копий в распределенной БД. По моменту внесения изменений в реплики различают:
При асинхронном тиражировании обновление всех копий БД может проводиться неодновременно. При этом возможна некоторая рассинхронизация состояния локальных БД во времени. При этом удается обойти проблему ограниченной пропускной способности и недостаточной надежности сети. Если один сервер, требующий обновления данных, выходит из строя, то система продолжает работать с остальными. Обновление данных на сбойном сервере произойдет автоматически после восстановления его работоспособности.
Механизм асинхронного тиражирования данных особенно актуален при работе в глобальной сети. При использовании телефонных линий механизм двухфазовой фиксации транзакции практически нереализуем, поскольку все оборудование одновременно в работоспособном состоянии почти никогда не находится.
Асинхронное тиражирование может быть:
Периодическое тиражирование выполняется через заданные интервалы времени. Время тиражирования выбирается исходя из частоты и интенсивности изменений, допустимого времени рассинхронизации состояний источника и приемника, объема передаваемых данных, допустимой загрузки коммуникаций. Момент выполнения апериодического тиражирования определяется каким-либо событием и может быть реализован с помощью хранимых процедур или триггеров.
Синхронное тиражирование предполагает завершение транзакции только после успешной модификации всех копий. Используется механизм двухфазной фиксации (2РС): основная система связывается с подчиненными копиями БД и одновременно вносит в них изменения, блокируя соответствующие записи. Если хотя бы одна копия недоступна, изменения не выполняются. Механизм двухфазовой фиксации предъявляет высокие требования к системе и снижает степень автономности узлов, поэтому в технологии тиражирования используется редко.
Наиболее жестким является критерий полной эквивалентности копий, требующий, чтобы по завершении транзакции все копии логического элемента данных были идентичны. Такая технология синхронизации противоречит одной из основных целей тиражирования (повышение производительности за счет большей автономности частей системы) и используется редко.
Типичным протоколом тиражирования по критерию полной эквивалентности копий является Read-Once/Write-All (ROWA) – одно чтение (какой-либо одной копии), запись во все физические копии. Протокол ROWA прост, но требует доступности всех копий элемента данных для завершения транзакции. Сбой на одном из узлов приведет к дублированию транзакции.
Реплики в БД с тиражированием могут быть:
· неравноправными (одна из реплик считается основной).
При наличии неравноправных реплик изменения можно вносить только в основную реплику. Другие реплики доступны пользователям только по чтению. Такая схема называется тиражированием из основного узла. При этом данные асинхронно копируются из основной в иные реплики. При такой схеме предъявляются повышенные требования к сохранности основной реплики и надежности функционирования основного узла, поэтому иногда модель дополняют горячим резервированием основного узла. Основной узел тиражирует изменения на подчиненные узды и на узел с резервной копией. Если основной узел выходит из строя, то владельцем данных становится резервный.
Тиражирование слиянием предполагает выполнение операций на удаленном компьютере, который может быть отключен от сети. Автономная СУБД записывает операции с данными и их очередность. Автономный компьютер связывается с издателем (сервером, на котором корректируется тиражируемая БД) и пересылает последовательность операций, проведенных в удаленной БД. Тиражирование слиянием обеспечивает максимальную автономность удаленной БД.
Инициаторами обновления реплик могут быть:
· рабочие станции (обновление по запросу, выполняемое по определенному графику или вручную);
· сервер (принудительная рассылка тиража, осуществляемая в момент появления изменений или по графику).
Обновление содержания реплик может быть обеспечено также:
· копированием моментального снимка БД;
· копированием и выполнением очереди подтвержденных транзакций;
· копированием изменений из журнала БД.
Моментальный снимок БД (snapshot) отражает состояние БД или ее фрагмента на момент получения снимка. При копировании моментального снимка БД часто передаются не только данные, но и служебная информация.
В процессе тиражирования транзакций от издателя к подписчикам передаются не данные, а операции над ними. Само обновление происходит на рабочей станции. Передачу транзакций можно использовать, когда в автономной БД уже хранится копия основной БД. При использовании этой схемы периодически необходимо выполнять полную синхронизацию данных по методу моментального снимка. Тиражирование транзакций лучше использовать, когда объем БД велик, а операций над ними выполняется немного. В случае обновления на подписчике тиражирование инициируется издателем. Как только издатель подтверждает транзакцию, он сообщает дистрибьютеру о том, что данные изменены.
Дата добавления: 2017-10-04 ; просмотров: 3490 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Технология тиражирования данных
Принципиальная характеристика тиражирования (репликации) данных (Data Replication — DR) заключается в отказе от физического распределения данных. Суть DR состоит в том, что любая база данных (как для СУБД, так и для работающих с ней пользователей) всегда является локальной; данные размещаются локально на том узле сети, где они обрабатываются; все транзакции в системе завершаются локально. DR – это набор технологий, который позволяет поддерживать несколько копий одних и тех же данных на нескольких узлах.
Тиражирование данных — это асинхронный перенос изменений объектов исходной базы данных в базы, принадлежащим различным узлам распределенной системы. Функции DR выполняет, как правило, специальный модуль СУБД — сервер тиражирования данных, называемый репликатором (так устроены СУБД CA-OpenIngres и Sybase). В Informix-OnLine Dynamic Server репликатор встроен в сервер, в Oracle 7 для использования DR необходимо приобрести дополнительно к Oracle7 DBMS опцию Replication Option.
Специфика механизмов DR зависит от используемой СУБД. Простейший вариант DR — использование «моментальных снимков» (snapshot).
Пример 7.6 Рассмотрим пример из Oracle:
CREATE SNAPSHOT unfilled_orders
START WITH TO_DATE (‘DD-MON-YY HH23:MI:55’)
NEXT SYSDATE + 7
AS SELECT customer_name, customer_address, order_date
FROM customer@paris, order@london
WHERE customer.cust_name = order.customer_number AND
«Моментальный снимок» в виде горизонтальной проекции объединения таблиц customer и order будет выполнен в 23:55 и будет повторяться каждые 7 дней. Каждый раз будут выбираться только завершенные заказы.
Реальные схемы тиражирования, разумеется, устроены более сложно. В качестве базиса для тиражирования выступает транзакция к базе данных. В то же время возможен перенос изменений группами транзакций, периодически или в некоторый момент времени, что дает возможность исследовать состояние принимающей базы на определенный момент времени.
Детали тиражирования данных полностью скрыты от прикладной программы; ее функционирование никак не зависят от работы репликатора, который целиком находится в ведении администратора базы данных. Следовательно, для переноса программы в распределенную среду с тиражируемыми данными не требуется ее модификации. В этом, собственно, состоит качество 6 в определении Дэйта.
Технология распределенных БД и DR-технология — в определенном смысле антиподы. DR-технология не требует синхронной фиксации изменений, и в этом ее сильная сторона. В действительности далеко не во всех задачах требуется обеспечение идентичности БД на различных узлах в любое время. Достаточно поддерживать тождественность данных лишь в определенные критичные моменты времени. Можно накапливать изменения в данных в виде транзакций в одном узле и периодически копировать эти изменения на другие узлы.
Преимуществами технологии тиражирования данных являются:
· данные всегда расположены там, где они обрабатываются — следовательно, скорость доступа к ним существенно увеличивается;
· передача только операций, изменяющих данные (а не всех операций доступа к удаленным данным), и к тому же в асинхронном режиме позволяет значительно уменьшить трафик;
· со стороны исходной базы для принимающих баз репликатор выступает как процесс, инициированный одним пользователем, в то время как в физически распределенной среде с каждым локальным сервером работают все пользователи распределенной системы, конкурирующие за ресурсы друг с другом;
· никакой продолжительный сбой связи не в состоянии нарушить передачу изменений. Дело в том, что тиражирование предполагает буферизацию потока изменений (транзакций); после восстановления связи передача возобновляется с той транзакции, на которой тиражирование было прервано.
DR-технология данных не лишена недостатков. Например, невозможно полностью исключить конфликты между двумя версиями одной и той же записи. Он может возникнуть, когда вследствие асинхронности два пользователя на разных узлах исправят одну и ту же запись в тот момент, пока изменения в данных из первой базы данных еще не были перенесены во вторую. При проектировании распределенной среды с использованием DR-технологии необходимо предусмотреть конфликтные ситуации и запрограммировать репликатор на какой-либо вариант их разрешения. Необходимо отметить, что при этой технологии предъявляются высокие требования к аппаратным ресурсам узлов.
Технология тиражирования нашла применение там, где предъявляются повышенные требования к надежности — в сфере банковских информационных систем.
Источник
Распределенные базы данных. Технология тиражирования.
Тиражирование данных — это асинхронный перенос изменений объектов исходной базы данных (sourcedatabase) в БД, принадлежащим различным узлам распределенной системы. Функции тиражирования данных выполняет специальный модуль СУБД — сервер тиражирования данных, называемый репликатором (replicator). Его задача — поддержка идентичности данных в принимающих базах данных (targetdatabase) данным в исходной БД. Сигналом для запуска репликатора служит срабатывание правила (см. Раздел 2), перехватывающего любые изменения тиражируемого объекта БД. Возможно и программное управление репликатором посредством сигнализаторов о событиях в базе данных.
Тиражирование — используемая в РБнД технология, предусматривающая поддержку копий всей БД или ее фрагментов в нескольких узлах сети. Копия базы данных, являющаяся членом набора других копий, которые могут быть синхронизированы между собой, называется репликой. Копии БД обычно приближены к местам использования информации. Как синоним понятию «тиражирование» используется термин «репликация». Тиражирование является сравнительно новой технологией.
Процесс обновления реплик, при котором происходит передача обновляемых записей и других объектов и согласование дублирующихся данных, называется синхронизацией. Обмен данными между репликами может быть как односторонним, так и двусторонним. Кроме того, возможна синхронизация реплик под управлением синхронизатора. В отличие от собственно распределенных систем (систем с фрагментированием), в которых, как правило, при выполнении распределенных запросов реализуется протокол двухфазной фиксации, в системах с реплицированными базами данных обычно используется инструментарий асинхронной репликации.
В настоящее время многие известные СУБД предлагают пользователям возможности репликации. Но, как и во всякой новой области, терминология и подходы к реализации отличаются от системы к системе.
Совокупность данных, которые могут подвергаться тиражированию, называется публикацией.
В системах с тиражированием присутствуют все функции, присущие другим видам распределенных систем, плюс еще специфические функции, вызванные именно тиражированием. Это функции, обеспечивающие пересылку изменений всем узлам-пользователям; функции поддержания идентичности всех копий (реплик) БД; если эталонная база — единственная, то функции формирования базы данных-эталона и некоторые другие. Причем часть этих функций может быть совмещена на одном узле, а часть — отсутствовать, в зависимости от использованной технологии тиражирования.
Проблемы, возникающие при параллельном доступе и пути их решения.
1) проблема утраченных обновлений
Суть – пользователи параллельно обрабатывают одни и те же данные, поэтому запоминается только то обновление, которое было проведено последним.
2) проблема незафиксированности обновлений (преждевременного чтения)
Суть – первый пользователь может увидеть данные, которые уже были обновлены вторым пользователем, но эти обновления еще не были окончательно зафиксированы. Теперь в случае проведения отката вторым пользователем первый будет работать с ошибочными несуществующими данными.
3) неповторяющееся чтение и фантомная вставка возникают в случае проведения пользователем групповой обработки данных.
Суть – первая ситуация возникает, если в момент проведения групповой обработки в диапазоне уже считанного другим пользователем изменяется запись, вторая ситуация – если добавляется новая запись.
Блокировка заключается в запрещении некоторых операций над данными, если её обрабатывает другой пользователь.
Блокировки накладываются в соответствии с правилами совместимости блокировок, исключающими конфликты «чтение-запись» «запись-чтение» «запись – запись». Сериализуемость транзакций заведомо гарантируется, если блокировки, относящиеся к одновременно выполняемы транзакциям, удовлетворяют следующему правилу « ни одна блокировка от имени какой либо транзакции не должна устанавливаться, пока не будет снята ранее установленная». Иначе – двухфазовое блокирование.
Протокол двухфазной фиксации (блокировки) управляет процессом выполнения транзакций, затрагивающих несколько узлов БД. Главный принцип: исключение ситуации, в которой транзакция, охватывающая несколько узлов, на одних узлах завершается, а на других нет (т.е. вся транзакция целиком либо завершается, либо отменяется).
— согласованное и синхронное изменение распределенной БД параллельными транзакциями
— поддержку целостности и непротиворечивости данных
— предотвращение тупиковых ситуаций
— блокировку или возврат к исходной точке модификации во всех узлах.
Первая фаза: все части транзакции, выполняемые в разных узлах, уведомляют систему, что они готовы заблокировать данные.
Вторая фаза: система либо подает им сигнал на блокировку данных для их последующей модификации, либо осуществляет возврат к исходной точке выполнения транзакции в зависимости от того, возможно или невозможно заблокировать данные на всех узлах.
Уровни блокирования можно выделить в соответствии с блокируемыми единицами — БД, совокупность связных таблиц, таблица, совокупность связных записей, запись, поле.
Иногда реализуется динамическая схема блокировки, которая блокирует бо`льшую единицу и уменьшает область блокировки до уровня записи при обращении новых транзакций в данную область. Пессимистические блокировки запрещают доступ к данным, если они обрабатываются другой записью, и ставят новые обращения в очередь. Оптимистические разрешают параллельную обработку и обрабатывают возникающие конфликты по мере их поступления.
Дата добавления: 2018-02-18 ; просмотров: 901 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник
