Βάσεις Δεδομένων (ΚΒΔ) Κατανεμημένες Βάσεις Δεδομένων (ΚΒΔ) Δρ. Παναγιώτης Συμεωνίδης

Ορισμός ΚΒΔ Μια μόνο βάση δεδομένων σε «λογικό» επίπεδο Σε «φυσικό» επίπεδο είναι τοποθετημένη σε περισσότερους υπολογιστές οι οποίοι βρίσκονται σε διαφορετικές τοποθεσίες συνδεδεμένοι μεταξύ τους. Μια κατανεμημένη βάση δεδομένων απαιτεί την ύπαρξη ενός DBMS για κάθε απομακρυσμένη τοποθεσία.

Λόγοι για χρήση ΚΒΔ Η γεωγραφική κατανομή διαφορετικών μονάδων της επιχείρησης. Η ανάγκη για διαμοιρασμό κάποιων δεδομένων. Τα κόστη επικοινωνίας που αναγκάζουν κάποιες εφαρμογές να είναι τοποθετημένες εκεί όπου τους χρειάζονται περισσότερο.

Πλεονεκτήματα ΚΒΔ Αξιοπιστία Διαθεσιμότητα Τοπικός Έλεγχος Χαμηλά Κόστη Επικοινωνίας Γρήγορη Απόκριση

Μειονεκτήματα ΚΒΔ Κόστος Λογισμικού Κόστος Επεξεργασίας (overhead) Ακεραιότητα Δεδομένων Χαμηλός χρόνος απόκρισης αν δεν έχει γίνει σωστή κατανομή

Είδη ΚΒΔ Κατανεμημένη Βάση δεδομένων Ομογενής (Δομείται με ίδιου τύπου DBMS) Ετερογενής (Δομείται με διαφορετικού τύπου DBMS) Αυτόνομη (Κάθε DBMS λειτουργεί αυτόνομα) Μη αυτόνομη (ένα κεντρικό DBMS συντονίζει τις προσβάσεις και τις ενημερώσεις) Συστήματος (υποστηρίζει τις λειτουργίες μιας λογικής βάσης δεδομένων)

Βασικές Διαφορές Ομογενών και Ετερογενών ΚΒΔ Ο τύπος των DBMSs. Στις ετερογενείς υπάρχει και η έννοια του τοπικού χρήστη που βλέπει μόνο το τοπικό σχήμα και όχι ένα ενιαία σχήμα.

Αρχές Σχεδίασης ΚΒΔ αρχή της διαφάνειας (δεν πρέπει να καταλαβαίνει ο χρήστης από ποια τοποθεσία έρχονται τα δεδομένα) αρχή της αυτονομίας (κάθε τοποθεσία πρέπει να λειτουργεί κανονικά ακόμα και στην περίπτωση που δεν είναι δυνατή η σύνδεση της με άλλες τοποθεσίες.

Αρχιτεκτονικές ΚΒΔ

Αρχιτεκτονικές ΚΒΔ Μοντέλο Πελάτη-Εξυπηρέτη Ο πελάτης στέλνει την ερώτηση σε μία πλευρά. Η επεξεργασία της ερώτησης γίνεται στον εξυπηρέτη. Ερώτηση ΠΕΛΑΤΗΣ ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΣ ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΣ ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΣ

Αρχιτεκτονικές ΚΒΔ/Τοπική Δοσοληψία 2 1 3 5 4 Local transaction – all data stored locally

Αρχιτεκτονικές ΚΒΔ Μοντέλο Συνεργαζόμενων εξυπηρετών Μια ερώτηση εκτελείται σε πολλές πλευρές ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΣ ΠΕΛΑΤΗΣ ΠΕΛΑΤΗΣ ερώτηση

Αρχιτεκτονικές ΚΒΔ/Καθολική Δοσοληψία 2 3 1 6 7 4 8 5 Global transaction – some data is at remote site(s)

Στρατηγικές για την κατανομή μιας ΚΒΔ Replication (δημιουργία ενός πανομοιότυπου αντιγράφου) Horizontal partitioning (Οριζόντιος κατατεμαχισμός). Vertical partitioning (Κάθετος κατατεμαχισμός).

Replication (Πανομοιότυπο Αντίγραφο) . Αξιοπιστία (δεν χάνονται τα δεδομένα) Απόκριση (οι ερωτήσεις γίνονται τοπικά) Γρηγορότερος υπολογισμός ερωτήσεων Μείωση του φόρτου του δικτύου. Σύγχρονος και Ασύγχρονος υπολογισμός Υπάρχει το push και το pull replication. R3 R1 Κόμβος A R1 R2 Κόμβος Β

Σύγχρονος και Ασύγχρονος υπολογισμός Σύγχρονη ΚΒΔ είναι εκείνη όπου όλες οι αλλαγές ενημερώνουν όλες τις τοποθεσίες έτσι ώστε ανά πάσα στιγμή κάθε χρήστης να βλέπει όλες τις αλλαγές. Ασύγχρονη ΚΒΔ όπου αντίγραφα ανά τακτά χρονικά διαστήματα ενημερώνουν την κάθε τοποθεσία.(γίνεται για λόγους υψηλού κόστους επικοινωνίας)

Επεξεργασία Ερωτήματος για Replication (Πανομοιότυπο Αντίγραφο) SELECT AVG(S.age) FROM Sailors S WHERE S.rating > 3 AND S.rating < 7 Υπάρχουν αντίγραφα της σχέσης Sailors και στους δύο κόμβους Η επιλογή του κόμβου γίνεται με βάση το τοπικό κόστος, κόστος για την μεταφορά του αποτελέσματος

Horizontal partitioning (Οριζόντιος κατατεμαχισμός) Οι γραμμές ενός πίνακα χωρίζονται και αποθηκεύονται σε διαφορετικές τοποθεσίες Τα δεδομένα αποθηκεύονται εκεί που τα χρειάζονται Καλύτερη ασφάλεια. Χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου απαιτούνται οι ίδιες διαδικασίες στα δεδομένα από άλλα τμήματα.

Επεξεργασία Ερωτήσεων για Οριζόντιο κατατεμαχισμό SELECT AVG(S.age) FROM Sailors S WHERE S.rating > 3 AND S.rating < 7 Οι πλειάδες με rating < 5 στη Shanghai, >= 5 στοTokyo. Πρέπει να υπολογίσουμε SUM(age), COUNT(age) και στους δύο κόμβους. Αν το WHERE περιείχε μόνο S.rating>6, θα αρκούσε ο υπολογισμός σε έναν μόνο κόμβο.

Vertical partitioning (κάθετος κατακερματισμός) Οι στήλες ενός πίνακα χωρίζονται και αποθηκεύονται σε διαφορετικές τοποθεσίες είναι πολύ πιο δύσκολη αφού χωρίζονται τα πρωτεύοντα κλειδιά κτλ. χρησιμοποιείται κυρίως για περιπτώσεις όπου απαιτούνται άλλες διαδικασίες στα δεδομένα.

Επεξεργασία Ερωτήσεων για Κάθετο κατατεμαχισμό SELECT AVG(S.age) FROM Sailors S WHERE S.rating > 3 AND S.rating < 7 Τα πεδία sid και rating στη Shanghai, sname and age στοTokyo, tid και στους δύο κόμβους. Πρέπει πρώτα να ξανά-σχηματιστεί η σχέση με συνένωση στο tid, και μετά να υπολογιστεί η ερώτηση

Ενημέρωση Δεδομένων σε ΚΒΔ Πρωτόκολλο Επικύρωσης Δύο Φάσεων (Two Phase Commit Protocol 2PC) Ο κόμβος από τον οποίο ξεκίνησε μια δοσοληψία είναι ο συντονιστής (coordinate) -- οι υπόλοιποι κόμβοι που συμμετέχουν στην εκτέλεση της δοσοληψίας ορίζονται ως συμμετέχοντες (subordinates).

Πρωτόκολλο Επικύρωσης Δύο Φάσεων Αποτελείται από δύο στάδια : VOTING PHASE (στάδιο ψηφίσματος) COMMIT PHASE (στάδιο δέσμευσης) Παράδειγμα καθορισμού ραντεβού μεταξύ πολλών προσώπων.

Βάσεις Δεδομένων (ΚΒΔ) Κατανεμημένες Βάσεις Δεδομένων (ΚΒΔ) Δρ. Παναγιώτης Συμεωνίδης