04.BD.INTR.Bases de dades distribuides

Introducció a les bases de dades - Tema 0 – Introducció

Autor: Miquel Boada Artigas

Bases de dades distribuides (BDD)

Autor: Miquel Boada Artigas

Data última modificació: 30/09/2016

Pàgina 1 de 13

Introducció a les bases de dades - Tema 0 – Introducció

Autor: Miquel Boada Artigas

Bases de dades distribuides (BDD)

Introducció.....................................................................................................................3 BDD Homogènies...........................................................................................................3 Fragmentació.................................................................................................................4 Fragmentació horitzontal...........................................................................................4 Fragmentació vertical................................................................................................5 Fragmentació mixte...................................................................................................6 Replicació.......................................................................................................................7 Replicació síncrona i asíncrona..................................................................................7 Transaccions distribuides...............................................................................................8 Transacció local..........................................................................................................8 Transacció global........................................................................................................8 Gestor de transaccions i coordinador de transaccions..................................................8 Gestor de transaccions..............................................................................................8 Coordinador de transaccions......................................................................................8 Coordinador de transaccions – únic vs distribuit....................................................9 Coordinador de transaccions únic..........................................................................9 Coordinador de transaccions distribuit...................................................................9 Disseny de BDD...........................................................................................................10 Disseny ascendent...................................................................................................10 Disseny descendent.................................................................................................11 Característiques bases de dades distribuïdes..............................................................12 Webgrafia........................................................................................................................13

Data última modificació: 30/09/2016

Pàgina 2 de 13

Introducció a les bases de dades - Tema 0 – Introducció

Autor: Miquel Boada Artigas

Introducció Les bases de distribuides són aquelles que tenen la informació fragementada en diverses parts ubicades en servidors distribuits de forma geogràfica. Per tal que una base de dades pugui ser considerada distribuida cal que compleixi una sèrie de condicionants: • No poden compartir cap component de hardware. Per exemple, una base de dades que emmagatzema informació en varios discos , siguin o no remots, no és una base de dades distribuida. • S'administren de forma separada.

BDD Homogènies Les bases de dades distribuides homogènies són aquelles que comparteixen: • El mateix sistema gestor de bases de dades (software). • La representació de la informació és la mateixa per a tots els llocs. • Cada lloc sap de l'existència dels altres llocs. Les bases de dades homogènies es caracteritzen per tenir una única base de dades lògica però moltes bases de dades físiques. Una base de dades distribuida serà heterogènia quan no es compleixi alguna de les condicions anteriors. La gestió de les BDD heterogènies és molt complexe i normalment són resultat de la fusió de grans empreses on cada una d'elles disposa ja d'un sistema complex de base de dades. En aquest tipus de bases de dades cal aconseguir que els diferents sistemes gestors de bases de dades involucrats cooperin entre ells. Imatge 1: Exemple sistema distribuit

Data última modificació: 30/09/2016

Pàgina 3 de 13

Introducció a les bases de dades - Tema 0 – Introducció

Autor: Miquel Boada Artigas

Fragmentació Segons la forma en què la informació estigui dividida es parla de bdd horitzontals, verticals o mixtes.

Fragmentació horitzontal En la fragmentació horitzontal la informació es distribueix per registres. Així, per exemple, si tinc la informació de N treballadors , X de Barcelona i Y de Girona i disposo d'un servidor de base de dades a Girona i un altre a Barcelona, en el servidor de Barcelona s'emmagatzemarien la informació del X treballadors de Barcelona, mentre que en el de Girona s'ubicaria la informació dels altres Y. Un dels criteris que cal utilitzar en la fragementació horitzontal és la d'ubicar la informació aprop dels llocs on serà utilitzada. En aquest cas, és normal pensar que la informació dels treballadors de Barcelona serà accedida des de les oficines de Barcelona i els de Girona des de les oficines de Girona. Imatge 2: Fragmentació hortizontal

Data última modificació: 30/09/2016

Pàgina 4 de 13

Introducció a les bases de dades - Tema 0 – Introducció

Autor: Miquel Boada Artigas

Fragmentació vertical La fragmentació vertical consisteix en dividir un registre en parts més petites. Cada una d'aquestes parts pot estar ubicada en un o varis servidors. En la nostra taula de treballadors , una de les opcions seria tenir una seu central on hi hagin els salaris de tots els treballadors, però la resta d'informació està a les delegacions.

Imatge 3: Fragmentació vertical

Data última modificació: 30/09/2016

Pàgina 5 de 13

Introducció a les bases de dades - Tema 0 – Introducció

Autor: Miquel Boada Artigas

Fragmentació mixte La fragmentació mixte és el resultat d'aplicar tant la fragmentació horitzontal com la fragmentació vertical a les dades. Imatge 4: Fragmentació mixte

Data última modificació: 30/09/2016

Pàgina 6 de 13

Introducció a les bases de dades - Tema 0 – Introducció

Autor: Miquel Boada Artigas

Replicació Per tal d'agumentar la disponibilitat dels sistemes distribuits, s'apliquen polítiques de rèpliques entre els diferents llocs. Una rèplica consisteix en duplicar una informació i mantenir-la sincronitzada al llarg del temps, de forma que si canvia aquella informació en un lloc, és necessari canviar-la també a la resta de llocs on es va duplicar. El benefici de les rèpliques no és tan sols la major disponibilitat del sistema, sinó que també fan que les consultes siguin més eficients: es redueix el nombre de transaccions globals. No tot són avantatges en la replicació de dades: ✗ Actualització de dades menys eficients. Quan es modifica una dada cal que es modifiqui a tots els llocs on està replicada. Aquest procés augmenta el tràfic de la xarxa i consumeix els recursos propis dels sistemes que intervenen en la rèplica. ✗ Verificació de les dades. Finalitzat el procés de rèplica cal fer un segon procés per a garantir que la rèplica s'ha efectuat de forma correcte a tots els llocs i, en cas contrari, actuar en conseqüència.

Replicació síncrona i asíncrona La replicació pot ser de dos tipus, síncrona o asíncrona segons el momen en què s'inicia el procés. La replicació síncrona és aquella que es produeix de forma immediata a l'actualització de la informació. En el cas que la replicació no es faci de forma immediata serà asincrona.

Data última modificació: 30/09/2016

Pàgina 7 de 13

Introducció a les bases de dades - Tema 0 – Introducció

Autor: Miquel Boada Artigas

Transaccions distribuides Quan s'utilitzen bases de dades distribuides cal tenir en compte que una transacció pot ser resolta utilitzant només els recursos d'un sistema gestor de base de dades o bé precisa de més d'un sistema gestor de base de dades per a obtenir la informació. Per exemple, en la imatge número 15, per a obtenir els sous de tots els treballadors i totes les seves dades la consulta s'ha de distribuir pels 3 sistemes gestors de bases de dades.

Transacció local Una transacció és local quan es pot executar accedint només al sistema gestor on està connectat l'usuari. Per exemple, si els ordinadors assignats a BCN executen una consulta per obtenir el telèfon de l'Anna de BCN, és una transacció local. Si es vol obtenir el salari de l'Anna, la transacció no és local ja que cal accedir a un SGBD diferent al que està assignat l'equip que executa la consulta.

Transacció global Una transacció és global quan no és local: el SGBD associat a l'equip no pot resoldre la transacció per si sol i cal que es coordini amb un o més SGBD per a poder finalitzar la transacció.

Gestor de transaccions i coordinador de transaccions Les bases de dades centralitzades disposen d'un gestor de transaccions , que té la funcionalitat de garantir que la transacció es realitzi de forma correcte. En les bases de dades distribuides es continua mantenint aquest element , ja que el sistema ha de continuar processant les transaccions locals, apart de les remotes.

Gestor de transaccions Les funcions del gestor de transaccions de les BDD són les mateixes que ja tenia aquest element en les bases de dades centralitzades: • Execució de les transaccions. • Registre històric: és la base per a poder recuperar una transacció en el cas que hi hagi algun «imprevist». • Control de concurrència i implementació de bloquejos.

Coordinador de transaccions La funció del coordinador de les transaccions és la de donar suport a les transaccions globals. Cal tenir en compte que una transacció pot haver-se realitzat en un servidor de forma total, en un altre de forma parcial (perquè encara no l'ha pogut finalitzar) mentre que en un altre SGBD hi ha hagut un problema i la transacció no es pot dur a terme. La coherència de les dades ara ja no és només a nivell d'una base de dades, sinó que cal garantir la coherència de dades entre tots els SGBD involucrats. Les funcions que té assignades el coordinador de transaccions són: • Divisió de la transacció. La transacció pot ser local o global. En aquest últim cas, cal determinar quins SGBD hi ha implicats i quina part de la transacció haurà d'executar cada SGBD

Data última modificació: 30/09/2016

Pàgina 8 de 13

Introducció a les bases de dades - Tema 0 – Introducció

•

•

•

•

Autor: Miquel Boada Artigas

Coordinació amb els SGBD afectats. Abans d'iniciar la transacció en qualsevol SGBD cal verificar que tots els SGBD afectats estan operatius i podran realitzar l'operació. En cas que no sigui així, la transacció no es pot iniciar. Distribució de la transacció Si la transacció es pot executar en tots els SGBD necessaris, cada un d'ells ja pot començar la seva execució. Coordinació finalització de la transacció. Els diversos SGBD han de comunicar al coordinador inicial de la transacció que han finalitzat amb la seva part de la transacció. Finalització de la transacció Si la transacció ha finalitzat de forma correcte a tots els llocs, cal notificar-los que poden tancar la transacció. Si hi ha hagut algun error en algun lloc en l'execució de la transacció, serà precís cancel·lar totes les transaccions executades en els diversos llocs per tal que la informació sigui coherent.

Coordinador de transaccions – únic vs distribuit Una de les preguntes que ens hem de fer quan es monta un sistema de bases de dades distribuït és com volem implementar la coordinació de les diferents transaccions i en última instància els bloquejos a realitzar. En aquest sentit hi ha dues possibilitats: 1. Un únic coordinador principal. 2. Un coordinador de transaccions per a cada lloc. Coordinador de transaccions únic El coordinador de transaccions únic implica que un dels llocs tindrà instal·lat el software que coordinarà les transaccions dels diferents llocs. Evidentment, aquest equip i el canal de comunicació hauran d’estar degudament dimensionats per poder fer front a totes les peticions. ✔ Simplicitat Es disposa de tota la informació per a prendre decisions sense necessitat de comunicar-se amb els altres llocs. ✗ Vulnerabilitat Tot el sistema de transaccions depèn d’un únic equip. Coordinador de transaccions distribuit Cada un dels llocs disposa d’un coordinador de transaccions propi. ✔ Disponibilitat En el cas que un lloc caigui, la resta pot continuar funcionant amb normalitat. ✔ S’eviten colls d’ampolla Les peticions queden distribuides entre els diferents llocs, a diferència del coordinador de transaccions únic on totes les transaccions es concentren en un únic lloc. ✗ Complexitat Cal que els diferents coordinadors de transaccions estiguin en comunicació entre ells per a prendre les decisions. Data última modificació: 30/09/2016

Pàgina 9 de 13

Introducció a les bases de dades - Tema 0 – Introducció

Autor: Miquel Boada Artigas

Disseny de BDD Per a 1. 2. 3.

dissenyar una base de dades centralitzada cal pensar en: Determinar la informació que es vol emmagatzemar. Determinar com agrupar les diferents dades. Determinar la naturalesa de cada una de les dades: texte, números enters, números reals, data, imports monetaris... 4. Relacions entre les diferents unitats d’informació Quan es vold dissenyar una base de dades distribuida, apart d’aquests punts, cal tenir en compte també: 1. Llocs on implementar la base de dades. 2. Fragmentació a realitzar. 3. Distribució de la informació en els diversos llocs. 4. Configuració de la replicació. Per afrontar la complexitat les bases de dades distribuides es proposen dues metodologies de disseny

Disseny ascendent El disseny ascendent es realitza quan ja hi ha una infraestructura de bases de dades centralitzades. En aquest cas, es sol aprofitar el coneixement del sistema ja existent per tal de crear el nou disseny, o aprofitar els SGBD ja existents per a crear el sistema distribuit com a capa superior. Normalment es sol conservar l’ubicació originària de les dades i l’estructura de la informació ja existent. ✔ Menys complexitat d’implementació El sistema ja està provat (de forma centralitzada) i és conegut pels usuaris. Es redueix la possibilitat d’error. ✔ No cal realitzar cap procés de transformació de les dades. La informació del sistema antic és vàlida ja que realment no es fa un redisseny, sinó que simplement es canvia l’arquitectura del sistema. ✗ El resultat final és un sistema distribuit heterogeni. ✗ No es resolen els problemes del sistema anterior a nivell d’estructura de dades.

Data última modificació: 30/09/2016

Pàgina 10 de 13

Introducció a les bases de dades - Tema 0 – Introducció

Autor: Miquel Boada Artigas

Disseny descendent El disseny descendent consisteix en redefinir tot el sistema montant el nou sistema a partir dels requeriments:quina informació es vol gestiornar i quins són els objectius del sistema. El disseny descendent comporta la creació de sistemes homogenis, ja que no s’aprofita l’estructura de la informació. ✔ Implantació d’un sistema homogeni. Un sistema homogeni sempre és més fàcil de mantenir i facilita la coordinació entre els diferents llocs sense necessitat de processos intermitjos. ✔ Millor sistema El redisseny del sistema permet crear un nou model de la informació aprofitant l’experiència del disseny anterior, podent millorar els punts dèbils sense haver de renunciar als punts forts. ✗ Cal realitzar processos de transformació de les dades Al modificar l’estructura en què estan organitzades les dades, cal realitzar processos ja existents per a poder aprofitar les dades ja existents en el sistema vell. ✗ Resistència de l’usuari Normalment les eines que utilitza l’usuari s’hauran de modificar per adaptar-les a la nova estructura de la informació.

Data última modificació: 30/09/2016

Pàgina 11 de 13

Introducció a les bases de dades - Tema 0 – Introducció

Autor: Miquel Boada Artigas

Característiques bases de dades distribuïdes Les avantatges dels sistemes gestors de bases de dades distribuits venen donats bàsicament per la fragmentació i el major nombre d'equips. Cal dir que les avantatges citades s'aconsegueixen únicament si la fragmentació de les dades s'ha realitzat de forma correcte. ✔ Millora en les transaccions Si les transaccions són locals, el sistema és molt més eficient que el sistema centralitzat pel menor nombre de dades a consultar i per la menor càrrega del mateix SGBD. Es redueixen també els colls d'ampolla al distribuir-se les peticions entre els diferents servidors disponibles. ✔ Escalable El sistema és fàcilment escalable, ja que si es necessiten més SGBD per a millorar el rendiment global, només cal configurar-los i connectar-los al sistema. ✔ Disponibilitat En el cas que caigui un servidor, els usuaris poden continuar treballant amb la resta de servidors disponibles. L'accés a la informació normalment és total, ja que la informació normalment està emmagatzemada entre varis SGBD. El rendiment, sobretot pels usuaris afectats, depenent de la qualitat de la xarxa de comunicació, de l'ocupació del canal... ✗ Complexitat La distribució de les dades fa que el sistema sigui molt complexe per: bloquejos, replicació de les dades, actualitzacions de la informació, còpies de seguretat... ✗ Major infraestructura/cost Manteniment dels equips, llicències de software (si són necessàries), realització de còpies ... són costos que es multipliquen pel nombre de servidors utilitzats. ✗ Espai en disc La duplicació de dades per a mantenir els elements identificats i la pròpia duplicació per a garantir la disponibilitat generen una sobreocupació de l'espai en els suports d'emmagatzematge. Cal dir que el cost dels suports d'emmagatzematge cada vegada són més insignificatius per la davallada de la relació preu/capacitat.

Data última modificació: 30/09/2016

Pàgina 12 de 13

Introducció a les bases de dades - Tema 0 – Introducció

Autor: Miquel Boada Artigas

Webgrafia https://www.dlsweb.rmit.edu.au/toolbox/knowmang/content/models/network_model.htm http://osm.cs.byu.edu/CS452/supplements/FileOrg.pdf http://robotica.uv.es/pub/Libro/PDFs/CAPI6.pdf http://www.comphist.org/computing_history/new_page_9.htm https://www.seas.upenn.edu/~zives/03f/cis550/codd.pdf https://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_relacional#Ventajas

Data última modificació: 30/09/2016

Pàgina 13 de 13