Функции и архитектура распределенной СУБД (РСУБД)

Следует ожидать, что типичная СУРБД (система управления реляционными базами данных) должна обеспечивать, по крайней мере, тот же набор функциональных возможностей, который был определен нами для цен­трализованных СУБД (см. юниту 1). Кроме того, СУРБД должна предоставлять следую­щий набор функциональных возможностей:

• расширенные службы установки соединений, обеспечивающие доступ к удаленным сайтам и позволяющие передавать запросы и данные между сайтами, входящими в сеть;

Рис. 14. Архитектура, рекомендуемая для СУРБД

• расширенные средства ведения каталога, позволяющие сохранять сведения о распределении данных в сети;

• средства обработки распределенных запросов, включая механизмы оптимизации запросов и организации удаленного доступа;

• расширенные функции управления параллельностью, позволяющие поддерживать целостность данных;

• расширенные функции восстановления, учитывающие возможность отка­зов в работе отдельных сайтов и отказов линий связи.

Архитектура РСУБД имеет множество отличий от архитектуры обычной СУБД, которые весьма сложно отразить в некотором эквивалентном архитектурном решении, приемлемом для большинства случаев. Однако было бы полезно найти некоторое рекомендуемое решение, учитывающее особенности работы с распределенными данными. Пример рекомендуемой архитектуры СУРБД представлен на рисунке 14. Он включает в себя следующие элементы:

– набор глобальных внешних схем;

– глобальную концептуальную схему;

– схему фрагментации и схему распределения;

– набор схем для каждой локальной СУБД.

Соединительные линии на схеме представляют преобразования, выполняемые при переходе между схемами различных типов. В зависимости от поддерживаемого уровня прозрачности некоторые из уровней рекомендуемой архитектуры могут быть опущены.

Глобальная концептуальная схема представляет собой логическое описание всей базы данных, представляющее ее так, как будто она не является распределенной. Этот уровень СУРБД содержит определения сущностей, связей, требований защиты и ограниче­ний поддержки целостности информации. Он обеспечивает физическую независи­мость данных от распределенной среды. Логическую независимость данных обеспе­чивают глобальные внешние схемы.

Схема фрагментации содержит описание логического распределения данных по разделам. Схема распределения является описанием расположения имеющихся данных. Эта схема учитывает все организованные в системе процессы репликации.

Каждая локальная СУБД имеет свой собственный набор схем. Локальная схема отображения используется для отображения фрагментов в схеме распределения во внутренние объекты локальной базы данных. Эти элементы являются зависимыми от типа используемой СУБД и служат основой для построения гетерогенных СУРБД.

Транзакции

Как уже упоминалось, транзакция – это одно действие или последовательность действий, выполняемых од­ним и тем же пользователем (или прикладной программой), осуще­ствляющим доступ к базе данных или изменение ее содержимого.

Транзакции представляют такие события реального мира, как, например, регистрация предлагаемого для сдачи в аренду объекта недвижимости, назначение встречи с потенциальным арендатором с целью осмотра некоторого объекта, прием на работу нового сотрудника или регистрация нового клиента. Все эти транзакции должны обращаться к базе данных с той целью, чтобы хранимые в ней данные всегда гаран­тированно соответствовали текущей ситуации в реальном мире, а также для удовле­творения информационных потребностей пользователей.

Транзакция может состоять из нескольких операций, подобных, например, переводу денег с одного счета на другой. Однако, с точки зрения пользователя, эти операции представляют собой единое задание. С точки зрения СУБД каждая транзакция перево­дит базу данных из одного непротиворечивого состояния в другое. СУБД обеспечивает непротиворечивость базы данных даже в случае возникновения сбоя. Кроме того, СУБД гарантирует, что после завершения транзакции все внесенные ею изменения будут на­дежно сохранены в базе данных целиком и полностью (без необходимости выполнения другой транзакции для устранения недостатков, возникших при выполнении первой транзакции). Если по какой-либо причине транзакция не будет завершена, СУБД га­рантирует, что все внесенные ею изменения будут отменены. В примере с банковским переводом денег это значит, что если деньги сняты (дебетованы) с одного счета и сбой транзакции произошел во время их помещения (кредитования) на другой счет, то СУБД отменит дебет первого счета. Если операции дебета и кредита поместить в от­дельные транзакции, то сразу после дебетования первого счета и завершения транзак­ции это изменение отменить будет нельзя, разве что только посредством запуска другой транзакции с кредитованием этого счета на снятую сумму.

Цель проектирования транзакций заключается в определении и документировании высокоуровневых характеристик всех транзакций, которые должны будут выполняться в разрабатываемой базе данных. Эту работу следует выполнить еще на на­чальной стадии проектирования, что позволит обеспечить поддержку всех требуемых транзакций со стороны логической модели данных. При этом очень важно, чтобы ха­рактеристики всех транзакций были зафиксированы в документации. Существует несколько методов описания высокоуровневых характеристик транзакций. Наиболее важные из них следующие:

– данные, которые используются транзакцией;

– функциональные характеристики транзакции;

– выходные данные, формируемые транзакцией;

– степень важности транзакции для пользователей;

– предполагаемая интенсивность использования.

Имеется три основных типа транзакций: транзакции извлечения, транзакции обновления и смешанные транзакции.

•Транзакции извлечения используются для выборки некоторых данных с целью отображения их на экране или помещения в отчет. Примером тран­закции извлечения является поиск и отображение подробных сведений об объекте недвижимости (по заданному номеру объекта).

•Транзакции обновления используются для вставки новых, удаления старых или же изменения уже существующих записей базы данных. Приме­ром транзакции обновления является внесение в базу подробных сведений о новом объекте недвижимости.

•Смешанные транзакции включают в себя как операции извлечения, так и опера­ции обновления данных. Примером смешанной транзакции является поиск и отображение подробных сведений об объекте недвижимости (по заданному номеру объекта) с последующим изменением месячной арендной платы.

Структура каждой транзакции строится на основании имеющейся спецификации требований пользователей. Для создания этой спецификации разработано множество методов, включающих специальную систему для определения нужных пользователям транзакций. Подобные транзакции могут представлять собой сложные операций, которые в результате анализа раскладываются на несколько более простых операций, каждая из которых представляет собой отдельную транзакцию.

Любая транзакция всегда должна переводить базу данных из одного согласованного состояния в другое, хотя допускается, что согласованность состояния базы будет нарушаться в ходе выполнения транзакции. Любая транзакция завершается одним из двух возможных способов. В случае успешного завершения результаты транзакциификсируются (commit) в базе данных, последняя переходит в новое согласованное состояние. Если выполнение транзакции не увенчалось успехом, она отменяется. В этом случае в базе данных должно быть восстановлено то согласованное состояние, в котором она находилась до начала данной транзакции. Этот процесс называется откатом (roll back) транзакции. Зафиксированная транзакция не может быть отменена. Если оказывается, что зафиксированная транзакция была ошибочной, потребуется выполнить другую транзакцию, отменяющую действия, выполненные первой транзакцией. Эту транзакцию называюткомпенсирующей. Следует отметить, что отмененная транзакция может быть еще раз запущена позже и в зависимости от причин предыдущего отказа вполне успешно завершена и зафиксирована в базе данных.

Никакая СУБД не обладает внутренней возможностью установить, какие именно изменения должны быть восприняты как единое целое, образующее одну логическую транзакцию. Следовательно, должен существовать метод, позволяющий указывать границы каждой из транзакций извне, со стороны пользователя. В большинстве язков манипулирования данными для указания границ отдельных транзакций используются операторы BEGIN TRANSACTION, COMMIT и ROLLBACK (или их эквиваленты). Если эти ограничители не были использованы, вся выполняемая программа расценивается как единая транзакция. СУБД автоматически выполнит команду COMMIT при нормальном завершении этой программы. Аналогично в случае ее аварийного завершения в базе данных автоматически будет выполнена команда ROLLBACK.

Существуют некоторые свойства, которыми должна обладать любая из транзакций. Ниже представлены четыре основных свойства (ACID – аббревиатура, составленная из первых букв их английских названий).

• Атомарность. Это свойство типа “все или ничего”. Любая транзакция представляет собой неделимую единицу работы, которая может быть либо выполнена вся целиком, либо не выполнена вовсе.

• Согласованность. Каждая транзакция должна переводить базу данных из одного согласованного состояния в другое согласованное состояние.

• Изолированность. Все транзакции выполняются независимо одна от другой. Другими словами, промежуточные результаты незавершенной транзакции не должны быть доступны другим транзакциям.

• Продолжительность. Результаты успешно завершенной (зафиксированной) транзакции должны сохраняться в базе данных постоянно и не должны быть утеряны в результате последующих сбоев.