Распределенные бд. понятие о трехуровневой архитектуре бд.

Распределённые базы данных (РБД) — совокупность логически взаимосвязанных баз данных, распределённых в компьютерной сети.

Основные принципы

РБД состоит из набора узлов, связанных коммуникационной сетью, в которой:

§ каждый узел — это полноценная СУБД сама по себе;

§ узлы взаимодействуют между собой таким образом, что пользователь любого из них может получить доступ к любым данным в сети так, как будто они находятся на его собственном узле.

Каждый узел сам по себе является системой базы данных. Любой пользователь может выполнить операции над данными на своём локальном узле точно так же, как если бы этот узел вовсе не входил в распределённую систему. Распределённую систему баз данных можно рассматривать как партнёрство между отдельными локальными СУБД на отдельных локальных узлах.

Фундаментальный принцип создания распределённых баз данных («правило 0»): Для пользователя распределённая система должна выглядеть так же, как нераспределённая система.

Фундаментальный принцип имеет следствием определённые дополнительные правила или цели. Таких целей всего двенадцать:

1. Локальная независимость. Узлы в распределённой системе должны быть независимы, или автономны. Локальная независимость означает, что все операции на узле контролируются этим узлом.

2. Отсутствие опоры на центральный узел. Локальная независимость предполагает, что все узлы в распределённой системе должны рассматриваться как равные. Поэтому не должно быть никаких обращений к «центральному» или «главному» узлу с целью получения некоторого централизованного сервиса.

3. Непрерывное функционирование. Распределённые системы должны предоставлять более высокую степень надёжности и доступности.

4. Независимость от расположения. Пользователи не должны знать, где именно данные хранятся физически и должны поступать так, как если бы все данные хранились на их собственном локальном узле.

5. Независимость от фрагментации. Система поддерживает независимость от фрагментации, если данная переменная-отношение может быть разделена на части или фрагменты при организации её физического хранения. В этом случае данные могут храниться в том месте, где они чаще всего используются, что позволяет достичь локализации большинства операций и уменьшения сетевого трафика.

6. Независимость от репликации. Система поддерживает репликацию данных, если данная хранимая переменная-отношение — или в общем случае данный фрагмент данной хранимой переменной-отношения — может быть представлена несколькими отдельными копиями или репликами, которые хранятся на нескольких отдельных узлах.

7. Обработка распределённых запросов. Суть в том, что для запроса может потребоваться обращение к нескольким узлам. В такой системе может быть много возможных способов пересылки данных, позволяющих выполнить рассматриваемый запрос.

8. Управление распределёнными транзакциями. Существует 2 главных аспекта управления транзакциями: управление восстановлением и управление параллельностью обработки. Что касается управления восстановлением, то чтобы обеспечить атомарность транзакции в распределённой среде, система должна гарантировать, что все множество относящихся к данной транзакции агентов (агент — процесс, который выполняется для данной транзакции на отдельном узле) или зафиксировало свои результаты, или выполнило откат. Что касается управления параллельностью, то оно в большинстве распределённых систем базируется на механизме блокирования, точно так, как и в нераспределённых системах.

9. Аппаратная независимость. Желательно иметь возможность запускать одну и ту же СУБД на различных аппаратных платформах и, более того, добиться, чтобы различные машины участвовали в работе распределённой системы как равноправные партнёры.

10. Независимость от операционной системы. Возможность функционирования СУБД под различными операционными системами.

11. Независимость от сети. Возможность поддерживать много принципиально различных узлов, отличающихся оборудованием и операционными системами, а также ряд типов различных коммуникационных сетей.

12. Независимость от типа СУБД. Необходимо, чтобы экземпляры СУБД на различных узлах все вместе поддерживали один и тот же интерфейс, и совсем необязательно, чтобы это были копии одной и той же версии СУБД.

[править]Типы распределённых баз данных

1. Распределённые базы данных

2. Мультибазы данных с глобальной схемой. Система мультибаз данных — это распределённая система, которая служит внешним интерфейсом для доступа ко множеству локальных СУБД или структурируется, как глобальный уровень над локальными СУБД.

3. Федеративные базы данных. В отличие от мультибаз не располагают глобальной схемой, к которой обращаются все приложения. Вместо этого поддерживается локальная схема импорта-экспорта данных. На каждом узле поддерживается частичная глобальная схема, описывающая информацию тех удалённых источников, данные с которых необходимы для функционирования.

4. Мультибазы с общим языком доступа — распределённые среды управления с технологией «клиент-сервер»

ПОНЯТИЕ ЦЕЛОСТНОСТИ ДАННЫХ. КЛАССИФИКАЦИЯ ОГРАНИЧЕНИЙ ЦЕЛОСТНОСТИ И ПРИЧИНЫ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ НАРУШЕНИЕ ОГРАНИЧЕНИЙ ЦЕЛОСТНОСТИ. СПОСОБЫ ЗАДАНИЯ И ПОДДЕРЖАНИЯ ОГРАНИЧЕНИЙ ЦЕЛОСТНОСТИ В СОВРЕМЕННЫХ СУБД.

Одним из основополагающих понятий в технологии баз данных является понятие целостности. В реляционной модели объекты реального мира представлены в виде совокупности взаимосвязанных отношений. Под целостностью будем понимать соответствие информационной модели предметной области, хранимой в базе данных, объектам реального мира и их взаимосвязям в каждый момент времени. Любое изменение в предметной области, значимое для построенной модели, должно отражаться в базе данных, и при этом должна сохраняться однозначная интерпретация информационной модели в терминах предметной области.

Только существенные или значимые изменения предметной области должны отслеживаться в информационной модели. Действительно, модель всегда представляет собой некоторое упрощение реального объекта, в модели мы отражаем только то, что нам важно для решения конкретного набора задач. Именно поэтому в информационной системе "Библиотека" мы, например, не отразили место хранения конкретных экземпляров книг, потому что мы не ставили задачу автоматической адресации библиотечных стеллажей. И в этом случае любое перемещение книг с одного места на другое не будет отражено в модели, это перемещение несущественно для наших задач. С другой стороны, процесс взятия книги читателем или возврат любой книги в библиотеку для нас важен, и мы должны его отслеживать в соответствии с изменениями в реальной предметной области. И с этой точки зрения наличие у экземпляра книги указателя на его отсутствие в библиотеке и одновременное отсутствие записи о конкретном номере читательского билета, за которым числится этот экземпляр книги, является противоречием, такого быть не должно. И в модели данных должны быть предусмотрены средства и методы, которые позволят нам обеспечивать динамическое отслеживание в базе данных согласованных действий, связанных с согласованным изменением информации.

Поддержка целостности в реляционной модели данных в ее классическом понимании включает в себя 3 аспекта.

Во-первых, это поддержка структурной целостности, которая трактуется как то, что реляционная СУБД должна допускать работу только с однородными структурами данных типа "реляционное отношение". При этом понятие "реляционного отношения" должно удовлетворять всем ограничениям, накладываемым на него в классической теории реляционной БД - отсутствие дубликатов кортежей, соответственно обязательное наличие первичного ключа, отсутствие понятия упорядоченности кортежей.

В стандарте SQL2 появилась возможность сравнивать не только конкретные значения атрибутов с неопределенным значением, но и результаты логических выражений сравнивать с неопределенным значением, для этого введена специальная логическая константа UNKNOWN. В этом случае операция сравнения выглядит как:

Ограничения целостности представляют собой утверждения о допустимых значениях отдельных информационных единиц и связях между ними.

Ограничения целостности могут относиться к разным информационным объектам: атрибутам, кортежам, отношениям, связям между ними и тому подобное.

Для полей (атрибутов) используются следующие виды ограничений:

• Тип и формат поля .

• Задание диапазона значений.

• Недопустимость пустого поля.

• Задание домена.

• Проверка на уникальность значения какого-либо поля. Ограничение позволяет избежать записей-дубликатов.

Ограничения, используемые только при проверке допустимости корректировки, называют ограничениями перехода .

Ограничения целостности, относящиеся к кортежам: здесь имеется в виду либо ограничение на значение всей строки, рассматриваемой как единое целое (естественным ограничением является требование уникальности каждой строки таблицы), либо ограничения на соотношения значений отдельных полей в пределах одной строки (например, значение поля «стаж» не должно превышать «возраст»).

Ограничения, проверяющие соотношения между записями одной таблицы, например, «год рождения матери» должен быть меньше, чем «год рождения ребенка»; нельзя быть родителем и ребенком одного и того же человека.

В качестве примера ограничений, относящихся ко всей таблице можно привести следующий. Предположим, что фонд заработной платы формируется исходя из величины средней заработной платы одного сотрудника, которая составляет 10 000 р. Тогда в качестве ограничения целостности таблицы может быть задано выражение, указывающее, что среднее значение поля «оклад» должно быть не больше 10 000.

Имеются ограничения, относящиеся к нескольким взаимосвязанным таблицам, например, ограничение целостности связи , которое выражается в том, что значение атрибута, отражающего связь между объектами и являющегося внешним ключом отношения, обязательно должно совпадать с одним из значений атрибута, являющегося ключом отношения, описывающего соответствующий объект. Например, в БД имеются три таблицы: «Преподаватели», «Дисциплины» и таблица, отражающая связь между преподавателями и дисциплинами: код преподавателя в последней из трех таблиц должен соответствовать одному их кодов в таблице «Преподаватели», а код дисциплины – значению соответствующего поля в таблице «Дисциплины».

Своеобразным видом ограничения является запрет на обновление . Он может относиться и к отдельному полю, и ко всей записи, и к целой таблице.

Ограничения целостности разделяют по моменту контроля за соблюдением ограничения – на одномоментные и отложенные. Отложенные ограничения целостности могут не соблюдаться в процессе выполнения какой-либо группы операций, но обязаны быть соблюдены по завершению выполнения этой группы операций.

Если какая-либо из операций транзакции не выполнена, то все выполненные ранее операции отменяются, и данные возвращаются к тому состоянию, которое они имели до начала выполнения транзакции. Примером может служить перевод денег с одного банковского счета на другой, состоящий из двух операций: удаление денег с одного счета и добавление такой же суммы денег на другой счет.

Ограничения целостности разделяют по способу задания – на явные и неявные. Неявные ограничения определяются спецификой модели данных и проверяются СУБД автоматически. Неявные ограничения обычно относятся к классу синтаксических ограничений в отличие от семантических ограничений целостности, обусловленных спецификой предметной области.

Понятие же целостности может относиться и к служебной информации.

Наряду с понятием целостности БД может быть введено понятие информационной целостности БнД, заключающееся в обеспечении правильности взаимосвязи всех его информационных компонентов.

ограничения целостности можно определить как специальные средства в базах данных, главное назначение которых - не дать попасть в базу недопустимым данным (например, предупредить ошибки пользователей при вводе данных).

Вначале - немного теории.

Все ограничения целостности можно разделить на три большие категории:

 первая категория - средства обеспечения доменной целостности. Они отвечают за то, чтобы в соответствующем поле базы данных были допустимые значения. Например, фамилия, как правило, должна состоять из букв, а почтовый индекс - из цифр. В базах данных такая целостность обычно обеспечивается условиями на значение, запретом пустых значений, триггерами и хранимыми процедурами, а также ключами;

 вторая категория - сущностная целостность. Главная задача здесь - сделать так, чтобы данные об одной сущности не попали в базу данных два раза. Обеспечивается ограничением уникальности и первичным ключом;

 третья категория - ссылочная целостность, обеспечивается системой первичных и внешних ключей. Например, при помощи этих средств можно гарантировать, что у нас не будет заказов, оформленных на покупателей, которых нет в базе данных.

Еще две большие категории, на которые можно поделить средства обеспечения целостности - средства декларативного и процедурного характера. Средства декларативного характера создаются как составные части объектов при их определении в базе данных (например, условие на значение при определении таблицы в базе данных). Средства процедурного характера (триггеры и хранимые процедуры) реализуются как отдельные программные модули. В общем случае декларативные ограничения менее функциональны, но более экономны с точки зрения ресурсов и наоборот.

Надо сказать, что наличие развитой системы ограничений целостности во многом определяет зрелость базы данных. Обычно проще сразу позаботиться о том, чтобы в базу данных не попадали неверные значения, чем потом их убирать из базы данных.