БАЗЫ ДАННЫХ часть II Распределенные и параллельные системы управления базами данных. - презентация

1 БАЗЫ ДАННЫХ часть II Распределенные и параллельные системы управления базами данных

2 Распределенные и параллельные СУБД Возможные архитектуры баз данных

3 Распределенные и параллельные СУБД сервер клиент I Наиболее популярна в настоящее время архитектура клиент-сервер, когда множество машин-клиентов осуществляют доступ к одному серверу баз данных.

4 Распределенные и параллельные СУБД сервер клиент сервер II Архитектура типа много-клиентов/много-серверов, когда база данных размещена на множестве серверов, которым, для того чтобы вычислить результат пользовательского запроса или выполнить транзакцию, необходимо взаимодействовать друг с другом. Каждая клиентская машина имеет свой "домашний" сервер; ему она направляет пользовательские запросы. Взаимодействие серверов друг с другом прозрачно для пользователей.

5 Распределенные и параллельные СУБД клиент III В истинно распределенной СУБД клиентские и серверные машины не различаются. В идеале каждый узел может выступать и как клиент, и как сервер. Такие архитектуры, тип которых определяют как равный-к-равному, требуют сложных протоколов управления данными, распределенными по множеству узлов.

6 Распределенные и параллельные СУБД Архитектуры параллельных систем варьируются между двумя крайними точками, называемыми архитектура без разделяемых ресурсов и архитектура с разделяемой памятью. Промежуточную позицию занимает архитектура с разделяемыми дисками.

7 Распределенные и параллельные СУБД В случае неразделения ресурсов каждый процессор имеет эксклюзивный доступ к собственной оперативной памяти и к набору дисков. Архитектуры без разделяемых ресурсов обладают тремя важнейшими преимуществами: низкие затраты, расширяемость, высокая доступность Наиболее существенные проблемы - сложность реализации и (потенциальные) трудности соблюдения баланса загрузки.

8 Распределенные и параллельные СУБД Подход, основанный на разделении памяти, заключается в том, что каждый процессор посредством быстрых линий связи (высокоскоростных шин или кросс-панельных коммутаторов) соединен со всеми модулями памяти и дисковыми устройствами. Сильные стороны - простота и хороший баланс загрузки. Наиболее существенные проблемы - стоимость, ограниченная расширяемость, невысокая надежность.

9 Распределенные и параллельные СУБД В системах с разделяемыми дисками каждый процессор имеет доступ к любому дисковому устройству посредством специальных соединений и эксклюзивный доступ к своей собственной оперативной памяти. Преимущества: низкие затраты, расширяемость, хороший баланс загрузки, высокая доступность, простота миграции с однопроцессорных систем. Трудности: сложность системы, потенциальные проблемы производительности.

10 Распределенные и параллельные СУБД Обработка и оптимизация запросов

11 Распределенные и параллельные СУБД Обработка запроса - это процесс трансляции декларативного определения запроса в операции манипулирования данными низкого уровня. Стандартным языком запросов, поддерживаемым современными СУБД, является SQL. Оптимизация запроса - это процедура выбора "наилучшей" стратегии для реализации запроса из множества альтернатив.

12 Распределенные и параллельные СУБД Для централизованной СУБД весь процесс состоит обычно из двух шагов: SQL запрос декомпозиция запроса оптимизация запроса Выполнение

13 Распределенные и параллельные СУБД Декомпозиция запроса - это трансляция его с языка SQL в выражение реляционной алгебры. В ходе декомпозиции запрос подвергается семантическому анализу; при этом некорректные запросы отвергаются, а корректные упрощаются. Упрощенный запрос преобразуется в алгебраическую форму.

14 Распределенные и параллельные СУБД "Качество" алгебраического выражения определяется исходя из объема затрат, необходимых для его вычисления. SQL-запрос транслируется в какое-нибудь выражение, а затем, применяя правила эквивалентных алгебраических преобразований, получают из него другие алгебраические преобразования, пока не будет найдено "наилучшее". При поиске "наилучшего" выражения используется функция стоимости, в соответствии с которой вычисляется сумма затрат, необходимых для выполнения запроса. Этот процесс и называется оптимизацией запросов.

15 Распределенные и параллельные СУБД В распределенной СУБД : SQL запрос оптимизация запроса Выполнение локализация данных глобальная оптимизация запроса декомпозиция запроса

16 Распределенные и параллельные СУБД Исходной информацией для локализации данных служит алгебраическое выражение, полученное на этапе декомпозиции запроса. В этом выражении фигурируют глобальные отношения без учета их фрагментации или распределения. Сущность данного шага заключается в том, чтобы локализовать участвующие в запросе данные, используя информацию об их распределении. При этом выявляются фрагменты, реально участвующие в запросе, а запрос преобразуется к форме, где операции применяются уже не к глобальным отношениям, а к фрагментам.

17 Распределенные и параллельные СУБД Распределенные отношения реконструируются путем применения инверсии правил фрагментации. Это называется программой локализации. Таким образом, на этапе локализации данных запрос заменяется программой локализации; фрагментный запрос затем упрощается и реструктурируется, пока не будет получено "хорошее" выражение. Как и в шаге декомпозиции, окончательный "хороший" фрагментный запрос может быть еще далек от оптимального; данный процесс лишь исключает "плохие" алгебраические выражения.

18 Распределенные и параллельные СУБД Цель глобальной оптимизации - найти стратегию выполнения запроса, близкую к оптимальной. Стратегию выполнения распределенного запроса можно выразить в терминах операций реляционной алгебры и коммуникационных примитивов (операций "послать"/"получить"), описывающих пересылки данных между узлами. Однако проведенные оптимизации на предыдущих этапах не зависели от характеристик фрагментов; еще не учтены коммуникационные операции. Путем перестановок операций в рамках фрагментного запроса можно получить множество эквивалентных планов его выполнения. Оптимизация запроса заключается в нахождении "наилучшего" из множества возможных планов, исследованных оптимизатором.

19 Распределенные и параллельные СУБД Пространство поиска - это множество альтернативных планов выполнения исходного запроса. Модель стоимости - это способ оценить стоимость реализации заданного плана. Стратегия поиска - это способ обхода пространства поиска и выбора наилучшего плана. Пространство поиска Модель стоимости Стратегия поиска Оптимизатор запросов

20 Распределенные и параллельные СУБД В распределенной среде функция стоимости, часто определяемая в единицах времени, оценивает затраты вычислительных ресурсов, таких как дисковое пространство, число обменов с дисками, время CPU, коммуникации и т. д. Обычно это некоторая взвешенная сумма затрат ввода- вывода, CPU и коммуникаций. В распределенных СУБД применяется упрощенный подход, когда в качестве наиболее значимых рассматриваются лишь коммуникационные затраты.

21 Распределенные и параллельные СУБД Внутриоперационный параллелизм достигается за счет выполнения операции сразу на нескольких узлах многопроцессорной машины. Множество узлов, на которых хранится отношение, называется домашним множеством. Домашним множеством узлов операции называется множество узлов, на которых она выполняется; оно должно совпадать с домашними множествами узлов ее операндов, для того чтобы операция имела доступ к своим исходным данным.

22 Распределенные и параллельные СУБД Межоперационный параллелизм имеет место, когда одновременно выполняются две или более операции, независимые или связанные общим потоком данных. Термином поток данных мы обозначаем форму параллелизма, реализуемую методами конвейерной обработки. При независимом параллелизме операции выполняются одновременно или в произвольном порядке. Независимый параллелизм возможен, только если операции не содержат в качестве операндов общих данных.

23 Распределенные и параллельные СУБД ВОПРОСЫ ?