Adatbzisrendszerek elmleti alapjai 6 elads Osztott adatbzisok Osztott

Adatbázisrendszerek elméleti alapjai 6. előadás Osztott adatbázisok

Osztott adatbázisok Bevezetés Architektúrák Darabolás (fragmentálás) Sokszorosítás (replikálás) 2 PC (Kétfázisú commit protokoll) Globális és lokális zárkezelés 6. előadás 2

Bevezetés Elosztott számítás ◦ Autonóm számítási egységek összessége, melyek egy hálózatba vannak kötve, és egy közös feladat ellátásában működnek együtt. 6. előadás 3

Miért? Rendelkezésre állás több helyen ◦ Cég több telephellyel Megbízhatóság Válaszidő csökkentése Skálázhatóság 6. előadás 4

Mit osszunk el? Számítás logikája Ellátott funkciók Adat Vezérlés 6. előadás 5

Elosztott adatbázis Több, logikailag kölcsönösen összefüggő adatbázis gyűjteménye Számítógépes hálózat köti össze 6. előadás 6

Elosztott adatbázisrendszer Distributed DBMS Szoftverrendszer Elosztott adatbázist kezel Elosztottságot elrejti a felhasználó elől 6. előadás 7

Adatok kézbesítése Kézbesítés módja ◦ Pull-only, push-only, hibrid Gyakoriság ◦ Periodikus, feltételes, szabálytalan (ad-hoc) Módszer ◦ Unicast, one-to-many 6. előadás 8

Előnyök Elosztott adatok átlátszó kezelése Elosztott tranzakciók Nagyobb teljesítmény Könnyű bővíthetőség (skálázhatóság) 6. előadás 9

Átlátszóság fajtái Adatfüggetlenség ◦ Logikai ◦ Fizikai Hálózati átlátszóság ◦ Elhelyezkedési átlátszóság ◦ Elnevezési átlátszóság Sokszorosítás átlátszósága Fragmentáció átlátszósága 6. előadás 10

Átlátszóság helye DDBMS-ben Hozzáférési rétegen Operációs rendszerben 6. előadás 11

Tervezési problémák Elosztás ◦ Partícionálás ◦ Replikáció Teljesen vagy parciálisan replikált Könyvtárak kezelése Lekérdezések elosztása Konkurrenciavezérlés Holtpontok Megbízhatóság 6. előadás 12

Tervezési problémák 6. előadás 13

Architektúrák Rendszerkezetét jelenti Komponensek és funkcióik Komponensek közötti relációk Átfolyó adatok milyensége és a folyás vezérlése 6. előadás 14

Architektúra megadása Szabványosítás Referencia modellel adjuk meg 6. előadás 15

Referencia modell megadása Komponens alapú Funkcionális Adat központú 6. előadás 16

Példa: ANSI/SPARC 6. előadás 17

DDBMS megadása 6. előadás 18

Architektúra adatközpontú leírása 6. előadás 19

Multi. Database rendszerek (MDBS) Teljesen autonóm ◦ Nem tudják, hogy működjenek együtt ◦ Akár egymás létezéséről sem tudnak ◦ Akár nem is tudják, hogyan kommunikáljanak 6. előadás 20

Multi. Database rendszerek (MDBS) 6. előadás 21

Multi. Database rendszerek (MDBS) 6. előadás 22

Kliens-szerver architektúra 6. előadás 23

Kliens-szerver architektúra típusai Több kliens, egyetlen szerver Több kliens, több szerver ◦ Kliens oda kapcsolódik, ahol az adat (funkció, stb. ) van ◦ Kliens csak egy szerverrel kommunikál 6. előadás 24

Fragmentálás Lépések ◦ Fragmentáció ◦ Allokáció Irány ◦ Vízszintes – táblák sorainak szétosztása ◦ Függőleges – oszlopok szétosztása 6. előadás 25

Elosztás dimenziói 6. előadás 26

Elosztás dimenziói Megosztás szintje ◦ Nem osztunk meg semmit ◦ Csak adatokat ◦ Programokat is Hozzáférési minták viselkedése ◦ Statikus ◦ Dinamikus Tudás szintje 6. előadás 27

Elosztást befolyásolják Adatbázis ◦ Darabolás helyes megválasztása, darabok mérete Alkalmazások ◦ Hozzáférések fajtái, számosságuk és helyei (adat lokalizáció) Kommunikációs hálózat ◦ Sávszélesség, késleltetés, kommunikációs overhead Számítógépes rendszerrel kapcsolatos ◦ Tárolás költsége egy adott gépen ◦ Számítás költsége egy adott gépen 6. előadás 28

Miért fragmentáljunk? Teljes másolatok költségesek Általában nem szükséges a teljes adattábla minden alkalmazásnak Lekérdezésen belüli párhuzamosítás 6. előadás 29

Fragmentálás helyessége Teljesség ◦ felbontás esetén minden adatelem, ami R-ben megtalálható, szerepelnie kell egy van több Ri-ben Rekonstruálhatóság ◦ A fenti jelöléssel létezik egy operátor, melyre ◦ Diszjunktság ◦ 6. előadás 30

Allokálás Replikáció nélkül Replikációval ◦ Teljes replikációval ◦ Részleges replikációval 6. előadás 31

Replikáció Adatok redundáns tárolása az elosztott rendszer különböző helyein Növekedett rendelkezésre állás Csökkent válaszidő Jó skálázhatóság Szinkronizációs költségek 6. előadás 32

Replikáció típusai Teljes replikáció Részleges replikáció ◦ Lokális tranzakciók – nem replikált adatok 6. előadás 33

Konzisztencia Kölcsönösen konzisztens állapot ◦ Egy adat minden másolata megegyezik Erős ◦ Minden másolatnak meg kell egyeznie Gyenge ◦ Előbb-utóbb meg kell egyeznie (eventually consistent) 6. előadás 34

Globálisan nem sorosítható ütemezés (1) Kiinduló állapot konzisztens A tárolja x-et B tárolja x, y-t C tárolja x, y, z-t 6. előadás 35

Globálisan nem sorosítható ütemezés (2) 6. előadás 36

Globálisan nem sorosítható ütemezés (3) T 1 -nek le kell futnia A, B, C-n T 2 -nek csak B-n és C-n T 3 -nak csak C-n Egy lehetséges ütemezés: 6. előadás 37

Globálisan nem sorosítható ütemezés (4) Tranzakciók sorrendje ekkor: ◦ Hb esetén T 1, T 2 ◦ Hc esetén T 2, T 3, T 1 Globálisan nem sorosítható, de az adatbázis kölcsönösen konzisztens marad 6. előadás 38

1 SR – One-copy serializability Tranzakciók hatása a replikált adatokon olyan legyen, mintha egymagában futtattuk volna egy adaton Az ütemezés ekvivalens egy soros ütemezésével a nem-replikált adatoknak 6. előadás 39

Frissítések végrehajtása Központosított ◦ Master copy Single master Primary copy Elosztott ◦ Bármelyik másolat módosítható 6. előadás 40

Másolatok frissítése Mohó ◦ Szinkron frissítés, a tranzakcióknak meg kell várni, mire minden másolat frissül Lusta ◦ Aszinkron frissítés ◦ Inkonzisztencia veszélye 6. előadás 41

Replikáció átlátszósága Átlátszatlan ◦ Az alkalmazásnak tudnia kell, melyik adat melyik szerveren van Átlátszó ◦ A szerverek elfedik a replikációt 6. előadás 42

Mohó, centralizált, primary copy, korlátozott átlátszóság 6. előadás 43

Mohó, centralizált, primary copy, teljes átlátszóság 6. előadás 44

Mohó, elosztott 6. előadás 45

Lusta, centralizált 6. előadás 46

Kétfázisú commit (2 PC) A tranzakció commit fázisa két lépésből áll ◦ Minden résztvevő először rábólint, hogy mehet a tranzakció ◦ Csak ezután kerül véglegesítésre vagy abortálásra Pl. valahol deadlock-ot okozna a tranzakció ◦ Ekkor mindenhol Abort 6. előadás 47

Hogyan működik? Minden állomás naplózza saját eseményeit Van egy koordinátor állomás, ő hozza a végleges döntést ◦ Ha volt olyan állomás ami ABORT-t szeretne, akkor a végleges döntés ABORT legyen ◦ Ha minden állomás COMMIT-t szeretne, akkor a végleges döntés COMMIT legyen Az állomások üzeneteket küldenek egymásnak, ezt is naplózzák A végleges döntés után van hatása a műveleteknek 6. előadás 48

2 PC protokoll (1) A koordinátor saját naplójába (T, Felkészül) ◦ Ezt mindenhova elküldi (még magának is) Ha egy állomás megkapta az üzenetet, eldönti, hogy a nála COMMIT vagy ABORT lesz majd ◦ Ha COMMIT várható (már csak ez lenne hátra) (T, Készenáll) a saját naplóba koordinátornak elküldeni (T, Készenáll) –t ◦ Ha ABORT várható (T, ABORT-Legyen) a saját naplóba koordinátornak elküldeni (T, ABORT-Legyen)-t 6. előadás 49

2 PC protokoll (2) A koordinátor megkapja az üzeneteket ◦ Ha a koordinátor a (T, Készenáll)-t megkapta mindenkitől (T, COMMIT) a saját naplójába mindenhova elküldi a (T, COMMIT-Lesz)-t ◦ Ha a koordinátor a (T, ABORT-Legyen)-t kapta legalább egy állomástól (T, ABORT) a saját naplójába mindenhova elküldi a (T, ABORT-Lesz)-t 6. előadás 50

2 PC protokoll (3) A résztvevő megkapja a végleges döntést ◦ Ha egy állomás a (T, COMMIT-Lesz)-t kapja (T, COMMIT) ◦ Ha egy állomás a (T, ABORT-Lesz)-t kapja (T, ABORT) 6. előadás 51

Globális és lokális zárkezelés – zárak típusai Minden LOCK globális. ◦ Egyszerű modell, egy zárállomás tartja nyilván ezeket ◦ Egy LOCK 3 üzenet (igénylés, engedélyezés, feloldás) ◦ A zárállomás nagyon terhelt lehet Elsődleges példány ◦ Mindenből van egy elsődleges példány, zároláskor ehhez fordulunk ◦ Egy LOCK 3 üzenet (igénylés, engedélyezés, feloldás) ◦ Nem koncentrált a forgalom Osztott zárolások 6. előadás 52

Osztott zárak Nem lehet semelyik két tranzakciónak ugyanazon objektumon globális WLOCK-ja Ha egy tranzakciónak van globális WLOCK-ja az objektumon, egy másiknak sem lehet globális RLOCK Több tranzakciónak is lehet globáios RLOCKja egy objektumra Minden állomás az érvényes globális LOCK-ok figyelembevételével működik 6. előadás 53

RLOCK megszerzése Globális RLOCK A megszerzéséhez elég egy lokális RLOCK A ◦ Ha az i. állomás akar egy RLOCK Ai-t, nem kell üzenni Ha WLOCK Ai van, akkor elutasítjuk Ha semmi vagy RLOCK Ai, akkor engedélyezzük ◦ Engedélyezéskor felteszi az RLOCK Ai-t (globális RLOCK A is) 6. előadás 54

WLOCK megszerzése Globális WLOCK A megszerzéséhez kell minden WLOCK Ai ◦ Ha az i. állomás akar egy WLOCK Ai-t, akkor üzen minden másik állomásnak, ahol az Aj megtalálható Ha ezen állomáson RLOCK Aj vagy WLOCK Aj, elutasítja a kérést Különben engedélyezi ◦ Ha megjöttek a válaszok Ha mindenhonnan engedélyezés jött i. állomás felteszi a WLOCK Ai-t Mindenhova üzen, hogy WLOCK Aj (globális WLOCK A) 6. előadás 55

Többségi zárolás Globális RLOCK A megszerzéséhez kell, hogy legyen RLOCK Ai az Ai-k többségén Globális WLOCK A megszerzéséhez kell, hogy legyen WLOCK Ai az Ai-k többségén Nem tehetünk fel WLOCK Ai-t és RLOCK Ai-t és nem lehet két WLOCK Ai egyszerre 6. előadás 56

Többségi zárolás Legyen n, hogy hány példány van A-ból, illetve legyen Globális RLOCK A megszerzéséhez kell, hogy RLOCK Ai legyen legalább l db Ai-n Globális WLOCK A megszerzéséhez kell, hogy WLOCK Ai legyen legalább k db Ai-n 6. előadás 57