dr inż. Stanisława Plichta

dr inż. Stanisława Plichta

INSTYTUT INFORMATYKI

INSTYTUT INFORMATYKI

konsultacje - pokój 144/8

konsultacje - pokój 144/8

wtorek 15-16

wtorek 15-16

środa 9-10

środa 9-10

BAZY DANYCH II

BAZY DANYCH II

BAZY DANYCH II

BAZY DANYCH II

LITERATURA

LITERATURA

•

R. Wrembel, B.Bębel, Oracle projektowanie

rozproszonych baz danych, Helion 2003

•

F.Greenwald, R.Stackowiak, J. Stern, Oracle

Database 11g Wydawnictwo Naukowe PWN

Warszawa 2009

•

S. Urman, R.Hardman, M. McLaughlin, ORACLE

DATABASE 11g Programowanie w języku PL/SQL,

Helion 2009

•

Lee Barney, Michael McLaughlin, Oracle

database, Tworzenie aplikacji internetowych w

Ajax i PHP, Helion 2010

Tematyka wykładów

Tematyka wykładów

•

Podstawowe pojęcia związane z rozproszonymi bazami
danych

•

Środowisko ORACLE

•

Struktura RDBMS ORACLE

•

Język PL/SQL

–

stałe

–

zmienne (proste, złożone)

–

obiekty – atrybuty obiektów

–

struktury sterujące

–

komunikacja z użytkownikiem

Tematyka wykładów

Tematyka wykładów

•

Zapytania w PL/SQL

•

INSERT, UPDATE, DELETE w PL/SQL

INSERT, UPDATE, DELETE w PL/SQL

•

Kursory (jawne, niejawne)

Kursory (jawne, niejawne)

•

Struktura bloku anonimowego

Struktura bloku anonimowego

•

Obsługa wyjątków

Obsługa wyjątków

•

Składowane programy PL/SQL

Składowane programy PL/SQL

•

Sekwencje

Sekwencje

•

Wyzwalacze

Wyzwalacze

•

Role

Role

•

Zapytania rozproszone

Zapytania rozproszone

•

Transakcje rozproszone

Transakcje rozproszone

Rozproszone bazy danych

Rozproszona baza danych

Rozproszona baza danych

logicznie powiązany zbiór danych (oraz

opis tych danych) współużytkowanych

przez wiele osób, fizycznie rozproszony w

sieci komputerowej

Rozproszony SZBD (RSZBD)

oprogramowanie umożliwiające

zarządzanie rozproszoną bazą danych oraz

sprawiające, że fakt rozproszenia danych

jest niewidoczny (przezroczysty) dla

użytkownika

Rozproszony system zarządzania

Rozproszony system zarządzania

bazą danych

bazą danych

Sieć

komputero

wa

BD

BD

BD

Węzeł 2

Węzeł 4

Węzeł 3

Węzeł 1



skalowalność

skalowalność



dostępność

dostępność



łatwość zarządzania

łatwość zarządzania



bezpieczeństwo

bezpieczeństwo

Charakterystyka rozproszonych

Charakterystyka rozproszonych

baz danych

baz danych

Przetwarzanie rozproszone

Przetwarzanie rozproszone

Sieć

komputero

wa

BD

Węzeł 2

Węzeł 4

Węzeł 3

Węzeł 1

Rozproszony system zarządzania

Rozproszony system zarządzania

bazą danych

bazą danych

Sieć

komputero

wa

BD

BD

BD

Węzeł 2

Węzeł 4

Węzeł 3

Węzeł 1

Cechy i własności rozproszonego

Cechy i własności rozproszonego

SZBD

SZBD

• Zbiór logicznie powiązanych współużytkowanych

danych

• Dane są podzielone na fragmenty (części)
• Poszczególne fragmenty mogą być powielane
• Fragmenty są rozmieszczone na różnych

komputerach

• Komputery są połączone za pomocą sieci

komunikacyjnej

• Dane znajdujące się w każdym z węzłów systemu

znajdują się pod kontrolą lokalnego SZBD

• Każdy lokalny SZBD może niezależnie uruchamiać

lokalne aplikacje

• Każdy SZBD jest wykorzystywany w co najmniej

jednej aplikacji globalnej

Zalety RSZBD

• Odzwierciedlenie struktury organizacyjnej
• większe możliwości współużytkowania danych

oraz lokalna autonomia

• zwiększenie dostępności danych
• większa wiarygodność
• większa wydajność systemu
• rozwój modularny

Wady RSZBD

• Złożoność
• Koszty
• Trudniejsze zapewnienie bezpieczeństwa
• Trudniejsza kontrola integralności
• Brak standardów
• Bardziej skomplikowane projektowanie bazy

danych

• modyfikacja danych rozproszonych (realizacja transakcji

rozproszonych)

• odtwarzanie poprawnego stanu bazy po awarii
• optymalizacja zapytań – bardziej złożona niż w przypadku

danych scentralizowanych

• kontrola współbieżnego dostępu do danych (zwłaszcza w

kontekście wielu kopii pojedynczej tabeli)

• potencjalna niejednorodność systemów lokalnych (modele

danych, języki zapytań, systemy operacyjne, platformy
sprzętowe)

Problemy r

Problemy r

ozproszonych baz danych

ozproszonych baz danych

Funkcje RSZBD

• Rozszerzone usługi komunikacyjne
• Rozszerzenie katalogu systemowego
• Przetwarzanie rozproszonych zapytań, ich

optymalizacja, dostęp do odległych danych

• Rozszerzona ochrona bezpieczeństwa

umożliwiająca stosowanie metod autoryzacji,

nadawanie praw dostępu do danych

rozproszonych

• Rozszerzona kontrola wielodostępu - zachowanie

spójności danych

• Rozszerzone możliwości odtwarzania danych po

awarii węzła oraz łączy komunikacyjnych

Architektura wzorcowa dla RSZBD

Globalny schemat konceptualny

Globalny schemat
zewnętrzny

Globalny schemat
zewnętrzny

DB

. . .

Globalny schemat
zewnętrzny

Schemat fragmentacji

Schemat alokacji

Lokalny schemat
odwzorowania

Lokalny schemat
konceptualny

Lokalny schemat
wewnętrzny

DB

Lokalny schemat
odwzorowania

Lokalny schemat
konceptualny

Lokalny schemat
wewnętrzny

DB

Lokalny schemat
odwzorowania

Lokalny schemat
konceptualny

Lokalny schemat
wewnętrzny

. . .

Komponenty rozproszonego

RSZBD

Sieć

komputero

wa

Węzeł 1

Węzeł 3

RSZBD

Komponent

komunikacyjn

y

Globalny katalog

systemowy

LSZBD

Komponent
Lokalny
komunikacyjny SZBD

DB

lokalny

katalog

systemowy

• Lokalny SZBD (LSZBD)

– odpowiada za kontrolę

lokalnych danych węzła. Posiada swój własny katalog

systemowy, który przechowuje informację o danych w

węźle sieci.

• Komponent komunikacyjny

(DC - data

communications component)

– oprogramowanie

umożliwiające wzajemne komunikowanie się wszystkich

węzłów. Zawiera informacje o wszystkich węzłach i

połączeniach między nimi.

• Globalny katalog systemowy (GSC global system

catalog)

– zawiera informacje związane z rozproszonym

charakterem systemu (schemat fragmentacji, replikacji,

alokacji). W systemie tym każdy węzeł posiada własny

lokalny katalog zawierający metadane dotyczące danych

przechowywanych w tym węźle.

• Komponent rozproszony SZBD -

jednostka sterująca

całym systemem

Architektura komponentów RSZBD

Architektura komponentów RSZBD

Rozproszone bazy danych

System zarządzania rozproszoną bazą danych

(SZRBD)

Zbiór narzędzi umożliwiający połączenie rozproszonych zasobów w

całość i udostępnianie ich użytkownikom

Architektura SZRBD:

• procesory danych

– odpowiedzialne za zarządzanie danymi w

poszczególnych węzłach

• procesor aplikacji

– koordynator dostępu do danych w różnych

węzłach

• oprogramowanie komunikacyjne

– dostarcza podstawowe

usługi do realizacji procesora aplikacji (np. JavaSpaces jako jedna

z implementacji modelu wirtualnie współdzielonej pamięci)

• Sposób odwzorowania logicznych jednostek

danych w odpowiadające im zbiory jednostek
fizycznych wraz z ich lokalizacją określa zawartość
globalnego katalogu (słownika, repozytorium)
RBD

• Zawartość globalnego katalogu stanowią:

– informacje o jednostkach fizycznych
– specyfikacje ograniczeń związanych z użyciem danych

(prawa dostępu, więzy integralności)

– informacje użyteczne w procesie optymalizacji zapytań

(np. parametry sprzętowe)

• Naturalny sposób realizacji globalnego katalogu –

odrębna baza danych

Globalny katalog danych

Globalny katalog danych

Projektowanie rozproszonych baz

danych

• Podejście top-down

– od ogółu do

szczegółu, począwszy od analizy wymagań

• Podejście bottom-up

– integracja

istniejących baz danych

Zasada przeźroczystości lokalizacji i rozproszenia:
zarówno miejsca, w których przechowuje się dane,
jak i zasady podziału bądź powielenia danych
powinny być ukryte przed użytkownikiem systemu
z rozproszoną bazą danych

Architektura schematów RBD

podejście top-down

Architektura schematów RBD

podejście top-down

• Schemat globalny

– reprezentuje logiczny model

danych, w którym występują logiczne jednostki

danych (wrażenie pojedynczej scentralizowanej bazy

danych)

• Schemat podziału

– obejmuje definicje fragmentów

RBD określone na podstawie kryterium rozproszenia;

fragmenty RBD reprezentują fizyczne jednostki

danych (przede wszystkim tabele lokalnych baz

danych)

• Schemat alokacji

– określa zasady dystrybucji

fragmentów RBD w sieci komputerowej (przydział

fragmentów do węzłów, ewentualne powielenie

fragmentu w kilku węzłach (replikacja – zgoda na

redundancję danych w postaci wielu kopii tego

samego fragmentu)

Typy rozproszenia danych

Typy rozproszenia danych

• Kryterium rozproszenia danych określone w

schemacie podziału prowadzi do:

– fragmentacji poziomej
– fragmentacji pionowej
– fragmentacji mieszanej

Fragmentacja pozioma

Fragmentacja pozioma

Fragmentacja pozioma

Fragmentacja pozioma

• Pojedynczy fragment logicznej jednostki danych

definiowany na podstawie operacji selekcji

• Schemat każdego fragmentu – identyczny ze

schematem logicznej jednostki danych

• Istnieje określony warunek logiczny (

dozór

), który

jest spełniony przez każdy rekord należący do
danego fragmentu; kryterium selekcji

• Operacja poprawnego scalenia fragmentów w

spójną całość

Fragmentacja pionowa

Fragmentacja pionowa

Fragmentacja pionowa

Fragmentacja pionowa

• Każdy fragment stanowi podzbiór atrybutów

logicznej jednostki danych definiowany za
pomocą operacji projekcji

• Warunek konieczny poprawnego zbudowania

zbioru rekordów odpowiadającego logicznej
jednostce danych – obecność klucza głównego w
każdym fragmencie

• Operacja poprawnego scalenia fragmentów w

spójną całość – równozłączenie

Fragmentacja pionowa

Fragmentacja pionowa

Oddzielenie od siebie grup atrybutów

reprezentujących informacje o tym samym

obiekcie, ale o różnym charakterze, które

może służyć

:

– ukryciu ich przed osobami nieupoważnionymi
– umożliwieniu ich współbieżnej modyfikacji

Fragmentacja mieszana

Fragmentacja mieszana

Fragmentacja jest procesem rozdzielenia

zbioru danych na kilka podzbiorów
(nazywanych fragmentami)

Fragmentacja danych

Fragmentacja danych

hybrydowa
(mieszana)

horyzontalna

(pozioma)

wertykal

na

(pionow

a)

Charakterystyka rozproszonych baz

Charakterystyka rozproszonych baz

danych

danych

FRAGMENTACJA

• aby polepszyć wydajność transakcji

oraz lokalność transakcji

􀂋

ALOKACJA

• aby zredukować koszt

przetwarzania transakcji

􀂋 REPLIKACJA

REPLIKACJA

• aby zwiększyć dostępność i

niezawodność

Alokacja jest procesem umieszczenia

każdego fragmentu w jednym lub

więcej miejscach (węzłach)

• alokacja bez redundancji

(porcjowa -

każdy fragment jest umieszczony

dokładnie w jednym węźle)

• alokacja z redundancją

(częściowa

lub pełna replikacja - każdy fragment

może być powielony w większej

liczbie węzłów)

Typy rozproszenia danych

Typy rozproszenia danych

Fragmentacje:

• przy przemyślanym rozproszeniu i alokacji

większość operacji będzie dokonywana na danych
lokalnych -mniejsze obciążenie sieci

(+)

• uzyskanie pełnego obrazu logicznej jednostki

danych wymaga zebrania w całość danych z wielu
węzłów

(–)

Replikacje:

• wystarczy dostęp do „najbliższej” kopii danych (np.

lokalnej), większa odporność na awarie węzłów

(+)

• konieczność aktualizacji każdej kopii dla

podtrzymania ich spójności

(–)

Typy rozproszenia danych – wady zalety

Typy rozproszenia danych – wady zalety

Idea fragmentacja poziomej, replikacji i alokacji

fragmentów

Architektura schematów RBD

podejście bottom-up

Architektura schematów RBD

podejście bottom-up

•

Schemat lokalny

– schemat fizyczny lokalnej bazy

danych, wyrażony w

lokalnym

języku i reprezentujący

lokalny

model danych

•

Schemat eksportu

– otrzymywany przez konwersję do

kanonicznego (wspólnego) modelu danych - zawiera

wybrane, udostępnione przez system lokalny elementy

(autonomia systemu lokalnego)

•

Wszystkie schematy eksportu są integrowane w schemat

globalny

•

Na bazie schematu globalnego można dla poszczególnych

użytkowników sformułować schematy zewnętrzne, które

tworzą mechanizm bezpieczeństwa –udostępnienie

konkretnego schematu zewnętrznego danemu

użytkownikowi ukrywa przed nim elementy, które nie

zostały zawarte w jego schemacie

System wielobazowy (multidatabase)

Przykład efektu podejścia bottom-up

• System utworzony przez integrację informacji z

wcześniej niezależnie od siebie funkcjonujących

baz lokalnych, nadzorowanych przez lokalne

systemy zarządzania bazą danych

• Użytkownik dysponuje mechanizmami dostępu do

danych rozproszonych dzięki

komponentowi

globalnemu

- formułuje zapytania globalne

• Włączenie lokalnej bazy danych do systemu

wielobazowego zwiększa zasięg dostępności

danych, nie powinno jednak mieć wpływu na jej

funkcjonowanie jako scentralizowanej bazy danych,

z której korzystają aplikacje lokalne (autonomia

systemu lokalnego)

Homogeniczne i heterogeniczne

RSZBD

•

Homogeniczne

Homogeniczne

– wszystkie węzły wykorzystują tę samą wersję

oprogramowania SZBD,

– projektowanie i zarządzanie proste,
– możliwy przyrostowy rozwój systemu

•

Heterogeniczne

Heterogeniczne

– węzły mogą wykorzystywać różne oprogramowanie

SZBD,

– różne modele danych (relacyjne, sieciowe, hierarchiczne,

obiektowe),

– konieczność tłumaczenia między protokołami i językami

stosowanymi przez różne SZBD,

– odwzorowania struktur danych,