Tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu

Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

TIỂU LUẬN MÔN HỌC
HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN
GVHD : PGS. TS. Lê Văn Sơn
HVTH : Đinh Duy Khánh
LỚP : Cao học khóa 11 (2012 - 2014)
Lời nói đầu
Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 1
Đà Nẵng, tháng 7/2014
Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu
Ngày nay, các thông tin quan trọng được lưu trữ trên mạng càng nhiều và thường
xuyên được truy nhập từ các máy tính khác trong mạng. Chính những điều này đã và
đang mang lại những lợi ích to lớn cho việc chia sẻ tài nguyên, kết nối trong các tổ chức
doanh nghiệp. Tuy nhiên, do đặc điểm nhiều người sử dụng và phân tán về mặt địa lý nên
việc bảo vệ tài nguyên đó tránh khỏi mất mát, xâm phạm (vô tình hay cố ý) trong môi
trường mạng phức tạp hơn nhiều so với một máy tính đơn lẻ, một người sử dụng. Chính vì
thế công tác bảo đảm đặc tính toàn vẹn dữ liệu và công tác an toàn bảo mật cho các hệ
thống phân tán thường là phức tạp và ngày càng trở nên quan trọng.
Vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp đảm bảo gắn bó dữ liệu trong
môi trường phân tán đến nay đã có một số thành công đáng kể. Trong bài báo cáo của
nhóm chúng tôi, chúng tôi xin trình bày đề tài “Hoàn thiện kỹ thuật đảm bảo đặc tính
toàn vẹn dữ liệu trong hệ tin học phân tán”.
Phần 1 – Trình bày nội dung lý thuyết về “Hoàn thiện kỹ thuật đảm bảo đặc
tính toàn vẹn dữ liệu trong hệ tin học phân tán”.
Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 2
Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu
1. Đặt vấn đề.
Vấn đề gắn bó dữ liệu trong các hệ thống phân tán nói chung và các hệ thống thông tin

đăng ký trên mạng nói riêng như việc đăng ký các tour du lịch, mua bán trong các giao
dịch thương mại điện tử, đăng ký giữ chỗ trong giao thông vận tải, đăng ký dự thi trong
các hệ thống thông tin đào tạo, đã trở thành một lĩnh vực thu hút nhiều sự quan tâm của
các nhà nghiên cứu lý thuyết lẫn các nhà sản xuất phần mềm nhằm tìm ra các giải pháp
hữu hiệu đảm bảo tính gắn bó thông tin trong các cơ sở dữ liệu truy cập ngẫu nhiên với số
lượng truy cập lớn .
Việc nghiên cứu, phát triển các phương pháp đảm bảo gắn bó dữ liệu trong môi trường
phân tán đến nay đã có một số thành công đáng kể. Trước hết, phải nói đến sự tích hợp
hàng loạt các hàm vào các hệ điều hành, hệ quản trị cơ sở dữ liệu, ngôn ngữ lập trình với
phương thức riêng rẽ của từng hệ cho phép đảm bảo phần cơ bản của việc gắn bó thông
tin nói chung trong quá trình đa truy cập thông qua hệ thống viễn thông. Việc triển khai
phương pháp cho phép gắn bó dữ liệu trong môi trường phân tán trong điều kiện lý tưởng
(không có bất kỳ sự cố nào) đã được áp dụng và mang lại những hiệu quả nhất định cho
các hệ thống đăng ký. Tuy nhiên, trong quá trình triển khai lập trình và vận hành các hệ
thống đăng ký, vấn đề gắn bó dữ liệu trong các cơ sở dữ liệu khi hệ thống bị sự cố đang
đặt ra như là vấn đề quan trọng và có ý nghĩa sống còn trong việc phát triển toàn hệ nói
chung. Nói tóm lại, sự cố trong các hệ thống nói chung, hệ thống đăng ký nói riêng có thể
xảy ra và là nguyên nhân dẫn đến hệ thống cơ sở dữ liệu không thể đảm bảo tính gắn bó
được nữa.
Trong phạm vi của bài tiểu luận này, chúng tôi giới thiệu một giải pháp được phát
triển dựa trên giải thuật hai pha tuyến tính và giải thuật MAONT kết hợp với mô hình xử
lý phân tán JavaRMI và các kỹ thuật chuyển tác trong SQL Server 2000 nhằm đảm bảo
tính gắn bó dữ liệu phân tán trong điều kiện có sự cố phục vụ cho các hệ thống thông tin
đăng ký.
2. Khái niệm toàn vẹn dữ liệu
Đặc tính toàn vẹn dữ liệu trong hệ tin học phân tán thể hiện tính bền vững, độ tin
cậy, tính đúng đắn, tính gắn bó của thông tin hệ thống. Một CSDL được gọi là ở trạng thái
gắn bó nếu nó thoả mãn một tập các qui tắc ràng buộc toàn vẹn (Integrity rules). Qui tắc
ràng buộc toàn vẹn là các ràng buộc định nghĩa trạng thái gắn bó của CSDL.
Chính vì vậy, việc nghiên cứu đặc tính toàn vẹn dữ liệu của hệ tin học phân tán

đồng nghĩa với việc nghiên cứu đưa ra các giải pháp kỹ thuật duy trì trạng thái gắn bó của
hệ tức là nghiên cứu các kỹ thuật duy trì hệ thống luôn thoả mãn các ràng buộc toàn vẹn.
Hay nói cách khác, duy trì hệ thống luôn hoạt động trong điều kiện chuyển từ trạng thái
gắn bó này sang trạng thái gắn bó khác.
Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 3
Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu
3. Sự gắn bó thông tin
Ta có một tập thông tin nào đó có thể truy cập bởi một tập hợp các tiến trình. Số lượng
đối tượng thông tin có thể truy cập và số lượng tiến trình có nhu cầu thông tin là cố định.
Hệ này phát triển rời rạc theo thời gian, giữa các điểm xác định, ta có thể nhận biết được
các trạng thái thực của chúng, nghĩa là các giá trị của đối tượng và ngữ cảnh thực hiện của
các tiến trình. Hệ như vậy hoạt động với độ ổn định tuyệt vời.
Các điều kiện giả định trên so với hệ thực tế có những điểm khác nhau căn bản sau đây :
STT So sánh
1
Các đối tượng và các tiến trình có thể tạo lập và hủy bỏ có tính chất động
trong suốt quá trình tồn tại của hệ
2
Các đối tượng và các tiến trình có thể được phân tán trên các trạm khác nhau
liên hệ với nhau qua hệ thống viễn thông. Do vậy, ta không thể xác định
trạng thái thời điểm của hệ vì lý do độ trễ đường truyền giữa các trạm và tính
không tương thích giữa các điểm quan sát trong các trạm đó.
3
Hệ thống viễn thông và các tiến trình là các đối tượng có thể xảy ra sự cố kỹ
thuật.
4. Tác động và giao dịch
Trong hệ phân tán, thông thường người ta hay sử dụng khái niệm giao dịch như là thực
thể sử dụng.
Giao dịch là phép toán hợp thành một lôgic hoàn chỉnh mà việc triển khai nó có thể dẫn
đến thực hiện một tiến trình duy nhất hay nhiều tiến trình được định vị trên các trạm khác

nhau.
Đọc và ghi một bản ghi là các tác động, nếu hệ quản lý các tập tin bảo đảm không chia cắt
được của chúng.
Trạng thái của hệ được xác định ở 2 mức quan sát :
STT Mức Giải thích
1 NSD
Tiến trình là một dãy thực hiện các giao dịch.
Giao dịch đó là chương trình duy nhất được thực
hiện từ một trạng thái gắn bó này dẫn hệ đến một
trạng thái gắn bó khác
2 Hệ thống Mỗi giao dịch được cấu tạo từ một dãy các tác động
được thể hiện như sau. Nếu hai tác động A và B
Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 4
Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu
thuộc hai giao dịch khác nhau được thực hiện bởi
hai tiến trình thì hiệu ứng tổng quát của chúng sẽ là
hoặc hiệu ứng của dãy (A ;B) hoặc là (B ;A).
Ở mức hệ thống, ta có thể nói rằng các tác động là phần tử nhỏ nhất không thể chia cắt
được nữa.
 Trật tự hóa các tác động
Cho tập hợp các giao dịch M = {T1, T2,…, Tn}, mỗi một giao dịch được cấu tạo từ một
dãy các tác động. Bằng các tác động không chia sẻ này, toàn bộ việc thực hiện của tập
hợp các giao dịch M bởi một tập hợp các tiến trình tương tranh là tương đương với việc
thực hiện một dãy S các tác động thuộc các giao dịch này, như S = (a1, a2,…, an) chẳng
hạn. Trong trật tự tuân thủ trật tự nội tại của từng giao dịch, dãy này bao gồm tất cả các
tác động cấu tạo nên các giao dịch M; mỗi một tác động chỉ xuất hiện một và chỉ một lần.
Một dãy như vậy gọi là trật tự hoá của tập hợp các giao dịch M.
Ví dụ
Cho T
1

= (a
11
, a
12
, a
13
, a
14
) và T
2
= (a
21
, a
22
, a
23
, a
24
). Một trật tự hóa M = {T1, T2}
được thể hiện theo một trong nhiều cách sau:
S1 = a
11
, a
21
, a
12
, a
22
, a
23

, a
13
, a
14
, a
24
S2 = a
21
, a
11
, a
22
, a
12
, a
23
, a
13
, a
14
, a
24

Trong số các trật tự hoá của một tập hợp các giao dịch, điều rất quan trọng là phải tách ra
cho được những cái phục vụ trạng thái gắn bó dữ liệu và chúng được gọi là trật tự hoá gắn
bó.
Như vậy đặc tính quan trọng của trật tự hoá tương ứng với việc thực hiện tuần tự của tập
hợp các giao dịch hay còn gọi là trật tự hoá tuần tự. Nếu ta nắm được các đặc trưng của
các trật tự hoá tương đương với một trật tự hoá tuần tự có nghĩa là cùng tác dụng như trật
tự hoá tuần tự, thì ta đã có được điều kiện đủ của sự gắn bó.

Cho Stt là một trật tự hoá tuần tự của tập hợp các giao dịch M và S là một trật tự hoá bất
kỳ của M. Hiệu ứng của S giống với hiệu ứng của Stt, nếu hai điều kiện sau đây được
triển khai :
Điều kiện 1
Để cho mỗi đối tượng e, các cập nhật biểu hiện trong cùng một trật tự trong S và Stt.
Điều kiện 2
Hãy xem xét hai cập nhật kế tiếp nhau của một đối tượng e trong số các trật tự hoá, và
các cập nhật tương ứng của e trong trật tự hoá khác. Giữa hai cập nhật này, ta tham
khảo cùng các đối tượng trong hai trật tự hoá này trong cùng trật tự hay không.
Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 5
Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu
Các điều kiện nêu trên đây là các điều kiện đủ cho việc đánh giá tương đương. Ta chỉ có
thể hoán vị, không thay đổi hiệu ứng của một trật tự hoá, hoặc là các thao tác đọc đối
tượng có tính chất liên tiếp hoặc là các thao tác gán các đối tượng khác nhau một cách
liên tục.
Trật tự hoá S được gọi là hợp thức nếu thoả mãn các điều sau:
Đối tượng được một giao dịch cài then theo kiểu chia sẻ không bị bất cứ then cài nào theo
kiểu loại trừ của các giao dịch khác.
Một đối tượng bị cài then theo kiểu loại trừ thì không bị bất kỳ then cài mới nào nữa.
Do vậy, mọi cố gắng cài then không phù hợp với các điều kiện tương hỗ nêu trên đều phải
chờ (bị làm chậm lại) cho đến khi mở then.
Để cho trật tự hoá S, ta định nghĩa một quan hệ phụ thuộc giữa các giao dịch :
Cho T1 và T2 là hai giao dịch của M, e là đối tượng của hệ. Ta nói rằng T2 phụ thuộc T1
qua trung gian của e, ký hiệu bằng (T1,e,T2), với các điều kiện sau đây được kiểm tra:
- Một tác động của T1 tham chiếu e và một tác động sau T2 thay đổi e.
- Một tác động của T1 thay đổi e và một tác động sau T2 tham chiếu e.
- Một tác động của T1 thay đổi e và một tác động sau T2 thay đổi e mà e không
được thay đổi bởi một giao dịch khác giữa hai tác động T1 và T2. Thuật ngữ “ trước”
được hiểu theo nghĩa “ cái tiếp theo nó trong trật tự hoá S ”.
Để cho hai trật tự hoá có cùng một hiệu ứng thì điều kiện đủ là chúng phải cùng quan hệ

phụ thuộc.
Do vậy, điều kiện đủ cho sự gắn bó của một trật tự hoá có thể phát biểu như sau : Một trật
tự hoá là gắn bó, nếu nó có cùng quan hệ phụ thuộc với một trật tự tuần tự.
Điều kiện cần này cũng có thể trở thành đủ trong một trường hợp đặc biệt mà trong
thực tế ta thường gặp. Đó chính là trường hợp mà toàn bộ đối tượng được cập nhật bằng
cách tham chiếu trước thời điểm đó bởi cùng một giao dịch.
5. Tác động của sự cố đối với việc toàn vẹn dữ liệu.
Nhằm nghiên cứu và phát triển phương pháp đảm bảo gắn bó dữ liệu một cách khả thi
trong điều kiện có sự cố cho các hệ thống thông tin đăng ký nói riêng, các hệ thống tin
học phân tán nói chung, bản chất của vấn đề toàn vẹn dữ liệu cũng như nguyên nhân dẫn
đến sự cố làm cho dữ liệu không còn toàn vẹn được chỉ ra và nhóm ghép trong quá trình
phân tích, thiết kế hệ thống.
Một cơ sở dữ liệu nào đó được gọi là gắn bó, nếu nó thỏa mãn một tập các ràng buộc
về toàn vẹn ngữ nghĩa. Để đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu nhiều cơ chế khác nhau như điều
khiển hoạt động đồng thời, kiểm soát tính toàn vẹn ngữ nghĩa, …được sử dụng.
Việc kiểm soát tính toàn vẹn ngữ nghĩa tốt sẽ đảm bảo được tính gắn bó dữ liệu của hệ
thống thông tin. Hiện nay, người ta đang áp dụng hai phương pháp chủ yếu :
Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 6
Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu
1. Loại bỏ các chương trình/thủ tục cập nhật có thể dẫn đến trạng thái không gắn
bó dữ liệu trong các cơ sở dữ liệu [CKP
1
]
2. Triệu gọi các chương trình/thủ tục đặc biệt đã được cài đặt trên hệ thống nhằm
khôi phục trạng thái ban đầu trước khi cập nhật [CKP
2
].
Các ràng buộc toàn vẹn được phân làm hai loại chủ yếu :
1. Ràng buộc cấu trúc (Structural Constraint) diễn tả những đặc tính ngữ nghĩa cơ
bản vốn có trong mô hình. Ví dụ như ràng buộc thể hiện bằng khóa duy nhất trong mô

hình quan hệ hoặc các liên kết theo kiểu 1 – n, (n > 1) giữa các đối tượng trong mô hình
mạng
2. Ràng buộc hành vi (Behavioral Constraint) nhằm điều hòa các hoạt động của
các ứng dụng.
Trong quá trình nghiên cứu bài toán, các tác giả vận dụng phương pháp tổng quát đảm
bảo gắn bó dữ liệu và các ràng buộc toàn vẹn thông tin phục vụ công tác phân tích, thiết
kế hệ quản trị cơ sở dữ liệu cho hệ thống cơ sở dữ liệu đăng ký với thông tin gắn bó trong
điều kiện phân tán.
Để có thể khôi phục lại dữ liệu và trạng thái gắn bó thông tin của toàn hệ thống khi có
sự cố diễn ra, một trong những vấn đề quan trọng hàng đầu là cần phải xác định được
loại, bản chất và vị trí diễn ra sự cố mà từ đó nhận biết một cách tự động và chuyển đến
phương án giải quyết nào cho phù hợp. Bản chất (mã) sự cố và thủ tục giải quyết sự cố có
liên quan đến gắn bó được lưu trữ tại trung tâm hoặc phân tán trên các trạm của hệ đăng
ký phân tán. Trong trường hợp các thủ tục được phân tán, thì bản thân các thủ tục đó cũng
đòi hỏi phải có giải pháp đảm bảo gắn bó giống như dữ liệu bình thường.
Về tổng quan, các sự cố được chia làm hai loại chính là sự cố xảy ra do các trạm trên
hệ thống phân tán và sự cố do hệ thống viễn thông gây ra. Song để tiện lập trình giải
pháp, người ta cụ thể hoá ra thành bốn mức với các nguyên nhân tương ứng thể hiện
trong bảng 1.
Bảng các loại sự cố và nguyên nhân gây ra sự cố
TT Loại sự cố Tiếng Anh Nguyên nhân
1 Sự cố
giao dịch
Transaction
Failure
Do một lỗi nào đó trong bản thân giao dịch
gây nên. Ví dụ như dữ liệu nhập không
đúng hoặc do phát hiện ra một khóa gài
tiềm tàng hoặc hiện hữu
Sự cố

vị trí

Do một lỗi phát sinh trong quá trình vận
hành hệ thống. Lỗi này có thể bắt nguồn từ
phần thiết bị như bộ xử lý/bộ vi xử lý, bộ
nhớ, các thiết bị ngoại vi, bị sự cố. Khi bị
sự cố, hệ thống lập tức bị ngừng hoạt động.
Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 7
Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu
2 Site Failure Hệ thống chương trình, đặc biệt là các
chương trình điều khiển cũng có thể sinh
lỗi. Đó là các lỗi do thuật toán, do lệnh viết
sai, do phần lưu trữ chương trình hay do
virus. Các lỗi này thường là ở các chương
trình và cơ sở dữ liệu
3 Sự cố
phương tiện
Media
Failure
Do sự cố của các thiết bị lưu trữ thứ cấp
dùng để lưu cơ sở dữ liệu. Khi có sự cố này
thì một phần hoặc tất cả cơ sở dữ liệu trên
thiết bị đó được xem như bị hủy hoại hoặc
không thể truy cập một cách bình thường
được
4
Sự cố
đường truyền
Transmission
Failure

Do lỗi trong các thông điệp, các thông điệp
vô trật tự, thông điệp bị thất lạc hoặc không
phân phối thông điệp và sự cố khác liên
quan đến đường truyền.
Phương pháp tổng quát cho việc khắc phục bốn loại sự cố này được trình bày trong
bảng 2.
Bảng phương pháp tổng quát khắc phục sự cố
TT Loại sự cố Cách khắc phục
1 Sự cố giao dịch
[CKP
1
] + [CKP
2
] Hủy bỏ giao dịch, sau đó đặt lại cơ sở dữ
liệu về trạng thái của nó trước khi khởi động giao dịch này
2 Sự cố vị trí [CKP
2
] Thiết kế nghi thức ủy thác nguyên tử không bị
phong tỏa
3
Sự cố phương
tiện
[CKP
0
] Được xem như những vấn đề cục bộ của một vị trí,
vì vậy không xem xét trong trường hợp các hệ thống phân
tán
4
Sự cố đường
truyền

[CKP
2
] Sử dụng bộ đếm thời gian và cơ chế quá hạn để theo
dõi xem đã qua bao lâu kể từ khi vị trí gửi không nhận được
thông điệp trả lời của vị trí đến.
6. Phát triển giải pháp kỹ thuật đảm bảo gắn bó dữ liệu.
Để dễ dàng mô tả các giải thuật đảm bảo gắn bó dữ liệu phân tán, chúng ta giả thiết
Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 8
Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu
rằng, tại vị trí nguồn của giao dịch một tiến trình thực hiện các thao tác của nó, tiến
trình này được gọi là điều phối viên (Coordinator). Điều phối viên trao đổi với các
thành viên (Participant) tại những vị trí có tham gia vào việc thực hiện các thao tác của
giao dịch.
Cải tiến giải thuật hai pha tuyến tính ( Linear 2PC ) , giải thuật MAONT, ta thiết kế
giải thuật mà trong đó các thành viên có thể trao đổi với nhau.
Có một thứ tự giữa các vị trí trong hệ thống dành cho việc giao tiếp. Chúng ta hãy giả
thiết rằng thứ tự giữa các vị trí có tham gia vào việc thực hiện một giao dịch là 1, 2,…,
N với điều phối viên là vị trí đầu tiên trong thứ tự này (Giải thuật được minh họa bằng
hình 1).
Theo mô hình trong hình vẽ, ta có các đối tượng sau :
1. C
1
, C
2
, , C
n
là các Client truy cập Web Server bằng trình duyệt Web
2. Servlets là các đối tượng xử lý yêu cầu được gửi từ các C
i
, i=1,n

3. TPC-Server-App1, TPC-Server-App2, , TPC-Server-AppN là các RMI Server cài
đặt thuật toán 2PC tuyến tính (Linear Two Phase Commit - TPC)
4. TPCMonitorServer là một trình giám sát cho phép hiển thị quá trình dịch chuyển
của danh sách di chuyển [6] trong quá trình xử lý của các TPC-Server-Appi, i = 1,N
5. ConnectionPool là chương trình điều khiển các liên kết cơ sở dữ liệu dùng chung
6. Database1, Database2, , DatabaseN là các cơ sở dữ liệu quan hệ phân tán trên
mạng.
Mô tả hoạt động :
Các C
1
, C
2
, , C
n
là các Client truy cập vào Web Server bằng trình duyệt Web. Các yêu
cầu này đòi hỏi việc xử lý phải truy vấn đến các cơ sở dữ liệu phân tán. Do đó việc xử
lý thành công hay không phụ thuộc vào kết quả của tất cả các truy vấn này. Điều đó có
nghĩa là, xử lý sẽ thành công nếu tất cả các truy vấn đều thành công, ngược lại, xử lý sẽ
không thành công nếu có bất kỳ một truy vấn nào bị lỗi hoặc không thực hiện được.
Khi nhận được một yêu cầu từ các C
i
, i=1,n, các Servlet sẽ dựa vào yêu cầu này để
thành lập nên một danh sách các Database Server sẽ truy vấn và các câu lệnh SQL
tương ứng được thực hiện tại mỗi Server. Việc thành lập danh sách các câu lệnh SQL
truy vấn tại mỗi Database Server được dựa theo thứ tự ưu tiên SELECT, DELETE,
UPDATE, INSERT. Sau khi thành lập danh sách di chuyển, Servlet chuyển danh sách
di chuyển này cho TPC-Server-App đầu tiên trong danh sách di chuyển thông qua
phương thức gọi từ xa RMI.
Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 9
Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu

Mỗi TPC-Server-App cài đặt một giao diện cung cấp phương thức xử lý theo thuật toán
2PC tuyến tính với tham số là danh sách di chuyển, chỉ mục hiện tại của danh sách và
trả về kết quả là danh sách kết quả truy vấn của chính nó và các Server đứng phía sau
nó trong danh sách di chuyển.
public interface TPCApp extends Remote
{
public ResultQueryList queryApp(MovableList
movableList,int index) throws RemoteException;
}
Nếu quá trình xử lý tại bất kỳ một TPC-Server-App nào bị lỗi thì kết quả trả về là null.
Dựa vào kết quả trả về này, các TPC-Server-App commit (hoàn thành) hoặc rollback
(hủy bỏ) transaction đang quản lý. Như vậy, khi TPC-Server-App đầu tiên nhận được
danh sách di chuyển, TPC-Server-App bắt đầu một transaction để thực hiện các câu
lệnh SQL truy vấn CSDL cục bộ thông qua kết nối CSDL được lấy từ ConnectionPool
cục bộ .Tiếp theo, TPC-Server-App tăng chỉ mục hiện tại của danh sách di chuyển lên
1 và chuyển danh sách di chuyển này đến TPC-Server-App kế tiếp. Quá trình này được
lặp lại cho đến khi kết thúc danh sách di chuyển. Tại Server cuối cùng trong danh sách
di chuyển, nếu việc truy vấn CSDL cục bộ thành công, TPC-Server-App commit
transaction và trả về kết quả là ResultQueryList khác null. Dựa vào kết quả trả về này,
Server đứng trước trong danh sách di chuyển sẽ commit hoặc rollback transaction cục
bộ và trả về kết quả cho Server liền trước. Khi Servlet nhận được kết quả là null có
nghĩa là xử lý không thành công. Ngược lại, Servlet sẽ tiếp tục xử lý kết quả nhận được
để trả về cho Client.
Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 10
Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu
Các bước cơ bản của giải thuật đề xuất nhằm minh họa cho việc cải tiến giải thuật
MAONT và giải thuật hai pha tuyến tính được mô tả qua hình 2. Việc triển khai xây
dựng chương trình bằng ngôn ngữ lập trình Java cùng với thư viện RMI và tiến hành
thực nghiệm sau đó đã đạt được kết quả nhất định.
Phần 2 – Bài tập

Đề bài: Cho một tập hợp các giao dịch M = {T
1
, T
2
, , T
n
}.
1. Giả sử rằng các giao dịch của M là hình thành tốt và thoả mãn các điều kiện (1)
của VI.3.1.3 (trang 261). Hãy chỉ ra rằng toàn bộ trật tự hóa hợp thức S của M là gắn bó.
2. Ta giả sử rằng các giao dịch của M là hình thành tốt và kiểm tra điều kiện (2)
của giao dịch hai pha trong VI.3.1.3. Hãy chỉ ra rằng toàn bộ trật tự hóa hợp thức S của M
là gắn bó.
1. Cơ sở lý thuyết:
Trạng thái của hệ thỏa mãn 1 tập các ràng buộc toàn vẹn gọi là trạng thái gắn bó
Tiến trình là 1 dãy thực hiện các giao dịch.
Giao dịch là chương trình duy nhất được thực hiện từ 1 trạng thái gắn bó dẫn hệ đến 1
trạng thái gắn bó khác
Một giao dịch được cấu tạo từ một dãy các tác động :
S(a
1
, a
2
, …, a
n
): 1 dãy các tác động thuộc giao dịch thuộc tập hợp các giao dịch
M{T
1
, T
2
,…… , T

n
}
Trong trật tự tuân thủ trật tự nội tại của từng giao dịch, dãy S bao gồm tất cả các tác động
cấu tạo nên giao dịch M; mỗi một tác động chỉ xuất hiện một và chỉ một lần. Một dãy như
vậy gọi là trật tự hóa của tập hợp giao dich M.
Trong số các trật tự hóa của 1 tập hợp các giao dịch, điều rất quan trọng là phải tách ra
cho được những cái phục vụ trạng thái gắn bó dữ liệu và chúng được gọi là trật tự hóa
gắn bó.
Các trật tự hóa tương ứng với việc thực hiện tuần tự của tập hợp các giao dịch hay còn gọi
ngắn gọn là trật tự hóa tuần tự.
Sự quan trọng của việc đảm bảo trật tự khi cập nhật thông tin.
Một trật tự hóa là gắn bó, nếu nó có cùng quan hệ phụ thuộc với một trật tự tuần tự
Hiệu ứng của S giống với hiệu ứng của S
tt
, nếu 2 điều kiện sau đây được triển khai:
 Điều kiện 1: Để cho mỗi đối tượng e, các cập nhật biểu hiện trong cùng một trật
tự trong S và S
tt
 Điều kiện 2: Hãy xem xét hai cập nhật kế tiếp nhau của một đối tượng e trong số
các trật tự hóa, và các cập nhật này tương ứng của e trong trật tự hóa khác.
Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 11
Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu
Giữa 2 cập nhật này, ta tham khảo cùng các đối tượng trong hai trật tự hóa này
trong cùng trật tự hay không
Cơ chế then cài cho phép giao dịch truy cập hoặc không truy cập vào các đối tượng
dựa vào các quy tắc tiền định: loại trừ tương hỗ, luật đọc - hiệu chỉnh thông tin
Loại trừ tương hỗ : để đạt được trật tự gắn bó thì bắt buộc sử dụng trật tự hóa tuần tự
 toàn bộ các giao dịch được đặt trong cặp nguyên thủy.
Then cài lựa chọn các đối tượng: một giao dịch thay đổi giá trị của đối tượng phải loại
trừ tất cả các đối tượng khác muốn truy cập, ngược lại thì việc truy cập được thực hiện

theo kiểu tương tranh.
Một giao dịch có thể thực hiện 3 hàm nguyên thủy trên đối tượng e: v_doc(e);
v_viet(e); giai_phong(e)
2. Áp dụng giải bài tập
Cho 1 tập hợp các giao dịch M={T
1
, T
2
,…., T
n
}.
Câu 1. Giả sử rằng các giao dịch của M là hình thành tốt và thỏa mãn các điều kiện:
“Toàn bộ các đối tượng bị cài then vẫn ở trong tình trạng cài then cho đến cuối giao
dịch”. Hãy chỉ ra rằng toàn bộ trật tự hóa hợp thức S của M là gắn bó.
Giả sử ta có 1 trật tự hóa toàn phần trên M băng quan hệ “<”. Điều đó có nghĩa là T
i
< T
j
,
nếu tác động cuối cùng của T
i
trong S trước tác động cuối cùng của T
j
. Giả sử các tác
động T1 tác động lên n đối tượng A1, A2,…, An. Điều kiện trên có nghĩa là khí các tác
động của giao dịch T1 tác động lên hết các đối tượng A1, A2,…, An, thì sau đó T2 mới
được tác động lên các đối tượng này, tương tự như vậy cho đến Tn.
Một giao dịch T
i
đang thực hiện phép then cài trên một đối tượng e chính là dành

quyền sử dụng đối tượng e này theo một vài kiểu truy cập nhất định. Nếu quyền được
thừa nhận thì đối tượng e bị cài then bởi giao dịch T
i
. Đồng thời cơ chế then cài cho phép
giao dịch T
i
có thể giải phóng đối tượng e mà nó đã cài then.
Giả sử có S
seq
là trật tự hóa từng phần có được bằng cách cho thực hiện các giao dịch
trong trật tự này.
Đồ thị phụ thuộc tương ứng với các trật tự hoá hợp thức S của M là tương đương với một
trật tự hoá tuần tự Sseq và có dạng như sau :
Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 12
A1
A2
An
T1 T2 T3
Tn-1 Tn
A1
A2
An
A1
A2
An
Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu
S là trật tự hóa hợp thức của tập hợp các giao dịch M{T
1
, T
2

,……,T
n
}. Mỗi lần cần
tiến hành giao dịch trên đối tượng, thì đối tượng đó được giao dịch cài then. Tất cả các
giao dịch trên đối tượng này đều được thực hiện tuần tự (theo giả sử lúc ban đầu). Với hệ
phân tán, các tác động của các giao dịch trong tập hợp M có thể sử dụng song song nhưng
phải thỏa mãn điều kiện là: tác động cuối cùng của T
i
trong S trước tác động cuối cùng
của T
j
. Ngoài ra theo giả thuyết các giao dịch trong tập hợp M thỏa mãn điều kiện:”Toàn
bộ các đối tượng bị cài then vẫn ở trong tình trạng cài then cho đến cuối giao dịch”. Mà
mỗi đối tuợng chỉ được 1 giao dịch cài then và chỉ khi nào hoàn thành giao dịch đó thì đối
tượng mới được giải phóng then cài. Kết hợp cảc 2 điều kiện nêu trên thì tập hợp các tác
động S này có quan hệ phụ thuộc với S
seq.
. Vì vậy toàn bộ trật tự hóa của M là gắn bó.
Ta gọi tác động cuối cùng của giao dịch là l:
- Tác động cuối cùng của giao dịch Ti là l(Ti)
- Tác động cuối cùng của giao dịch Tj là l(Tj)
- Quan hệ “<” là trật tự hoá toàn phần trên M
Yêu cầu: Nếu Ti < Tj (quan hệ giao dịch Ti trước giao dịch Tj) trong trật tự hoá S thì l(Ti)
< l(Tj).
Chứng minh :
Ti < Tj trong trật tự hoá S nghĩa là: S = … pi(e) … qj(e) … ; p và q là các tác động của Ti
và Tj phụ thuộc qua đối tượng e.
S là trật tự hoá hợp thức và các giao dịch là hoàn thành tốt nên:
S = … pi(e) … li(e) … qj(e)…,lj(e)*)
Từ (*) kết hợp với điều kiện “Toàn bộ các đối tượng bị cài then vẫn ở trong tình trạng

cài then cho đến cuối giao dịch” ta có l(Ti) < l(Tj)
Ta giả sử rằng: gọi P(S) là đồ thị phụ thuộc của trật tự hoá S, P(S) là đồ thị lặp, lúc đó ta
có:
T1 < T2 < … < Tn < T1
Theo chứng minh nêu trên ta có:
l(T1) < l(T2) < … < l(Tn) < l(T1)
Điều này là vô lý nên P(S) phải là đồ thị không lặp, điều này suy ra S là trật tự hoá gắn
bó (Điều phải chứng minh).
Câu 2. Giả sử rằng các giao dịch của M là hình thành tốt và thỏa mãn các điều kiện:
“Không có then cài nào có thể diễn ra tiếp theo 1 then cài khác trong cùng 1 giao dịch
”của giao dịch 2 pha. Hãy chỉ ra rằng toàn bộ trật tự hóa hợp thức S của M là gắn bó.
Giả sử các tác động T1 tác động lên n đối tượng A1, A2,…, An. Điều kiện này thể
hiện là dãy các phép toán trên các then cài được phân tích thành hai pha nối tiếp nhau.
Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 13
Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu
Giả sử S là 1 dãy các tác động có trật tự tuân thủ trật tự nội tại của từng giao dịch, các
tác động này được sắp xếp tăng dần có nghĩa là tác động đầu của giao dịch < tác động
cuối của giao dịch. Dãy các tác động trên các then cài của giao dịch trên đối tượng
được phân tích thành 2 pha nối tiếp nhau. Một pha mà trong đó các đối tượng bị cài
then, còn pha kia chúng được mở then. Tương ứng với 2 tác động liên tiếp trong trật tự
S, tác động trước được mở then và tác động sau được cài then. Song không có then cài
nào có thể diễn ra tiếp theo 1 then cài khác trong cùng 1 giao dịch, vì vậy then cài
trước phải hoàn thành và then cài sau mới được mở. Do đó đối với mỗi đối tượng, các
cập nhật biểu hiện trong cùng 1 trật tự của S và S
seq
.
Xem xét hai cập nhật kế tiếp nhau của một đối tượng trong S va S
seq
, ta nhận thấy
rằng, các cập nhật trong S sẽ diễn ra theo thứ tự giống với các cập nhật trong S

seq
bởi
vì trong S gồm các tác động cập nhật sắp xếp tăng dần, các cập nhật này cũng tương
ứng với các then cài, tác động trước sẽ được mở then nhưng tác động kế tiếp chỉ được
mở then khi tác động trước đã đóng then theo điều kiện :”Không có then cài nào có
thể diễn ra tiếp theo 1 then cài khác trong cùng 1 giao dịch ”
Ta gọi tác động mở then đầu tiên là fu
- Tác động mở then đầu tiên của giao dịch Ti là fu(Ti)
- Tác động mở then đầu tiên của giao dịch Tj là fu(Tj)
Quan hệ “<” là trật tự hoá toàn phần trên M
Yêu cầu: Nếu Ti < Tj (quan hệ giao dịch Ti trước giao dịch Tj) trong trật tự hoá S thì
fu(Ti) < fu(Tj).
Chứng minh :
Ti < Tj trong trật tự hoá S nghĩa là: S = … pi(e) … qj(e) … ; p và q là các tác động của Ti
và Tj phụ thuộc qua đối tượng e.
S là trật tự hoá hợp thức và các giao dịch là hoàn thành tốt nên:
S = … pi(e) … ui(e) …uj(e) … qj(e)…; (*)
Từ (*) kết hợp với điều kiện (2) ta có: fu(Ti) < fu(Tj)
Gọi P(S) là đồ thị phụ thuộc của trật tự hoá S, ta giả sử rằng P(S) là đồ thị lặp, lúc đó ta
có:
T1 < T2 < … < Tn < T1
Theo bổ đề nêu trên ta có:
fu(T1) < fu(T2) < … < fu(Tn) < fu(T1)
Điều này là vô lý nên P(S) phải là đồ thi không lặp, điều này suy ra S là trật tự hoá gắn
bó. (Điều phải chứng minh)
Thông qua 2 điều kiện 1 và 2 trong VI.2.3, ta xác định được S và S
seq
tương đương.
Hay nói cách khá toàn bộ trật tự hóa hợp thức của một tập hợp các giao dịch hình
Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 14

Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu
thành tốt và thỏa mãn điều kiện:”Không có then cài nào có thể diễn ra tiếp theo 1 then
cài khác trong cùng 1 giao dịch ” là gắn bó, có nghĩa là cùng hiệu ứng với trật tự tuần
tự.
Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 15
Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu
Kết luận
Đề tài phát triển phương pháp đảm bảo toàn vẹn dữ liệu trong điều kiện có sự cố của
các hệ phân tán đạt được những kết quả sau đây :
1. Phân tích bài toán đảm bảo gắn bó dữ liệu trên các hệ thống phân tán
2. Đưa ra giải pháp mới đảm bảo tính gắn bó dữ liệu trong điều kiện có sự cố của hệ
thống thông tin phân tán. Đó là giải pháp 2PC danh sách di chuyển. Ưu điểm cơ bản của
giải pháp là không chỉ cho phép xử lý dữ liệu phân tán mà còn cập nhật các chương trình
trong môi trường phân tán, chia sẽ công việc cho nhiều Server. 2PC danh sách di chuyển
còn có thể đáp ứng yêu cầu của cấu hình động khi tăng hoặc giảm số lượng Server trong
hệ thống.
3. Giải bài tập.
Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 16
Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu
Tài liệu tham khảo
[1] Lê Văn Sơn, Hệ tin học phân tán, NXB ĐH Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2002.
[2] Đề tài nghiên cứu “Phát triển phương pháp đảm bảo gắn bó dữ liệu trong điều kiện có
sự cố của các hệ thống thông tin đăng ký trên mạng Internet/Intranet” của LÊ VĂN SƠN
- NGUYỄN HỮU HẢI, tài liệu tải trên mạng.

Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 17
Báo cáo tiểu luận môn Hệ phân tán – Kỹ thuật bảo đảm tính toàn vẹn dữ liệu
Mục lục
Phần 1 – Trình bày nội dung lý thuyết về “Hoàn thiện kỹ thuật đảm bảo đặc tính toàn vẹn dữ liệu
trong hệ tin học phân tán” 2

1.Đặt vấn đề 3
2.Khái niệm toàn vẹn dữ liệu 3
3.Sự gắn bó thông tin 4
4.Tác động và giao dịch 4
5.Tác động của sự cố đối với việc toàn vẹn dữ liệu 6
6.Phát triển giải pháp kỹ thuật đảm bảo gắn bó dữ liệu 8
Phần 2 – Bài tập 11
1.Cơ sở lý thuyết: 11
2.Áp dụng giải bài tập 12
Kết luận 16
Mục lục 18
Nhóm 1: Vũ Thị Thanh Huyền – Nguyễn Cửu Thị Ánh Mai Trang 18