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

1
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
 
“ SỰ GẮN BÓ THÔNG TIN TRONG HỆ QUẢN TRỊ
CƠ SỞ DỮ LIỆU PHÂN TÁN “
TIỂU LUẬN
TIỂU LUẬN
MÔN HỌC: HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN
MÔN HỌC: HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN
Thực hiện : ĐINH DUY KHÁNH
Hướng dẫn: PGS.TS. LÊ VĂN SƠN
Đà Nẵng, 07 - 2009
ĐỀ TÀI:
Trang 2
PHẦN I:
LÝ THUYẾT
1. Khái quát về CSDL phân tán
2. Triển vọng và các yếu tố phức tạp của
CSDL phân tán
3. Sự gắn bó thông tin trong CSDL phân
tán
Trang 3
I. KHÁI QUÁT VỀ CSDL PHÂN TÁN

Giới thiệu

Xử lý dữ liệu phân tán

Hệ CSDL Phân tán là gì?
4

1. Giới thiệu:
Công nghệ về các hệ cơ sở dữ liệu phân tán (distributed
database system, DDBS) là sự hợp nhất của hai hướng tiếp cận
đối với quá trình xử lý dữ liệu:

Công nghệ cơ sở dữ liệu
CHƯƠNG TRÌNH 1
CHƯƠNG TRÌNH 2
CHƯƠNG TRÌNH 3
Mô tả dữ liệu
Thao tác dữ liệu
….
CƠ SỞ
DỮ LIỆU
CHƯƠNG TRÌNH 1
Mô tả dữ liệu
CHƯƠNG TRÌNH 2
Mô tả dữ liệu
CHƯƠNG TRÌNH 3
Mô tả dữ liệu
TẬP TIN 1

TẬP TIN 2
TẬP TIN 3
DỮ
LIỆU
THỪA
Hình 1: Xử lý tập tin truyền thống
Hình 2: Xử lý CSDL
Trang 5

Do nhu cầu tích hợp CSDL của các công ty, xí nghiệp để
khai thác tập trung.

Công nghệ mạng máy tính: đi ngược lại với mọi nỗ lực tập
trung hóa (phân tán)
Tổng hợp hai hướng tiếp cận trái ngược nhau cho ra một
công nghệ mạnh mẽ, nhiều hứa hẹn. Mục tiêu quan trọng
nhất của CSDL là tích hợp (integratior) chứ không phải tập
trung hoá (centralization)
1. Giới thiệu (tt)
Trang 6
Định nghĩa:

CSDL phân tán: là một tập nhiều cơ sở dữ liệu có
liên đới logic và được phân bố trên một mạng
máy tính.

Hệ quản trị CSDL phân tán (distributed database
management system): là một hệ thống phần mềm
cho phép quản trị các CSDL phân tán và làm cho
việc phân tán trở nên “vô hình” đối với người sử
dụng.
2. Hệ CSDL phân tán là gì?:
Trang 7
Trạm 1
Trạm 1
Trạm 3
Trạm 3
Trạm 4
Trạm 4

Trạm 5
Trạm 5
Trạm 2
Trạm 2
Mạng truyền
dữ liệu
Hình 3: Môi trường CSDL phân tán
2. Hệ CSDL phân tán là gì? (tt):
Trang 8
II. TRIỂN VỌNG & CÁC YẾU TỐ PHỨC
TẠP CỦA CÁC HỆ CSDL PHÂN TÁN
1. Triển vọng của các hệ CSDL phân tán
2. Các yếu tố phức tạp
Trang 9
1. Triển vọng của các hệ CSDL phân tán
1.1 Quản lý dữ liệu phân tán và nhân bản một cách
vô hình.
-
Vô hình đối với người sử dụng: Che khuất các chi tiết về cài đặt,
tạo thuận lợi tối đa cho người sử dụng. DBMS vô hình hoàn toàn là
mức độ hỗ trợ cao mà nó cung cấp cho việc phát triển các ứng dụng
phức tạp.
-
Độc lập dữ liệu: về logic và vật lý

Logic: Miễn nhiễm của các ứng dụng đối với những thay đổi
trong cấu trúc logic của CSDL.

Vật lý: Không quan tâm đến chi tiết tổ chức dữ liệu vật lý. Dữ
liệu có thể tổ chức trên nhiều đĩa khác nhau, phương thức khác

nhau.
- Vô hình kết mạng (network transparency): Người sử dụng được
tách ra khỏi chi tiết hoạt động của mạng.
Trang 10
-
Vô hình nhân bản: Phân bố dữ liệu theo lối nhân dữ liệu thành
nhiều bản sao nằm rải rác trên mạng sẽ làm: Tăng hiệu năng, độ tin
cậy, tính sẵn sàng
-
Vô hình phân mảnh (fragmentation transparency): Nhu cầu tách
mỗi quan hệ thành các mảnh dữ liệu nhỏ hơn và xử lý các mảnh
này như 1 đối tượng CSDL độc lập để tăng hiệu năng, độ tin cậy,
tính sẵn sàng và giảm đi các việc không mong muốn của việc nhân
bản.
1.2 Độ tin cậy qua các giao dịch phân tán:
- Do có các thành phần được nhân bản nên loại bỏ được các tình
huống sự cố tại các điểm riêng lẻ. Dữ liệu tại các điểm sự cố sẽ
được hoàn nguyên sau khắc phục.
1. Triển vọng của các hệ CSDL phân tán
Trang 11
1. Triển vọng của các hệ CSDL phân tán
1.3 Cải thiện hiệu năng:
Hiệu năng của DBMS phân tán được cải thiện dựa vào 2 điểm:
-
Có khả năng phân mảnh CSDL khái niệm. Ở đây có 2 ưu điểm
nổi bật:

Mỗi trạm chỉ xử lý 1 phần CSDL, tranh chấp về CPU và
dịch vụ xuất nhập không nghiêm trọng như các CSDL tập
trung


Cục bộ hoá dữ liệu, làm giảm thiểu các chậm trễ do truy
xuất ở xa.
- Tính chất song hành của hệ phân tán, dùng để thực hiện các các
tính toán song song.
1.4 Tính dễ mở rộng: Mở rộng hệ thống về lưu trữ và xử lý
dễ dàng và kinh tế.
Trang 12
2. Các yếu tố phức tạp
-
Đảm bảo rằng việc cập nhật được phản ảnh trên tất
cả các bản sao của mục dữ liệu đó.
-
Nếu một vài vị trí gặp sự cố do phần cứng, phần
mềm hoặc đường truyền trong lúc một thao tác cập
nhật đang tiến hành thì hệ thống phải đảm bảo rằng tác
dụng cập nhật phải có trên những vị trí bị sự cố khi hệ
thống khôi phục.
-
Đồng bộ hoá các giao dịch trên nhiều vị trí sẽ khó
khăn so với hệ tập trung.
Trang 13
2. Các yếu tố phức tạp
Những khó khăn này chỉ ra một số vấn đề cần giải quyết:
- Tính phức tạp: Phải giải quyết không những vấn đề môi
trường tập trung mà còn hàng loạt các vấn đề khác về phân tán.
-
Chí phí: về thiết bị, con người.
- Phân tán quyền điều khiển: Sự phân tán gây ra vấn đề khó
khăn cho đồng bộ hoá và hiệp đồng. Việc điều khiển phân tán

gây ra những gánh nặng nếu không có những chiến lược phù hợp
để giải quyết.
- Tính an ninh (security): So với CSDL tập trung, độ bảo mật
của CSDL phân tán khó khăn hơn nhiều, an ninh trên môi trường
mạng hết sức khó khăn và phức tạp.
Trang 14
III. GẮN BÓ THÔNG TIN TRONG HỆ
CSDL PHÂN TÁN
1. Giới thiệu vấn đề
2. Sự gắn bó thông tin
3. Triển khai giao dịch tôn trọng sự gắn bó
4. Thuật toán
Trang 15
1. Giới thiệu vấn đề:
Việc truy cập thông tin trong hệ tin học phân
tán không thể tiến hành theo một trình tự ngẫu
nhiên được. Nguyên do cơ bản của vấn đề trên
chính là vấn đề bế tắc và gắn bó dữ liệu.

Hai hiện tượng trên có thể diễn ra bất cứ lúc nào
và bất cứ ở đâu trong hệ và gây nên những hậu
quả có tính chất kỹ thuật không thể lường trước
được.

Trạng thái của hệ thoã mãn một tập các ràng
buộc toàn vẹn gọi là trạng thái gắn bó.
Trang 16
2. Sự gắn bó thông tin
GIẢ ĐỊNH THỰC TẾ


Số lượng các đối tượng thông tin
có thể truy cập được và số lượng
các tiến trình có nhu cầu thông tin:
cố định

Các đối tượng và các tiến trình được
tạo lập và huỷ bỏ có tính chất động trong
suốt quá trình tồn tại của hệ.

Hệ phát triển rời rạc theo thời
gian. Giữa các điểm quan sát có
thể nhận biết được trạng thái thực
của chúng

Các đối tượng và các tiến trình được
phân tán trên các trạm khác nhau qua hệ
thống viễn thông nên không thể xác định
được trạng thái chính xác của hệ

Hệ có độ ổn định cao

Xảy ra sự cố kỹ thuật bất kỳ lúc nào
2.1 Giả định và thực tế:
Trang 17
2.2 Tác động và giao dịch

Các đối tượng khác nhau của hệ quan hệ với nhau
bởi tập hợp các quan hệ gọi là các ràng buộc toàn
vẹn. Các ràng buộc này thể hiện sâu sắc các đặc tính
riêng biệt của hệ.


Mong muốn thực hiện các tiến trình phải duy trì cho
được hệ trong trạng thái gắn bó. Để chính xác hoá
đặc tính này, cần phải lưu ý là trạng thái của hệ chỉ
được xác định ở mức quan sát cho trước.
2. Sự gắn bó thông tin (tt)
Trang 18
Trạng thái của hệ được xác định ở hai mức quan sát :
•
Người sử dụng: Tiến trình là thực hiện một dãy các giao
dịch. Giao dịch đó là chương trình duy nhất được thực hiện
từ một trạng thái gắn bó dẫn hệ đến một trạng thái gắn bó
khác
•
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 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)
2. Sự gắn bó thông tin (tt)
Trang 19

Ở mức hệ thống, ta có thể nói rằng các tác động là phần tử nhỏ
nhất không thể chia cắt được nữa. Trong quá trình thực hiện hệ
phải đảm bảo cho các tác động không bị ngắt quãng.

Cho một tập hợp giao dịch M={T
1
,T
2

…,T
n
} lần lượt được thực
hiện bởi các tiến trình độc lập p
1
,p
2
…,p
n
. việc thực hiện tuần tự
có nghĩa là thực hiện tất cả các giao dịch của M theo kiểu nói
đuôi nhau và tuân thủ một trật tự nào đó. Sự gắn bó của hệ được
bảo toàn.

Nếu vì lý do hiệu quả, nhiều giao dịch được thực hiện song
song thì sự gắn bó không còn đảm bảo được nữa.
2. Sự gắn bó thông tin (tt)
Trang 20
2.3 Trật tự hoá các tác động
Cho một tập hợp giao dịch M = {T
1
,T
2
…,T
n
}.

Toàn bộ việc thực hiện các giao dịch M bởi 1 tập hợp các tiến
trình tương tranh là tương đương với việc thực hiện 1 dãy S các
tác động thuộc các giao dịch này. chẳng hạn: S= (a

1
, a
2
a
n
).

Tuân thủ trật tự nội tại từng giao dịch.

Gồm tất cả các tác động tạo nên các giao dịch M.

Mỗi tác động chỉ xuất hiện 1 và chỉ 1 lần.
⇒ S gọi là trật tự hoá của tập hợp các giao dịch M.
2. Sự gắn bó thông tin (tt)
Trang 21
3. Triển khai giao dịch tôn trọng sự gắn bó
Cho một tập hợp giao dịch M={T
1
,T
2
…,T
n
}.

Một trật tự hóa của tập hợp các tác động thành phần sẽ tương
ứng với việc thực hiện hoàn toàn các giao dịch.

Việc thu được một trật tự hóa gắn bó chỉ có thể thành công khi
áp dụng các ràng buộc trên trật tự thực hiện các tác động.
Nguyên lý của phương pháp là ở chỗ làm chậm một tác

động nào đó cho đến thời điểm mà sự thực hiện của nó không
còn có nguy cơ phá hủy sự gắn bó của trật tự hóa.
Để đảm bảo các giao dịch trên tôn trọng sự gắn bó thông
tin thì người ta đưa ra các phương pháp trên cơ sở dữ liệu phân
tán:
Trang 22
Cơ chế then cài.

Then cài loại trừ tương hỗ.

Toàn bộ giao dịch được đạt trong cặp hàm nguyên thuỷ:
mo_giaodich và dong_giaodich

Then cài lựa chọn đối tượng.

Một giao dịch thay đổi các giá trị của đối tượng phải loại trừ tất
cả các đối tượng khác muốn truy cập, ngược lại thì việc truy cập
được tiến hành theo kiểu tương tranh

Giao dịch hai pha: kiểm tra giao dịch theo 2 điều kiện

Toàn bộ đối tượng bị cài then cho đến cuối giao dịch.

Không có 1 then cài nào có thể diễn ra tiếp theo 1 then cài khác
trong cùng 1 giao dịch.
3. Triển khai giao dịch tôn trọng sự gắn bó (tt)
Trang 23
1. Giao dịch T bắt buộc phải thực hiện một cách trọn vẹn
2. Nếu có sự cố xảy ra thì phải quay lại điểm xuất phát.
Xử lý các sự cố:

Từ việc xác định các đối tượng dữ liệu phân bổ trên nhiều trạm
khác nhau ở trên, để duy trì sự gắn bó trong môi trường phân tán
phải thực hiện:
Và đòi hỏi giao dịch phải có các đặc tính toàn vẹn:
1
Nếu một tiến trình bị sự cố trước khi kết thúc T nhưng lại sau các
thao tác thay đổi cần thiết của T, trạng thái của hệ là gắn bó.
2
Nếu một tiến trình bị sự cố trước khi diễn ra các thay đổi của T,
trạng thái của hệ là gắn bó.
3
Nếu một tiến trình bị sự cố giữa các thay đỏi của T, trạng thái của
hệ là không gắn bó.
3. Triển khai giao dịch tôn trọng sự gắn bó (tt)
Trang 24
Quản lý gắn bó các giao dịch
Xét hệ có các đối tượng được phân tán trên nhiều trạm, nhưng
không có bản sao.

Các tác động được thực hiện trên các trạm khác nhau có thể
tiến hành theo kiểu song song.

Áp dụng cơ chế then cài có thể dẫn đến bế tắc và thiếu thốn
vô hạn. Nhưng thực tế khả năng bế tắc là không đáng kể vì
mỗi giao dịch chỉ xử lý tập hợp nhỏ của các đối tượng.
⇒ Đưa ra các phương pháp để quản lý gắn bó các giao dịch:

Phương pháp dự phòng (đòi hỏi phải có kiến thức cần thiết
về các đối tượng xử lý)


Phương pháp phát hiện động (hoàn hảo nếu khả năng xung
đột thấp).
3. Triển khai giao dịch tôn trọng sự gắn bó (tt)
Trang 25
4. Các thuật toán đảm bảo sự gắn bó thông tin trong
cơ sở dữ liệu phân tán.
Thuật toán duy trì sự gắn bó tránh bế tắc và thiếu thốn.
Nguyên lý:

Then cài ngầm định

Phát hiện các xung đột.

Khẳng định
Thuật toán quản lý nhiều bản sao.
1. Thuật toán đảm bảo sự gắn bó yếu nhờ dấu.
2. Thuật toán đảm bảo sự gắn bó yếu nhờ bộ tuần tự tuần
hoàn.
3. Thuật toán đảm bảo sự gắn bó mạnh.