Bài giảng Cơ sở dữ liệu phân bố: Chương 4 - Th.S Lê Thị Minh Nguyện

07/05/14

TRƯỜNG CAO ĐẰNG CƠNG NGHỆ THƠNG TIN
TP.HỒ CHÍ MINH

CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ CƠ SỞ
DỮ LIỆU PHÂN BỐ

Giảng Viên: Th.S Lê Thị Minh Nguyện
Email:

NỘI DUNG
Các bước thiết kế CSDL phân bố
Mục tiêu của thiết kế CSDL phân bố
Các cách tiếp cận thiết kế CSDL
Thiết kế phân mãnh ngang
Thiết kế phân mãnh ngang chính
Thiết kế phân mãnh ngang dẫn xuất
Thiết kế phân mãnh dọc

2

1


07/05/14

Các bước thiết kế CSDL phân bố
Thiết kế CSDL tập trung
 Thiết kế lược đồ ý niệm
 Thiết kế CSDL vật lý

Thiết kế CSDL phân bố
 Thiết kế lược đồ toàn cục
 Thiết kế phân mãnh
 Thiết kế định vị mãnh
 Thiết kế CSDL vật lý cục bộ

3

Các bước thiết kế CSDL phân bố
Thiết kế CSDL phân tán: Cần phải hiểu
biết thật chính xác về các yêu cầu của ứng
dụng, nhất là đối với các ứng dụng quan
trọng hơn.
Cần quan tâm đến
 Nơi chạy ứng dụng
 Tần suất chạy ứng dụng
 Số lượng, loại và sự phân tán của các truy
xuất

4

2


07/05/14

Các bước thiết kế CSDL phân bố

5

NỘI DUNG
Các bước thiết kế CSDL phân bố
Mục tiêu của thiết kế CSDL phân bố
Các cách tiếp cận thiết kế CSDL
Thiết kế phân mãnh ngang
Thiết kế phân mãnh ngang chính
Thiết kế phân mãnh ngang dẫn xuất
Thiết kế phân mãnh dọc

6

3


07/05/14

Mục tiêu của thiết kế CSDL PB
Tính cục bộ xử lý - processing locality
 Phân tán dữ liệu để cực đại hóa cục bộ xử lý
– đặt dữ liệu càng gần các ứng dụng sử dụng
các dữ liệu này càng tốt
 Một quan hệ không là một đơn vị phân tán
 Tính cục bộ xử lý dựa vào các tham chiếu cục
bộ và các tham chiếu từ xa
Tính sẵn sàng và độ tin cậy
 Tính sẵn sàng
 Độ tin cậy
7

Mục tiêu của thiết kế CSDL PB

Điều phối tải làm việc
 Cực đại hóa mức độ song song các ứng dụng
 Điều phối tải làm việc có thể ảnh hưởng
ngược lại với tính cục bộ xử lý
 Tính đồng thời nội truy vấn
Chi phí lưu trữ và khả năng lưu trữ có sẵn
 Khả năng lưu trữ có sẵn tại mỗi nơi
 Chi phí lưu trữ dữ liệu là khơng đáng kể so
với các chi phí CPU, nhập/xuất và truyền
thơng của các ứng dụng
8

4


07/05/14

NỘI DUNG
Các bước thiết kế CSDL phân bố
Mục tiêu của thiết kế CSDL phân bố
Các cách tiếp cận thiết kế CSDL
Thiết kế phân mãnh ngang
Thiết kế phân mãnh ngang chính
Thiết kế phân mãnh ngang dẫn xuất
Thiết kế phân mãnh dọc

9

Các cách tiếp cận thiết kế CSDL
Thiết kế từ trên xuống – Top-down design

 Thiết kế lược đồ toàn cục
 Thiết kế phân mảnh CSDL
 Định vị các mảnh tại các nơi
 Thiết kế dữ liệu vật lý đặt tại mỗi nơi

10

5


07/05/14

Cách tiếp cận từ trên xuống

11

Cách tiếp cận từ dưới lên
Thiết kế từ dưới lên – Bottom-up design
 Chọn một mơ hình CSDL chung để mơ tả
lược đồ tồn cục của CSDL
 Chuyển đổi mỗi lược đồ cục bộ thành mơ
hình dữ liệu chung
 Tích hợp các lược đồ cục bộ thành một lược
đồ toàn cục chung

12

6

07/05/14

NỘI DUNG
Các bước thiết kế CSDL phân bố
Mục tiêu của thiết kế CSDL phân bố
Các cách tiếp cận thiết kế CSDL
Thiết kế phân mãnh ngang
Thiết kế phân mãnh ngang chính
Thiết kế phân mãnh ngang dẫn xuất
Thiết kế phân mãnh dọc

13

Thiết kế phân mãnh ngang
Một mảnh là một tập hợp con gồm các bộ
của quan hệ
Phân mảnh ngang chính là phân chia một
quan hệ dựa vào các vị từ định tính được
định nghĩa trên quan hệ này
Phân mảnh ngang dẫn xuất là phân chia
một quan hệ dựa vào các vị từ định tính
được định nghĩa trên một quan hệ khác
14

7


07/05/14

Thiết kế phân mãnh ngang

Thông tin về CSDL
 Trong lược đồ ý niệm toàn cục, các quan hệ
được kết nối với nhau
 Trong mơ hình liên kết thực thể (ER model)
• Quan hệ chủ hoặc quan hệ nguồn
• Quan hệ bộ phận hoặc quan hệ đích
• Các hàm OWNER(L) và MEMBER(L)
15

Thiết kế phân mãnh ngang

Biểu diễn các mối liên kết giữa các quan hệ dùng
các đường liên kết

16

8


07/05/14

Thiết kế phân mãnh ngang
Thông tin về ứng dụng (application)
 Các vị từ được sử dụng trong các truy vấn
 Chỉ phân tích các ứng dụng quan trọng để
xác định các vị từ này
 Giả sử phân mảnh ngang quan hệ
R(A1,A2,…,An), với Ai là thuộc tính được định
nghĩa trên miền Di: Chúng ta có các định
nghĩa sau đây:

17

Thiết kế phân mãnh ngang
Thông tin về ứng dụng (application)
 Vị từ đơn giản (simple predicate) pj được định
nghĩa trên R có dạng
Aiθ value
 θ là một trong các phép so sánh =, #, <, ≤, >, ≥
 value được chọn từ miền giá trị của Ai (value € Di)
Ký hiệu Pr là tập hợp các vị từ đơn giản được
định nghĩa trên quan hệ R. Các phần tử của
Pr được ký hiệu là pj

18

9


07/05/14

Thiết kế phân mãnh ngang
Thông tin về ứng dụng (application)
 Vị từ giao tối thiểu (minterm predicate) mj đối
với tập các vị từ đơn giản Pr={p1, p2,…, pm} là
một tổ hợp giao của tất cả các vị từ xuất hiện
trong Pr (ở dạng thông thường hoặc ở dạng
phủ định) sao cho mj không bị mâu thuẫn
mj = ᴧp*i, 1 ≤ i ≤ m
Với p*i ={ pi | ¬pi} và mj ≠ false

 Gọi tập các vị từ giao tối thiểu:
M={m1, m2,…, mz}
19

Thiết kế phân mãnh ngang
Thông tin về ứng dụng (application)
 Độ chọn giao tối thiểu sel(mj) (mintern
selectivity) – số bộ quan hệ sẽ được truy xuất
bởi một truy vấn tương ứng với một vị từ giao
tối thiểu cho trước.
 Tần số truy xuất acc(q ) (access frequency) –
tần số của các ứng dụng truy xuất dữ liệu.
Q={q , q ,..., q } tập hợp các truy vấn, acc(q )
cho biết tần số truy vấn
i

1

2

q

i

20

10

07/05/14

NỘI DUNG
Các bước thiết kế CSDL phân bố
Mục tiêu của thiết kế CSDL phân bố
Các cách tiếp cận thiết kế CSDL
Thiết kế phân mãnh ngang
Thiết kế phân mãnh ngang chính
Thiết kế phân mãnh ngang dẫn xuất
Thiết kế phân mãnh dọc

21

Thiết kế phân mãnh ngang chính
Mảnh ngang chính được xác định bằng
phép chọn trên quan hệ chủ của lược đồ
CSDL.
Ri = σFI (R), 1 ≤ i ≤ n
 Fi điều kiện chọn của mảnh Ri
 Nếu Fi ở dạng chuẩn giao thì nó là một vị từ
giao tối thiểu mi
 Tính đúng đắn của phân mảnh ngang chính:
mỗi bộ của quan hệ chủ được đưa vào trong
một và chỉ một mảnh.
22

11


07/05/14

Thiết kế phân mãnh ngang chính
Xác định phân mảnh ngang chính của một
quan hệ chủ là xác định một tập các vị từ
chọn (selection predicate) đầy đủ và tách
biệt
Các bộ thuộc cùng một mảnh phải được
tham chiếu giống nhau trong tất cả các
ứng dụng
Mảnh ngang hoặc mảnh giao tối thiểu Ri
bao gồm tất cả các bộ của R thỏa mãn vị
từ giao tối thiểu mi
23

Thiết kế phân mãnh ngang chính
Các bước thiết kế phân mảnh ngang
 Bước 1: Tìm tập các vị từ chọn Pr’ là đầy đủ
và tối thiểu
 Bước 2: Tìm tập các vị từ giao tối thiểu có thể
đuợc định nghĩa trên các vị từ của Pr’

24

12


07/05/14

Thiết kế phân mãnh ngang chính
Một vị từ đơn giản pi được gọi là thích hợp

(relevant) đối với một tập Pr, nếu tồn tại ít
nhất hai vị từ giao tối thiểu mi và mj của
Pr mà các biểu thức của chúng chỉ khác
nhau ở pi (mi chứa pi, mj chứa ¬pj) và tồn

tại ít nhất một ứng dụng tham chiếu khác
nhau đến 2 mảnh fi và fj (tương ứng với mi
và mj)
25

Thiết kế phân mãnh ngang chính
Một tập vị từ đơn giản Pr được gọi là đầy

đủ (complete) nếu và chỉ nếu 2 bộ nào
thuộc bất kỳ mảnh giao tối thiểu nào được
định nghĩa theo Pr, thì bất kỳ ứng dụng
nào đều tham chiếu đến hai bộ này cùng
với một xác suất.
Một tập các vị từ đơn giản Pr được gọi là
tối thiểu (minimal) nếu tất cả các vị từ của
nó là các vị từ thích hợp

26

13


07/05/14

Thiết kế phân mãnh ngang chính

27

Thiết kế phân mãnh ngang chính
Pr = (p1, p2,…, pm) – tập các vị từ đơn giản
Để cho Pr biểu diễn phân mảnh đúng đắn
và hiệu quả thì Pr phải đầy đủ và tối thiểu

28

14


07/05/14

Thiết kế phân mãnh ngang chính
EMP(EMPNUM,NAME,SAL,TAX,MGRNUM,DEPTNUM,JOB)
DOM(DEPTNUM)={1,2}

Ứng dụng quan trọng:
 Thơng tin thành viên là nhân viên các dự án
 Dữ liệu các nhân viên là người lập trình

29

Thiết kế phân mãnh ngang chính
Q: Qui tắc cơ bản về tính đầy đủ và tối
thiểu: Một quan hệ hoặc một mảnh được
phân mảnh "thành ít nhất hai phần và

chúng được truy xuất khác nhau bởi ít
nhất một ứng dụng“

Xét tht tóan COM_MIN
30

15


07/05/14

Thiết kế phân mãnh ngang chính

31

Thiết kế phân mãnh ngang chính

32

16


07/05/14

Ví dụ
P1={SAL>35000}
SAL>35000: thích hợp P1
P2={SAL>35000, DEPTNUM=1}
DEPTNUM=1: thích hợp với P2
P3={SAL>35000, DEPTNUM=1, JOB=‘P’}

JOB=‘P’: thích hợp với
P3
SAL>35000: khơng thích hợp P1

P4={DEPTNUM=1, JOB=‘P’}
Đầy đủ và tối thiểu
33

NỘI DUNG
Các bước thiết kế CSDL phân bố
Mục tiêu của thiết kế CSDL phân bố
Các cách tiếp cận thiết kế CSDL
Thiết kế phân mãnh ngang
Thiết kế phân mãnh ngang chính
Thiết kế phân mãnh ngang dẫn xuất
Thiết kế phân mãnh dọc

34

17


07/05/14

Thiết kế phân mãnh ngang dẫn xuất
Phân mảnh ngang dẫn xuất được định
nghĩa trên các quan hệ bộ phận của đường
liên kết theo phép chọn trên quan hệ chủ
của đường liên kết này
Đường liên kết giữa quan hệ chủ và quan

hệ bộ phận được định nghĩa là một phép
kết bằng
Một phép kết bằng có thể thực hiện bằng
các phép nửa kết

35

Thiết kế phân mãnh ngang dẫn xuất
Xét đường liên kết L với owner(L) = S và
member(L) = R, các mảnh ngang dẫn
xuất được định nghĩa như sau

n – số lượng lớn nhất các mảnh được định
nghĩa trên R
Si= σFI (S), với Fi là công thức dùng để
định nghĩa mảnh ngang chính Si
F – điều kiện nửa kết

36

18


07/05/14

Thiết kế phân mãnh ngang dẫn xuất
Để thực hiện phân mảnh ngang dẫn xuất
cần có
 Tập các mảnh của quan hệ chủ
 Quan hệ bộ phận

 Tập các vị từ nữa kết giữa quan hệ chủ và
quan hệ bộ phận

37

Thiết kế phân mãnh ngang dẫn xuất
Phép kết phân bố (distributed join) là một
phép kết giữa các quan hệ được phân
mảnh ngang

Có thể suy diễn để xác định một số phép
kết từng phần
Phép kết phân tán được biểu diễn bằng đồ
thị kết (join graph)
38

19


07/05/14

Thiết kế phân mãnh ngang dẫn xuất
Đồ thị kết được gọi là hồn tồn (total)
nếu nó chứa tất cả các cạnh có thể có giữa
các mảnh của R và S
Đồ thị kết được gọi là suy giảm (reduced)
nếu khơng có một số cạnh giữa các mảnh
của R và S
 Đồ thị kết suy giảm phân hoạch (partitioned)
 Đồ thị kết suy giảm đơn giản (simple)

39

Thiết kế phân mãnh ngang dẫn xuất
Đồ thị kết suy giảm phân hoạch – bao
gồm hai hoặc nhiều đồ thị con và khơng
có các cạnh giữa chúng
Đồ thị kết suy giảm đơn giản – phân
hoạch và mỗi đồ thị con có đúng 1 cạnh

40

20


07/05/14

Thiết kế phân mãnh ngang dẫn xuất

Đồ thị kết đơn giản

Đồ thị kết
Đồ thị kết phân hoạch

41

Thiết kế phân mãnh ngang dẫn xuất
Có thể có nhiều đường liên kết đến một
quan hệ R và có nhiều cách phân mảnh
ngang dẫn xuất cho R dựa trên 2 tiêu

chuẩn:
 Sự phân mảnh có các đặc điểm kết tốt hơn
 Sự phân mảnh được sử dụng trong nhiều
ứng dụng hơn
42

21


07/05/14

NỘI DUNG
Các bước thiết kế CSDL phân bố
Mục tiêu của thiết kế CSDL phân bố
Các cách tiếp cận thiết kế CSDL
Thiết kế phân mãnh ngang
Thiết kế phân mãnh ngang chính
Thiết kế phân mãnh ngang dẫn xuất
Thiết kế phân mãnh dọc

43

Phân mãnh dọc
Phân mảnh tách biệt (Vertical partitioning
fragmentation): các tập thuộc tính khơng
giao nhau
Phân mảnh nhóm gom tụ (Vertical
clustering fragmentation): các tập thuộc
tính có thể giao nhau

 Lưu ý có nhân bản, khơng nên cập nhật
thường xun thuộc tính bị phủ lấp
Phân mảnh tối ưu (Optimal fragmentation)
 Tạo lược đồ phân mảnh, tối thiểu hóa thời
gian thực hiện của các ứng dụng
44

22


07/05/14

Phân mãnh dọc
Cách tiếp cận phân tách (split approach)
 QH toàn cục được tách dần dần để tạo mảnh dựa
trên cách phân mảnh có lợi dựa trên truy suất của
các applications
Cách tiếp cận gom nhóm (grouping approach)
 Thuộc tính kết hợp dần để tạo mảnh. Gắn mỗi
attribute cho mỗi mảnh và sau đó kết hợp dần dần
thỏa một tiêu chuẩn nào đó.

45

Phân mãnh dọc
Tự lực/ái lực/lực hút (affinity)
 Là số đo lực hút của các thuộc tính
 Chỉ ra mức độ liên đới giữa các thuộc tính
Các khái niệm
 Tập vấn tin người dùng (ứng dụng): Q=(qi..q);

 Quan hệ R(Ai..n)
 Giá trị sử dụng thuộc tính của qi với Aj:
use(qi,Aj)=0/1

46

23


07/05/14

Phân mãnh dọc
Xét quan hệ:
 PROJ(Pno, pname,budget,loc)
 q1: Select budget from PROJ
where pno=value
 q2: Select pname,budget from PROJ
 q3: Select pname from PROJ where loc =value
 q4: Select sum(budget)
from PROJ
where loc=value
 Đặt: PROJ(A1,A2,A3,A4)
47

Phân mãnh dọc
Ma trận sử dụng thuộc tính:

48

24

07/05/14

Phân mãnh dọc
Tập các ứng dụng q của Q
 Q(A,B) = {q € Q: use(q,A)=use(q,B)=1}
Số đo lực hút/ái lực giữa Ai, Aj của R với Q:

Trong đó:
 refl(q): số truy xuất đến thuộc tính (Ai,Aj) cho mỗi
ứng dụng q tại vị trí Rl
 Accl(q): số đo tần số truy xuất q đến Ai,Aj tại vị trí l.
49

Kiểm tra
Cho các quan hệ toàn cục:
 NV(MaNV, Hoten, MaNQL, Phong, Luong, Diachi)
 DA(MaDA, TenDA, Diadiem, KP)
 Phancong(MaNV,MaDA)
Các quan hệ được phân đoạn như sau:

50

25