Luận văn thạc sĩ thuật toán tụ năng lượng BEA (bond energy algorithm) trong thiết kế cơ sở dữ liệu phân tán tuyển sinh trung học phổ thông tỉnh thái nguyên
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.49 MB, 87 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG
DƯƠNG VĂN LƯƠNG
THUẬT TỐN TỤ NĂNG LƯỢNG BEA (BOND ENERGY
ALGORITHM) TRONG THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU PHÂN TÁN
TUYỂN SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG TỈNH THÁI
NGUYÊN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH
THÁI NGUN - 2016
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
ii
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG
DƯƠNG VĂN LƯƠNG
THUẬT TỐN TỤ NĂNG LƯỢNG BEA (BOND ENERGY
ALGORITHM) TRONG THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU PHÂN TÁN
TUYỂN SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG TỈNH THÁI
NGUYÊN
Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 60 48 01 01
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Đỗ Trung Tuấn
Thái Nguyên, 2016
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
iii
Lời cam đoan
Tôi cam đoan những kết quảtrong luâṇ văn là của viêcc̣ ti ̀m hiểu, có
trích dâñ và tham chiếu đến các nguồn tư liệu tin câỵ. Nôị dung luâṇ văn
không sao chép từ các kết quảcủa các luâṇ văn, luâṇ án khác.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
iv
Lời cảm ơn
Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn đến trường Đại học Công nghệ thông
tin và truyền thông Thái Nguyên, đã tạo điều kiện và tổ chức khóa học này để
tơi có thể có điều kiện tiếp thu những kiến thức mới, có thời gian học tập và
hoàn thành luận văn cao học này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã truyền đạt cho chúng tôi
những kiến thức quý báu trong quá trình học tập và làm luận văn.
Tôi chân thành cảm ơn ta bè cùng lớp đã giúp đỡ, động viên tơi trong
q trình học tập cũng như thực hiện luận văn.
Cuối cùng, tôi xin gửi thành quả này tới gia đình và người thân của tơi,
những người đã hết lịng tạo điều kiện và động viên tơi để tơi có được kết quả
ngày hơm nay.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
v
Mục lục
Lời cam đoan..................................................................................iii
Lời cảm ơn.........................................................................................iv
Mục lục...................................................................................................v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.....................................................viii
CÁC BẢNG, HÌNH VẼ........................................................................ix
MỞ ĐẦU................................................................................................ 1
1. Lý do chọn đề tài.........................................................................1
2. Cấu trúc luận văn.........................................................................5
Chương 1................................................................................................ 7
KHÁI NIỆM VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU PHÂN TÁN..................................7
1.1. Hệ thống cơ sở dữ liệu tập trung..................................................7
1.2. Giới thiệu hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán..................................8
1.3. Ưu điểm, nhược điểm hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán...............9
1.3.1. Ưu điểm.................................................................................9
1.3.2. Khuyết điểm........................................................................ 10
1.4. Các đặc điểm của hệ thống xử lý phân tán.................................10
1.5. Kiến trúc của một hệ CSDL phân tán........................................ 11
1.6. Các hệ thống phân tán................................................................13
1.6.1. Mơ hình khách chủ..............................................................13
1.6.2. Mơ hình phân tán ngang hàng.............................................14
1.6.3. Mơ hình nhân bản chính - phụ.............................................15
1.6.4. So sánh các mơ hình............................................................16
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
vi
1.7. Nhu cầu về cơ sở dữ liệu phân tán.............................................16
1.7.1. Công tác tuyển sinh THPT tỉnh Thái Nguyên.....................16
1.7.2. Hạ tầng cơ sở dữ liệu về giáo dục Thái Nguyên.................19
1.7.3. Hạ tầng dịch vụ Internet tại Thái Nguyên và ứng dụng cho
giáo dục....................................................................................................20
1.7.4. Nhu cầu thiết kế cơ sở dữ liệu phân tán phục vụ công tác
tuyển sinh THPT......................................................................................22
1.8. Kết luận chương.........................................................................24
Chương 2.............................................................................................. 25
CƠ SỞ LÍ THUYẾT LIÊN QUAN...................................................... 25
2.1. Phân đoạn dữ liệu.......................................................................25
2.1.1. Giới thiệu.............................................................................25
2.1.2. Nhu cầu phân đoạn dữ liệu..................................................26
2.1.3. Các điều kiện ràng buộc trong thiết kế phân đoạn..............27
2.2. Phân đoạn ngang........................................................................ 28
2.3. Phân đoạn dọc............................................................................28
2.3.1. Giới thiệu.............................................................................28
2.3.2. Q trình phân đoạn............................................................ 29
2.3.4. Thṭtốn tụ năng lượng BEA và ứng dungg........................30
2.3.5. Xác định ma trận sửdungg các thuộc tính.............................35
2.3.6. Xây dựng ma trận hấp dẫn xếp cụm....................................36
2.3.7. Phân đoạn ma trận hấp dẫn..................................................43
2.4. Kết luận chương.........................................................................50
Chương 3.............................................................................................. 51
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
vii
THỬ NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG THỰC TẾ......................................51
3.1. Hệ thống cơ sở dữ liệu phục vụ tuyển sinh THPT tại Sở...........51
3.1.1. Sơ đồ cơ sở dữ liệu phân tán............................................... 51
3.1.2. Các truy cập dữ liệu từ các trường......................................52
3.2. Phân đoạn dọc............................................................................52
3.2.1. Đặt vấn đề............................................................................52
3.2.2. Áp dụng thuâṭtoán tụ năng lượng BEA...............................53
3.2.3. Thực hiện với dữ liệu cụ thể................................................56
3.3. Các sơ đồ thuật tốn...................................................................58
3.3.1. Chương trình chính..............................................................58
3.3.2. Thuật tốn phân đoạn ma trận hấp dẫn phân cụm...............58
3.3.3. Thuật tốn tìm phần trên, phần dưới trong ma trận hấp dẫn59
3.4. Kết luận chương.........................................................................61
KẾT LUẬN...........................................................................................62
Kết quả luận văn đạt được.............................................................62
Phương hướng tìm hiểu và thực nghiệm tiếp theo của luận văn...63
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................... 64
Tiếng Việt......................................................................................64
Tiếng Anh......................................................................................64
PHỤ LỤC..........................................................................................65
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
viii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CLR
Server Common Language Runtime
CNTT
Công nghệ Thông tin
CSDL
Cơ sở dữ liệu
CSDLPT
Cơ sở dữ liệu phân tán
DB
Database, cơ sở dữ liệu
DB2
Tên cơ sở dữ liệu của IBM
DD
Data Dictionary
DDB
Distributed DataBase
DDBMS
Distributed Data Base Management System
GDDT
Giáo dục và đào tạo
GV
Giáo viên
HS
Học sinh
ICT
Công nghệ thông tin và truyền thông
IDE
Integrated Development Environment
ISO
International Organization for Standardization
Khách/ chủ
Mơ hình hệ thống máy chính - máy dự phịng
Multitier Client –
Server
Mơ hình đa khách - chủ
Peer - to - Peer
Mơ hình nhóm làm việc
RCS
Revision Control System
SQL
Structured Query Language
THPT
Trung học phổ thong
VNPT
Vietnam Posts and Telecommunications Group
XML
eXtensible Markup Language
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
ix
CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Hình 1.1: Mơi trường CSDL tập trung..............................................................7
Hình 1.2. Hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán....................................................... 8
Hình 1.3: Mơi trường CSDL phân tán.............................................................. 9
Hình 1.4: Sơ đồ tạo CSDL phân tán................................................................11
Hình 1.5: Sơ đồ quá trình tạo CSDL phân tán................................................ 12
Hình 1.6. Hệ thống khách/ chủ....................................................................... 14
Hình 1.7. Mô phỏng hệ thống Khách/ chủ......................................................15
Bảng 1.1: So sánh các mơ hình phân tán........................................................ 16
Hình 1.8. Trang Web của Sở GDDT Thái Nguyên......................................... 16
Hình 1.8. Một số trang Web của các trường................................................... 17
Bảng 1.2. Các trường THPT trong mạng lưới phân tán tại tỉnh Thái Nguyên 17
Hình 1.10. Cổng thông tin điện tử liên quan đến cơ sở dữ liệu văn bản.........19
Hình 1.11. Cơ sở dữ liệu tập trung..................................................................23
Hình 1.12. Hình dạng thí dụ về cơ sở dữ liệu phân tán đối với cơng tác tuyển
sinh..................................................................................................................24
Hình 2.1. Minh họa về sự phân đoạn trên ổ đĩa..............................................25
Hình 2.2. Phân đoạn dữ liệu............................................................................26
Hình 2.3. Minh họa tách bảng.........................................................................29
Hình 2.4. Bảng dữ liệu biết được khi thiết kế cơ sở dữ liệu...........................30
Bảng 2.1. Dữ liệu từ hình trên.........................................................................30
Hình 2.5. Thí dụ về mức tụ năng lượng ME...................................................32
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
x
Hình 2.6. Chương trinh̀ SQL để khai báo lược đồ.......................................... 35
Bảng 2.2. Quá trình Pk truy cập Ci..................................................................35
Hình 2.7. Ma trận sử dungg các thuộc tính.......................................................35
Hình 2.8. Các tần suất truy cập của các quá trình Pj.......................................36
Bảng 2.3. Các AFF tính được dựa trên các ACC, như kết quả trong hình 5 .. 36
Hình 2.9. Ma trận hấp dẫn xếp cụm................................................................37
Hình 2.10. Ma trận hấp dẫn xếp cụm với đường chéo được tính lại...............37
Hình 2.11. Thí dụ tính BOND (C1, C3)...........................................................38
Hình 2.12. Xét C3 đối với cặp C1, Cp đã hình thành.......................................38
Hình 2.13. Thuộc tính C3 được đặt giữa C1, Cp do CONT (C1, C3, Cp) đạt max
39
Hình 2.14. Vị trí tương đối trước khi xét C4...................................................40
Hình 2.15. Kết quả xếp cột C4........................................................................ 41
Hình 2.16. Cột C5 cần xếp đối với bốn cột đã có............................................41
Hình 2.17. Ma trận hấp dẫn cuối cùng............................................................43
Hình 2.18. Ma trận hấp dẫn cuối cùng đã sắp xếp..........................................43
Hình 2.19. Ma trận sử dungg các thuộc tính, như hình 4, nhưng cho T truy cập
nhiều Ai........................................................................................................... 44
Hình 2.20. Chọn điểm x..................................................................................45
Hình 2.21. Ma trận đầu vào cho việc tìm x lần đầu........................................ 46
Hình 2.22. Ma trận đầu vào đối với C5, C5.....................................................47
Hình 2.23. Chuyển vị sau một lần tính giá trị cực đại.................................... 47
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
xi
Hình 2.24. Ma trận chuyển vị, là cuối của bước này, đầu vào cho bước chọn x
tiếp theo...........................................................................................................48
Hình 2.25. Chuyển vị, nhưng khơng cần thiết................................................ 49
Hình 2.26. Phân đoạn trên ma trận ban đầu, tức ma trận hấp dẫn xếp cụm. .. 49
Hình 3.1. Hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán..................................................... 51
Hình 3.2. Các trạm phân tán được xét trong bài tốn tuyển sinh....................56
Hình 3.3. Các thuộc tính của dữ liệu trong bảng cơ sở dữ liệu sẽ phân rã.....56
Hình 3.4. Tác động của 8 câu hỏi thơng thường trên các thuộc tính cơ sở dữ
liệu...................................................................................................................56
Hình 3.5. Tần suất truy cập đến cơ sở dữ liệu từ 4 trạm theo 8 dạng câu hỏi. 57
Hình 3.6. Ma trận hấp dẫn cụm trước khi tính tốn phân đoạn......................57
Hình 3.7. Chương trình chính của bài tốn phân đoạn quan hệ......................58
Hình 3.8. Thuật toán tụ năng lượng BEA theo [6. 10], dùng trong phân đoạn
dọc...................................................................................................................59
Hình 3.9. Thuật tốn tìm các phần, dùng để phân đoạn dọc...........................60
Hình 3.10. Minh họa hình của chương 2........................................................ 61
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cùng với cả nước, tuyển sinh Trung học phổ thông (THPT) là kỳ thi
cấp tỉnh diễn ra hàng năm của tỉnh Thái Nguyên. Đây là một trong những kỳ
thi nhận được nhiều sự quan tâm của xã hội, cũng như các cấp quản lý, các
nhà trường trong tỉnh.
Đối với mỗi trường THPT về hoạt động tuyển sinh, bên cạnh việc đảm
bảo chất lượng khách quan, cơng bằng đầu vào, thì các thơng tin liên quan tới
thí sinh là rất cần thiết cho việc biên chế lớp, thống kê, báo cáo các đợt trong
năm học, cũng như việc quản lý học sinh sau này.
Căn cứ vào hướng dẫn của Bộ Giáo dục và Đào tạo, hàng năm Sở Giáo
dục và Đào tạo Thái Nguyên xây dựng kế hoạch và ban hành các văn bản
hướng dẫn tuyển sinh vào lớp 10, đồng thời tổ chức các hội nghị tập huấn cho
các lãnh đạo, cho các cán bộ phụ trách xây dựng cơ sở dữ liệu tuyển sinh của
các nhà trường.
Những năm qua, việc ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý thi
tuyển sinh THPT tại tỉnh Thái Nguyên mới chỉ ở mức độ “thủ công”, chưa tận
dụng được nhiều từ khả năng của lĩnh vực đó mang lại. Cụ thể:
Trong nhiều năm qua kỳ thi sử dụng phần mềm Demo do người quản trị
cơ sở dữ liệu viết trên hệ quản trị Virual FoxPro. Bên cạnh ưu điểm là người
quản trị dễ dàng thực hiện thao tác trực tiếp trên dữ liệu như: ghép nối dữ liệu,
sắp xếp, lọc, thống kê, báo cáo… thì nhiều hạn chế vẫn chưa được cải thiện.
Đơn cử như, sau khi được tập huấn, cán bộ phụ trách máy tính các trường về
triển khai nhập dữ liệu. Sau khi nhập xong, các trường ghi dữ liệu ra đĩa CD
và nộp về máy tính của Sở (máy trung tâm). Từ máy trung tâm tiến hành ghép
dữ liệu, sắp xếp phòng thi và in các mẫu ra giấy rồi chuyển về cho
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
2
các trường. Từ đây dữ liệu tuyển sinh cơ sở từ các trường (sau khi đã nộp sở)
sẽ khơng cịn giá trị sử dụng. Việc sửa chữa thông tin, nhập điểm, xử lý điểm
thi diễn ra tại máy trung tâm và kết quả thi cũng in ra giấy gửi cho các trường.
Đối với mỗi nhà trường, thông tin của học sinh từ dữ liệu tuyển sinh sẽ
rất cần thiết trong suốt q trình ba năm học THPT nếu như thí sinh đó trúng
tuyển. Việc xây dựng dữ liệu tuyển sinh như trên khơng thể đáp ứng nhu cầu
đó, cho nên thực trạng hiện nay, cùng một đối tượng nhưng các nhà trường
phải quản lý ở ba lĩnh vực và ba cơ sở dữ liệu khác nhau trong ba năm học
THPT, đó là: quản lý tuyển sinh – quản lý học sinh trong nhà trường – thí sinh
thi tốt nghiệp THPT. Điều đó khơng chỉ tính nhất qn cơ sở dữ liệu khơng
được đảm bảo mà cịn gây lãng phí, tốn nhiều cơng sức và rất khó quản lý.
Ngay nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ về công nghệ, cơ sở hạ tầng
thiết bị công nghệ thông tin và viễn thông cũng được đầu tư khá đầy đủ. Cụ
thể các trường THPT trong tỉnh được trang bị nhiều máy tính với cấu hình
cao, 100% được kết nối mạng Internet với đường truyền băng thông rộng, đội
ngũ cán bộ phụ trách máy tính tại các đơn vị được đào tạo cơ bản, trình độ tin
học ngày càng nâng cao...
Một vấn đề cần quan tâm trong ứng dụng công nghệ thông tin trong
ngành giáo dục quê hương Thái Nguyên là phân tích, thiết kế và xây dựng hệ
thống thơng tin nói chung, cơ sở dữ liệu giáo dục nói riêng. Cơ sở dữ liệu
được hiểu theo cách định nghĩa kiểu kĩ thuật thì nó là một tập hợp thơng tin có
cấu trúc. Tuy nhiên, thuật ngữ này thường dùng trong công nghệ thơng tin và
nó thường được hiểu rõ hơn dưới dạng một tập hợp liên kết các dữ liệu,
thường đủ lớn để lưu trên một thiết bị lưu trữ như đĩa hay băng. Dữ liệu này
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
3
được duy trì dưới dạng một tập hợp các tập tin trong hệ điều hành hay được
lưu trữ trong các hệ quản trị cơ sở dữ liệu.
Một khâu quan trọng trong phân tích phần mềm đó là việc phân tích và
thiết kế cơ sở dữ liệu. Tất cả mọi hệ thống đều phải sử dụng một cơ sở dữ liệu
của mình, đó có thể là một cơ sở dữ liệu đã có hoặc một cơ sở dữ liệu được
xây dựng mới. Cũng có những hệ thống sử dụng cả cơ sở dữ liệu cũ và mới.
Việc phân tích và thiết kế cơ sở dữ liệu cho một hệ thống có thể tiến hành
đồng thời với việc phân tích và thiết kế hệ thống hoặc có thể tiến hành riêng.
Vấn đề đặt ra là cần xây dựng một cơ sở dữ liệu giảm được tối đa sự dư thừa
dữ liệu đồng thời phải dễ khơi phục và bảo trì.
Như chúng ta đã biết, cơ sở dữ liệu là một tập hợp các dữ liệu có liên
quan đến nhau dưới dạng các bản ghi trong các bảng. Khi phát triển các hệ
thống tin học hóa người phát triển khơng chỉ cần thiết kế các tiến trình xử lý
của hệ thống mà cịn phải quan tâm đến cách tổ chức dữ liệu. Quá trình này
chính là thiết kế cơ sở dữ liệu trong đó chỉ ra các loại dữ liệu được lưu trữ,
lượng dữ liệu lưu trữ và cách tổ chức dữ liệu, v.v. Q trình thiết kế cơ sở dữ
liệu chính là quá trình lập kế hoạch và đưa ra cấu trúc của dữ liệu. Vậy tại sao
lại cần phải thiết kế cơ sở dữ liệu? Câu trả lời là để có được một dự án hay
một hệ thống thành cơng thì chúng ta khơng chỉ phải đảm bảo các tiến trình
thực thi chính xác mà cịn phải đảm bảo một cấu trúc dữ liệu hợp lý. Với việc
xác định trước các yếu tố liên quan đến dữ liệu của môi trường xung quanh,
chúng ta có thể tránh được các sai sót hay xung đột về sau.
Khi thiết kế một cơ sở dữ liệu, chúng ta có thể phải dựa vào một hệ
thống thực để mơ hình hóa trong cơ sở dữ liệu. Quá trình này bao gồm việc
quyết định các bảng cần tạo, các trường dữ liệu cũng như mối quan hệ giữa
các bảng. Nếu quá trình này được thực hiện một cách rõ ràng, tự nhiên và tự
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
4
động thì rất tốt, nhưng thường thì khơng phải như vậy. Một cơ sở dữ liệu được
thiết kế tốt cần phải có thời gian, cơng sức để chuẩn bị, xây dựng và cải tiến.
Một cơ sở dữ liệu được thiết kế theo mơ hình quan hệ mang lại rất
nhiều lợi ích. Dưới đây liệt kê một số lợi ích này:
Giúp thêm mới, cập nhật, xóa dữ liệu hiệu quả hơn;
Việc truy xuất tổng hợp dữ liệu và chiết xuất báo cáo hiệu quả
hơn;
Do cơ sở dữ liệu tuân theo mô hình đã được thiết kế tốt, chúng ta
có thể biết trước hoạt động của chúng;
Với hầu hết dữ liệu được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu mà không
phải trong ứng dụng, bản thân cơ sở dữ liệu đã chứa đầy đủ
thông tin;
Dễ dàng thay đổi cấu trúc cơ sở dữ liệu.
Như đề cập ở trên, thiết kế cơ sở dữ liệu rất cần sự linh hoạt và sáng
tạo. Dù là việc thiết kế cơ sở dữ liệu cần phải theo đúng các mơ hình chuẩn
hóa và mơ hình quan hệ, cuối cùng chúng ta vẫn phải đưa ra một thiết kế thể
hiện được nghiệp vụ của doanh nghiệp. Lý thuyết thiết kế cơ sở dữ liệu quan
hệ thường đề cập đến những vấn đề cần tránh khi thiết kế nhưng lại không
hướng dẫn chúng ta bắt đầu từ đâu và cách quản lý nghiệp vụ. Chính vì vậy ta
cần phải hiểu rõ nghiệp vụ của tổ chức đó (hay hồn cảnh nghiệp vụ) mà
chúng ta đang mơ hình hóa. Một cơ sở dữ liệu thiết kế tốt đòi hỏi người thiết
kế phải hiểu rõ nghiệp vụ, cần có thời gian và kinh nghiệm.
Là một giáo viên tin học công tác trong ngành giáo dục và đào tạo Thái
Nguyên, học viên nhận thấy đây là một kỳ thi quan trọng, việc xây dựng một
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
5
cơ sở dữ liệu phù hợp với tình hình thực tế là rất cần thiết, đáp ứng nhu cầu
quản lý, khai thác thông tin và sử dụng nguồn dữ liệu tại các đơn vị.
Khi thiết kế cơ sở dữ liệu phân tán, đặc biệt trong phân đoạn dọc, người
ta cần tính đến việc tụ năng lượng, ứng với việc xếp sắp các thuộc tính gần
nhau. Người ta đã sử dụng thuật toán tụ năng lượng BEA để thực hiện việc
này. Thuật toán được sử dụng trong một pha nhỏ của thiết kế phân đoạn dọc
cơ sở dữ liệu phân tán. Vì vậy, học viên đã chọn đề tài: “Thuật tốn tụ năng
lượng BEA (Bond Energy Algorithm) trong thiết kế Cơ sở dữ liệu phân tán
tuyển sinh Trung học phổ thông tỉnh Thái Nguyên” nhằm đưa ra giải pháp
mới trong hoạt động quản lý thi tuyển sinh và đây cũng là nội dung nghiên
cứu cho luận văn của mình.
2.
Cấu trúc luận văn
Luận văn được chia thành các chương, với phần mở đầu và kết luận.
Cuối luận văn là danh sách các tài liệu tham khảo và trích dẫn trong luận văn.
Chương 1 đề cập khái niệm về cơ sở dữ liệu phân tán, những đặc
tính của cơ sở dữ liệu phân tán và những thách thức xử lí dữ liệu
trong cơ sở dữ liệu so với cơ sở dữ liệu tập trung truyền thống.
Ngồi ra chương 1 cịn đề cập nhu cầu về cơ sở dữ liệu phân tán
trên địa bàn công tác của học viên, tại Thái Nguyên;
Chương 2 đề cập cơ sở lí thuyết của vấn đề liên quan đến luận
văn, tức việc thiết kế cơ sở dữ liệu phân tán, tập trung vào các ki ̃
thuâṭ phân rã dữ liệu. Hai kiểu phân rã dữ liệu (i) phân đoạn
ngang; (ii) phân đoạn dọc và phân đoạn hỗn hợp được nêu ra, như
kiến thức tìm hiểu thêm về hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán.
Chương 2 tập trung vào phân đoạn dọc, nên thṭtốn tụ năng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
6
lượng BEA trong thiết kế cơ sở dữ liệu phân tán dọc có ý nghĩa,
được luận văn nghiên cứu và thử nghiệm;
Chương 3 trình bày thực nghiệm của luận văn, về thuâṭtoán tụ
năng lượng và phân đoạn dọc, trong quá trình thiết kế cơ sở dữ
liệu phân tán tại Thái Nguyên. Các kết quả này được ứng dungg
trong phân tích, thiết kế và xây dựng cơ sở dữ liệu phân tán, phục
vụ công tác tuyển sinh tại các trường Trung học Phổ thông của
Sở GDDT Thái Nguyên.
Cuối luận văn là kết luận, với (i) kết quả luận văn đạt được; (ii) phương
hướng tiếp tục tìm hiểu về lí thuyết và ứng dungg.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
7
Chương 1
KHÁI NIỆM VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU PHÂN TÁN
1.1. Hệ thống cơ sở dữ liệu tập trung
Theo [2], hệ cơ sở dữ liệu tập trung là tất cả dữ liệu đều nằm tại một vị
trí, khơng có sự phân tán dữ liệu. Mạng máy tính mang tính cục bộ, dữ liệu
khơng có tính sẵn sàng như cơ sở dữ liệu phân tán.
Nút 1
Giao tiếp mạng
Nút 3
Nút 5
Nút 4
Hình 1.1: Mơi trường CSDL tập trung
Hình trên cho thấy có tồn tại mơi trường mạng lưới, nhưng chỉ có duy
nhất nút 3 lưu trữ và quản lý dữ liệu, những nút cịn lại khơng đảm nhiệm
chức năng đó.
Ưu điểm:
Dữ liệu được tập trung một nơi, dễ dàng cho việc xây dựng, bảo
trì.
Dự phịng dữ liệu được loại bỏ, khơng phải lặp lại các phiên bản
dữ liệu giống nhau cùng tồn tại trên các trạm.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
8
Tiết kiệm chi phí, khơng phải xây dựng thêm Server để lưu trữ
dữ liệu.
Khả năng tính tốn của các máy tính đơn lẻ khơng thể đáp ứng
các nhu cầu lớn của doanh nghiệp.
Độ sẵn sàng của cơ sở dữ liệu khơng cao khi lượng người sử
dụng tăng.
Mơ hình tổ chức lưu trữ, xử lý dữ liệu tập trung khơng cịn phù
hợp đối với các tổ chức và doanh nghiệp có hoạt động phạm vi
rộng lớn, đa quốc gia, trên nhiều vùng lãnh thổ.
1.2. Giới thiệu hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán
Theo [1], cơ sở dữ liệu phân tán là tập hợp các cơ sở dữ liệu liên quan
với nhau về mặt ngữ nghĩa được phân bố trên các máy tính của một mạng
máy.
Hình 1.2. Hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu phân tán (DDBS – Distributed Database
System) là hệ thống phần mềm cho phép quản lý CSDL phân tán và đảm bảo
các tính minh bạch trong CSDL phân tán đối với người dùng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
9
1.
Ứng dụng cục bộ: là ứng dụng giao tiếp giữa người dùng và dữ liệu
trên một nút trong hệ CSDL phân tán và chỉ liên quan đến CSDL tại
nút đó.
2.
Ứng dụng toàn cục: yêu cầu truy cập dữ liệu ở nhiều nút thơng qua
hệ thống mạng máy tính.
Nút 1
Nút 5
Hình 1.3: Môi trường CSDL phân tán
1.3. Ưu điểm, nhược điểm hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán
Nhận xét về ưu nhược điểm của hệ thống phân tán, theo [1], thấy một
số khía cạnh sau:
1.3.1. Ưu điểm
Có thể quản lý cơ sở dữ liệu phân tán ở các mức trong suốt khác
nhau: Ví dụ như minh bạch mạng, trong suốt vị trí, trong suốt
nhân bản.
Dễ dàng co dãn dữ liệu.
Phản ánh cấu trúc của tổ chức: các phân đoạn dữ liệu được đặt ở
những chi nhánh của tổ chức mà nó liên quan đến tạo ra hệ thống
dữ liệu có cấu trúc tương ứng với tổ chức cơng ty đó.
Có thể tự trị dữ liệu tại điạ phương của mình: một chi nhánh tổ
chức có thể quản lý, điều khiển dữ liệu của họ một cách độc lập.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
10
Bảo vệ dữ liệu tốt: nếu có thảm họa xảy ra như cháy nổ, dữ liệu
có thể được bảo vệ vì dữ liệu khơng ở một nơi mà được phân tán
tại nhiều nơi.
Tăng hiệu suất thực thi: dữ liệu được đặt gần nút mà có yêu cầu
truy xuất cao nhất, và hệ thống có thể xử lý truy xuất song song
(bằng cách phân nhỏ truy vấn và xử lý song song các truy vấn).
Hệ thống có thể được sửa, thêm hoặc gỡ bỏ các nút khỏi CSDL
phân tán mà không cần dùng hệ thống nào tương tác đến.
Các giao tác hoạt động tin cậy hơn: vì CSDL có tính bản sao.
1.3.2. Khuyết điểm
Thiết kế cơ sở dữ liệu phức tạp.
Khó điều khiển tính nhất qn dữ liệu.
Khó phát triển và sửa lỗi.
Thiếu chuẩn mực.
Vấn đề bảo mật.
Giá thành cao.
1.4. Các đặc điểm của hệ thống xử lý phân tán
Hai tính chất quan trọng trong CSDL phân tán: (i) Các dữ liệu ở các nút
phải liên quan với nhau về mặt ngữ nghĩa; (ii) Các dữ liệu được phân tán trên
các nút qua mơi trường mạng máy tính, mỗi dữ liệu trên một nút là một đơn vị
trong CSDL phân tán.
Hình 1.1 khơng được xem là mơ hình cơ sở dữ liệu phân tán vì chỉ có
duy nhất nút 3 có lưu trữ và quản lý dữ liệu, những nút còn lại khơng đảm
nhiệm chức năng đó, đây khơng được xem là DDBS. Hình 1.3 thỏa DDBS vì
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
11
CSDL được phân tán quản lý bởi các nút ở địa lý khác nhau qua môi trường
mạng.
1.5. Kiến trúc của một hệ CSDL phân tán
Theo [2, 5], do sự đa dạng, và khơng có kiến trúc nào được cơng nhận
chính thức. Sơ đồ dưới đây cho ta kiến trúc cơ bản để tổ chức cho một CSDL
phân tán. Để dễ hình dung, ta sẽ dùng CSDL quan hệ quen thuộc làm minh
họa trong CSDL phân tán trong mục này.
Lược đồ tổng thể
Lược đồ phân mảnh
Sơ đồ định vị
Hình 1.4: Sơ đồ tạo CSDL phân tán
1.
Lược đồ tổng thể: lược đồ này bao gồm tất cả dữ liệu được lưu trữ
trong CSDL phân tán. Ở đây sẽ sử dụng mơ hình quan hệ để hình
thành nên lược đồ này. Sử dụng mơ hình này, lược đồ tổng thể bao
gồm định nghĩa của một tập các quan hệ tổng thể.
2.
Lược đồ phân mảnh: Mỗi quan hệ tổng thể có thể chia thành các
phần dữ liệu được gọi là mảnh (fragments). Có nhiều cách khác
nhau để thực hiện việc phân chia này. Lược đồ tổng thể mô tả các
ánh xạ giữa các quan hệ tổng thể và các phân đoạn được định nghĩa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
12
trong lược đồ phân đoạn. Ánh xạ này là một- nhiều. Có thể có nhiều
phân đoạn liên kết tới một quan hệ tổng thể, nhưng mỗi phân đoạn
chỉ liên kết tới nhiều nhất là một quan hệ tổng thể. Các mảnh được
chỉ ra bằng tên của quan hệ tổng thể cùng với tên của chỉ mục phân
đoạn.
3.
Sơ đồ định vị: Các phân đoạn là các phần mang ngữ nghĩa của một
quan hệ tổng thể được định vị trên một hoặc nhiều vị trí vật lý trên
mạng. Sơ đồ định vị xác định phân đoạn nào ở các trạm nào. Lưu ý
rằng, kiểu ánh xạ được định nghĩa trong sơ đồ định vị quyết định
CSDL phân tán là dư thừa hay không. Tất cả các mảnh liên kết với
cùng một quan hệ tổng thể R và được định vị tại cùng một trạm j cấu
thành ảnh vật lý của quan hệ tổng thể R tại trạm j. Bởi vậy, có thể
ánh xạ một-một giữa một ảnh vật lý và một cặp (quan hệ tổng thể,
trạm). Các ảnh vật lý có thể được chỉ ra bằng tên của một quan hệ
tổng thể và một chỉ mục trạm.
Hình 1.5: Sơ đồ quá trình tạo CSDL phân tán
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
13
4.
Sơ đồ ánh xạ địa phương: Ánh xạ các ảnh vật lý tới các đối tượng
được các hệ quản trị CSDL địa phương thao tác tại các trạm. Ánh xạ
này phụ thuộc vào các hệ quản trị
5.
CSDL địa phương. Do vậy, trong một hệ thống khơng đồng nhất,
phải có các kiểu ánh xạ địa phương khác nhau tại các trạm khác
nhau
1.6. Các hệ thống phân tán
1.6.1. Mơ hình khách chủ
Theo [2, 5], các hệ quản trị CSDL khách-chủ cung cấp kiến trúc 2 lớp
chức năng máy chủ (server) và chức năng máy khách (client), nhằm tạo ra sự
dễ dàng trong việc quản lý tính phức tạp của các hệ quản trị CSDL hiện đại và
tính phức tạp của việc phân tán dữ liệu.
Máy chủ thực hiện hầu hết các công việc quản lý dữ liệu. Nghĩa là tất
cả mọi xử lý và tối ưu hoá truy vấn, quản lý giao dịch và quản lý lưu trữ đều
được thực hiện trên máy chủ. Máy khách, ngoài ứng dụng và giao diện người
sử dụng, có một module hệ quản trị CSDL máy khách trách nhiệm quản lý dữ
liệu và khóa giao dịch được gửi đến máy khách. Máy khách và máy chủ trao
đổi với nhau bởi các câu lệnh SQL. Loại kiến trúc khách-chủ đơn giản chỉ có
một máy chủ được truy nhập bởi nhiều máy khách, gọi là đa khách-một chủ.
Việc quản lý dữ liệu không khác so với CSDL tập trung. CSDL được lưu chỉ
trên máy chủ và có phần mềm quản lý nó. Tuy nhiên, sự khác biệt quan trọng
so với các hệ thống tập trung là cách thực thi giao dịch và quản lý bộ nhớ đệm
(cache).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
