Основы проектирования. 
Стратегии распределения

В настоящее время применение концепции баз данных в распределенных системах является общепринятым. По мере развития таких систем постоянно возрастают сложность решаемых ими задач и объёмы обрабатываемой информации. При этом распределенные системы должны обладать средствами оперативной обработки больших объёмов информации. Современные тенденции развития информационной системы состоят в переходе от централизованных вычислительных систем к распределенным. Стратегии распределения данных по узлам сети диктуются как управленческими, так и производственными задачами конкретных химических производств.

Следует отметить, что проектирование распределенных баз данных является сложным процессом, в реализации которого можно выделить четыре основные проблемы:

• 1) проблему дезагрегации, состоящую в необходимости рационального, в соответствии с системой расчетов (решаемых задач), распределения учетной информации по уровням обработки и участкам учета с обеспечением их взаимосвязи;
• 2) проблему, связанную с созданием инфологической структуры информационного фонда распределенной базы данных, ориентированного на решение всего комплекса задач избранной системы расчетов;
• 3) технологическую проблему, состоящую в удовлетворении требований рационализации вычислительного процесса на основе распределенной базы данных и распределенного комплекса технических средств;
• 4) организационно-правовую проблему, состоящую в обеспечении защиты данных н соблюдении юридических норм доступа к базам данных, их заполнения, изменения и уничтожения.

Кроме этих четырех проблем при создании программного обеспечения интегрированной распределенной обработки учетных данных важным вопросом является распределение данных в логических узлах обработки информации. С этой точки зрения существует четыре основных стратегии организации распределенных баз данных.

1. Централизация баз данных. Централизованный, или метод извлечения данных вручную (рис. 1), является самым простым для реализации способом. На одном сервере находится единственная копия базы данных. Все операции с базой данных обеспечиваются этим сервером. Доступ к данным выполняется с помощью удаленного запроса или удаленной транзакции. Достоинством такого способа является легкая поддержка базы данных в актуальном состоянии. Недостатком является то, что размер базы ограничен размером внешней памяти, все запросы направляются к единственному серверу с соответствующими затратами на стоимость связи и временную задержку. Отсюда — ограничение на параллельную обработку. База может быть недоступной для удаленных пользователей при появлении ошибок связи и полностью выходит из строя при отказе центрального сервера.

Рис. 1 — Централизованное распределение

2. Расчленение распределенной базы данных. При этой стратегии существует единственная копия базы данных, а локальные базы данных распределены по отдельным узлам. Объем распределенной базы данных ограничивается необходимым объемом вторичной памяти, имеющейся уже во всей информационно-вычислительной сети. Эффективность стратегии расчленения тем выше, чем выше степень локализации ссылок, то есть чем больше число запросов пользователей реализуется в базах данных соответствующих локальных информационных систем.

Рис. 2 — Метод расчленения

Достоинстваэтого метода: увеличивается объем базы данных; большинство запросов удовлетворяется локальными базами, что сокращает время ответа; увеличиваются доступность и надежность; стоимость запросов на выборку и обновление снижается по сравнению с централизованным распределением; если выйдет из строя один сервер, система останется частично работоспособной.

Недостаткиметода: часть удаленных запросов или транзакций могут потребовать доступ ко всем серверам, что увеличивает время ожидания и цену; необходимо иметь сведения о размещении данных в БД. Однако доступность и надежность увеличиваются. Расчлененные базы данных наиболее подходят к случаю совместного использования локальных и глобальных сетей ЭВМ.

3. Дублирование распределенных баз данных. При использовании метода дублирования (рис. 3) в каждом сервере сети ЭВМ размещается полная база данных. При этой стратегии организуется несколько копий базы данных; полная копия всех данных располагается в каждом логическом узле. Основное преимущество данной стратегии заключаются в высокой надежности информационной базы к простоте ее восстановления. Этот метод дает наиболее надежный способ хранения данных.

Недостатки: повышенные требования к объему внешней памяти; усложнение корректировки баз, так как требуется синхронизация с целью согласования копий. Достоинства метода: все запросы выполняются локально, что обеспечивает быстрый доступ. Этот метод используется, когда фактор надежности является критическим, база — небольшой, а интенсивность обновления невелика.

Рис. 3 — Метод дублирования

4. Смешанная стратегия. В методе смешанного распределения объединены два способа распределения данных: дублирование и расчленение (рис. 4). При этом приобретены как преимущества, так и недостатки обоих способов. Появилась необходимость хранить информацию о том, где находятся данные в сети. Главноепреимущество метода — гибкость этой системы, так как можно установить компромисс между объемом памяти под базу в целом и под базу в каждом сервере, чтобы обеспечить надежность и эффективность работы. В этой стратегии легко реализуется параллельная обработка, т. е. обслуживание распределенного запроса или транзакции. Недостаткиметода: остается проблема взаимозависимости факторов, влияющих на производительность системы, ее надежность, повышаются требования к памяти. Смешанную стратегию используют при наличии сетевойСУБД, которая обеспечивает реализацию распределенной базы данных.

Рис. 4 — Смешанное распределение

В связи с вышеизложенным, сокращение сроков и стоимости создания распределенных БД, необходимость эффективного использования ресурсов распределенных БД определяют целесообразность разработки формализованных моделей и методов, позволяющих автоматизировать наиболее трудоемкие этапы проектирования распределенных БД, выбрать решения, оптимизирующие их состав и структуру.