Fundamentos de Bases de Datos Distribuidas

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1 Grupo de Avanzadas Univ. Carlos III de Madrid VII.1 Introducción Índice VII.2 Definición de Base de VII.3 Sistema Gestor de VII.4 Tipos de SGBDDs VII.5 s FBD3 VII.2 1

2 BD Centralizadas Evolución de las Sistemas Cliente/Servidor Introducción BD FBD3 VII.3 Motivación Introducción Evitar la sobrecarga de trabajo en servidores (cuellos de botella) Se trata de varias BD almacenadas en diferentes nodos que: forman una única BD lógica cooperan ejecutando consultas o transacciones globales FBD3 VII.4 2

3 Definición de Base de Colección de múltiples bases de datos, lógicamente interrelacionadas (integradas), distribuidas sobre una red de ordenadores. INTEGRACIÓN + DISTRIBUCIÓN FBD3 VII.5 Definición de Base de Integración Problemas derivados al desarrollar bases de datos independientes: Datos redundantes SGBD distintos Plataformas variadas Inconsistencia en datos Dificultad interoperatividad Aislamiento grupos usuarios FBD3 VII.6 3

4 Finalidad: Compartición de datos Optimización de datos Respecto a su disponibilidad Respecto a su localización Distribución Definición de Base de FBD3 VII.7 Definición de Base de Requisitos de una BD Distribuida 1) Integración lógica de datos (un único esquema global común) 2) Almacenamiento físico distribuido en sedes 3) Acceso común (interfaz) todos los usuarios pueden acceder a todos los datos (locales o remotos) en una única operación se puede acceder a datos de varias sedes E.d. un único esquema y varios nodos de almacenamiento FBD3 VII.8 4

5 Componentes Locales (BD local) Diccionario de datos global Definición de Base de Procesador de Aplicaciones (SGBDD) SW y Red de comunicaciones FBD3 VII.9 Definición de Base de Imagen tomada de [1] FBD3 VII.10 5

6 Definición de Base de ENFOQUES PARA EL ALMACENAMIENTO DISTRIBUIDO DE LOS DATOS. Réplica. Fragmentación. Réplica y Fragmentación En el diccionario de la BDD se guardará información sobre la ubicación de los datos, sobre los fragmentos de cada relación y sobre la duplicación de los datos. FBD3 VII.11 VENTAJAS Definición de Base de Organizativas/Políticas:. Adaptación a la organización de la institución - unión de compañías / descentralización. Almacenar los datos donde son generados y/o usados. Proporcionar autonomía local Económicas:. Coste Técnicas:. Flexibilidad. Disponibilidad. Modularidad. Mejora del rendimiento. Crecimiento incremental. Acceso concurrente FBD3 VII.12 6

7 INCONVENIENTES. Complejidad del sistema ste Definición de Base de. Distribución del control - Problemas de Sincronización y Comunicación -. Dependencia de la red de comunicaciones. Dificultad de diseño. Poca madurez de los productos comerciales. Funciones de administración compleja. Dificultad de cambio. Personal especializado FBD3 VII.13 Sistema Gestor de Bases de Datos Definición Producto software capaz de gestionar una BDD, suministrando mecanismos de acceso que hacen transparente la distribución Objetivos: Transparencia de red Transparencia de fragmentación Transparencia de réplicas FBD3 VII.14 7

8 Tipos de SGBDDs Según el grado de homogeneidad de los SGBD locales: SGBDD homogéneos: todos los SGBD locales son iguales SGBDD heterogéneos: los SGBD locales son distintos Según el grado de distribución: Datos Distribuidos Datos Centralizados FBD3 VII.15 Según el grado de autonomía: Tipos de SGBDDs Sistemas Compuestos (Estrechamente Integrados): ninguna autonomía funcional en SGBD local. Todo acceso a través del SGBDD. Sistemas Federados (Semiautónomos): SGBD locales autónomos, permite acceso a través del SGBDD a partes de su BD. Sistemas Multi-Base de Datos (Autonomía Total): SGBD locales autónomos e independientes. FBD3 VII.16 8

9 Sistemas Compuestos Sistemas Federados Tipos de SGBDDs Sistemas MultiBase Imagen tomada de [4] FBD3 VII Diseño Distribuido de BD: Particionamiento y Replicación. Fragmentación y Distribución. 2. Procesamiento de Consultas y Optimización: Estrategia global, seguida de optimización local en cada sede 3. Propagación de actualizaciones en caso de replicación: Solución por medio de copia primaria 4. Gestión de actualizaciones que involucren varias sedes en una única transacción: Protocolo de confirmación en dos fases FBD3 VII.18 9

10 5. Gestión de concurrencia: Coste de las técnicas de bloqueo por el tráfico en la red. Solución por copia primaria Aparición de interbloqueo global - más de un nodo implicado - 6. Recuperación de fallos: Reconfiguración y Recuperación (Sincronización). Archivo de log. 7. Integridad: Restricciones locales y globales. 8. Seguridad: Usuarios y Sistemas Remotos. FBD3 VII.19 Procesamiento y optimización de consultas Objetivo: Reducir la cantidad de transferencia de datos por la red Aplicar una estrategia global de optimización Realizar los joins de manera óptima Tratar la consulta a alto nivel Localizar datos y distribuir operaciones entre las distintas sedes FBD3 VII.20 10

11 Procesamiento y optimización de consultas Nodo Local 1 Optimización local Nodo de Control Consulta en SQL Optimización global Expresión de la consulta en álgebra de fragmentos Nodo Local n Optimización local FBD3 VII.21 Ejemplo de optimización de consultas EMPLEADO ( registros) DEPARTAMENTO (100 registros) EMPLEADO (nss: char(9), nombre:char(15), apellido:char(15), nd:char(4), dirección:char(57)) DEPARTAMENTO (numerod:char(4), nombred:char(10), nssgte:char(9), fecha:char(12)) FBD3 VII.22 11

12 Sede 1 Empleado Ejemplo de optimización de consultas Nombre, Apellido, NombreD (Empleado θ Departamento) t Sede 3 Consulta Sede 2 Departamento Estrategias simples Solución 1: Sede 1 + Sede 2 > Sede = bytes Solución 2: Sede 1 > Sede 2 Sede 2 > Sede reg.* 40 = bytes Solución 3: Sede 2 > Sede 1 Sede 1 > Sede reg.* 40 = bytes FBD3 VII.23 Propagación de actualizaciones en caso de replicación a) Replicación inmediata: copia instantánea a todas las sedes replicadas b) Copia primaria: propagación diferida b.1) sede primaria --> resto sedes b.2) sede primaria --> sede siguiente -->... FBD3 VII.24 12

13 Actualizaciones que involucren varias sedes en una única transacción Transacción: Unidad fundamental de recuperación, consistencia y concurrencia. Conjunto de operaciones primarias No se puede dividir Propiedades de las transacciones Atomicidad (A) (todo o nada) Consistencia (C) (conservar la integridad) Aislamiento (I) (cambios invisibles hasta confirmación) Persistencia (D) (Una vez confirmada) FBD3 VII.25 Actualizaciones que involucren varias sedes en una única transacción Protocolo CONFIRMACIÓN EN DOS FASES (Two- Phase-Commit) Sincroniza la actuación de gestores de recursos independientes dentro de una única Transacción. El coordinador centraliza la decisión de confirmar, pero da a cada participante derecho de veto sobre toda la operación. Fase de Consulta. Fase de Confirmación FBD3 VII.26 13

14 2PC FASE I: Consulta Coordinador 2PC FASE II: Confirmación Coordinador Sede 1 ready? OK Sede 2 Sede 3 Sd Sede 1 Sede 2 Sede 3 FBD3 VII.27 2 PC FASE I: Consulta Coordinador 2PC FASE II: Confirmación Coordinador Sede 1 ready? OK Sede 2 Sede 3 Sd Sede 1 Sede 2 Sede 3 FBD3 VII.28 14

15 Nuevos problemas: Gestión de Concurrencia Múltiples copias Fallos en Sedes Red comunicación ió Confirmación distribuida Interbloqueo distribuido FBD3 VII.29 Procesos Gestión Concurrencia COPIA DISTINGUIDA SEDE PRIMARIA: sólo un coordinador para todas las sedes SEDE PRIMARIA CON SEDE DE RESPALDO: se designa una sede de respaldo para la sede primaria COPIA PRIMARIA: copias de datos distinguidas almacenadas en distintas sedes VOTACIÓN Las solicitudes de bloqueo se envían a todas las sedes que participan. Si la mayoría aceptan la transacción, se realiza. FBD3 VII.30 15

16 Tipos de fallos: Recuperación ante fallos En una sede --> protocolos de confirmación en 3 fases Pérdida de mensaje --> uso de protocolos de transmisión fiables (TCP) Fallo de enlace de comunicación: transmisión reiterada sin ack para distinguirlo --> ruta alternativa Segmentación de la red (no existe ruta alternativa) FBD3 VII.31 Integridad Problemas de integridad más intensos en SGBDD Inconsistencia entre las Restricciones Locales Dificultad en especificar las Restricciones Globales Inconsistencia entre las Restricciones Locales y las Globales FBD3 VII.32 16

17 Seguridad Confianza en los usuarios, en la red y en los sitios remotos Identificación y Autenticación Remotas A nivel de usuarios A nivel de nodos Distribución de las reglas de autorización Encriptación Mecanismos de vistas globales FBD3 VII.33 Bibliografía 1. Miguel, A. De, Piattini, M. Fundamentos y modelos de, Ed. Rama Miguel, A. De, Piattini, M. y Marcos, E. Diseño de Bases de Datos Relacionales, Ed. Rama Miguel, A. De, Martínez, P., Castro, E., Cavero, J.M., Cuadra, D., Iglesias, A.M. y Nieto, C. Diseño de Bases de Datos. Problemas Resueltos, Ed. Rama, Oszu, M.T. y Valduriez, P., Principles of Distributed database systems, 2ª Edición, Prentice Hall, 1999 Tema I FBD3 VII.34 17

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