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1 Base de Datos Distribuidas Lic. Hugo D. Ramón Conceptos de Bases de Datos Distribuidas

2 Agenda Conceptos Definiciones Promesas BDD Problematica Justificacion de BDD Requerimientos de Date Arquitectura de un DBMS distribuido (DDBMS)

3 Conceptos Definiciones Definición La tecnología de base de datos tiene como objetivo la integración no la centralización Definición Distributed Database System (BDD) es una colección de múltiples bases de datos lógicamente relacionadas sobre una red (WAN o LAN). Definición DDBMS es el software que permite la administración BDD y hace la distribución transparente al usuario.

4 Conceptos Definiciones Computadora Computadora CPU CPU Memoria Memoria BUS O SWITCH Computadora Computadora CPU CPU Memoria Memoria

5 Conceptos Definiciones LP Proyecto, LP Usuarios, LP Presupuestos JU Proyecto, JU.Usuarios, JU Presupuestos La Plata Junín WAN CA Proyecto, CA Usuarios, CA Presupuestos MA Proyecto, MA Usuarios, MA Presupuestos Capital Madrid

6 Conceptos Promesas Administración Transparente Independencia de Datos Importante también centralizada Inmunidad a los cambios en la definición y organización de los datos Dos niveles: Lógico: nivel de esquema Físico: nivel de estructura

7 Conceptos Promesas Transparencia de Red Qué necesitamos disponible? Esconder detalles Distribución Locación Naming Transparencia de Replicación Performance Seguridad Disponibilidad Actualización

8 Conceptos Promesas Transparencia de Fragmentación Veremos como dividir mas adelante Son relaciones Justificacion Performance Disponibilidad Confiabilidad Aspectos negativos de la replicación Querys

9 Conceptos Promesas Confiabilidad en las transacciones Problemas con fallas Two-phase commit (2PC) Protocolos de recuperación distribuida

10 Conceptos Promesas Mejora en la performance Localización de los datos Maneja solo parte de la base Minimiza delay Paralelismo de los sistemas distribuidos

11 Conceptos Promesas Expansión del sistema Mejora cuando incrementa el tamaño Agregar Procesadores Storage

12 Conceptos Problemática Distributed Database Design Como distribuidos en los sitio Datos Aplicaciones Dos tecnicas para datos Particionadas Replicada Soluciones basadas en heuristica

13 Conceptos Problemática Distributed Query Processing Diseño de algortimos que analizan queries Generan series de expresiones Definen una estrategia de bajo costo Optimizar usando paralelismo Soluciones basadas en heuristica

14 Conceptos Problemática Distributed Directory Managment Ubicación de los items de datos de base El directorio puede ser global al DDBMS Local en cada sitio Centralizado Distribuido en varios sitios

15 Conceptos Problemática Distributed Concurrency Control Sincronización de acceso a la BDD (para qué) Consistencia de multiples copias Dos formas Pesimista Optimista Se utiliza Locking Timestamping

16 Conceptos Problemática Distributed Deadlock Managment Similar al de SO Competencia de acceso a recursos Pasa si usamos locking

17 Conceptos Problemática Reliability of DDBMS Debemos mejorar la confiabilidad y disponibilidad Asegurar la consistencia Detectar fallas Recuperación Si fallan los sitios puede quedar inaccesible Partición de la red

18 Conceptos Problemática Heterogeneous Database Distintas formas de estructurar logicamente los datos de acceso a los datos Proveer mecanismos de interpretacion (gateway) Multidatabase systems

19 Conceptos Factores para crearlas Estructura de las empresas Divisiones Departamentos Fábricas Datos con esa estructura (Islas de Información) Conexión de Islas Adquiciones Coorporativas Fusionar empresas (poder en la información) Rol fundamental para la distribución de datos Managers deben incorporar la nueva base en la federativa Problemas de integración

20 Requerimientos Principio Fundamental Ante el usuario, un sistema distribuido debe lucir exactamente igual que un sistema que no es distribuido Date definió 12 requerimientos ideales 1. Autonomía local 2. No depender de un sitio central 3. Operatoria continua 4. Independencia de la localidad 5. Independencia de la fragmentación 6. Independencia de la replicación 7. Procesamiento de consultas distribuidas 8. Transacciones distribuidas 9. Independencia del hardware 10. Independencia del SO 11. Independencia de la red 12. Independencia de la base de datos

21 Requerimientos Autonomía local Un sitio atiende sus requerimientos locales No depende de ningún otro sitio La administración de los datos es local No depender de un sitio central Todos los sitios son iguales No hay un sitio maestro Cuello de botella Caida del servicio

22 Requerimientos Operatoria continua Sistema Distribuido debe dar mayor confiabilidad Mayor disponibilidad Operatoria 7x24 Hot backup Incorporación de nuevos sitio o Act. De la base de datos Independencia de la localidad El usuario final no conoce la localidad física Deben parecer datos locales No hay diferencias de lugares específicos

23 Requerimientos Independencia de la fragmentación Para almacenar la información Por razones de rendimiento Hay dos tipos: Horizontal Diferentes filas de la misma tabla se almacenan en diferentes sitios Organizaciones con ramificaciones y las mismas tablas Vertical Las columnas de la misma tabla se encuetran en sitios diferentes Problemas de disponibilidad (o dependencia) si se cae el nodo. Los usuario deben percibir que no hay fragmentación Permite migracion de datos si invalidar aplicaciones

24 Requerimientos Independencia de replicación Un fragmento puede estar en diferentes sitios (replicas) Habilidad de crear copias del master en sitios remotos Llamados snapshots pueden contener TODO Pueden replicarse como read-only y refresh definido Problemas de actualización de réplicas Redundancia controlada Procesamiento de consultas distribuidas Es más que ejecutar query sobre más de una base Optimización Trafico Se particiona en subquerys SELECT CL.NAME, CL.DIRECCION, ORD.ORDER,ORD.FECHA FORM CL, ORD WHERE CL.ID=ORD.ID_CLIENTE

25 Requerimientos Transacciones Distribuídas Control de la recuperación Control de la concurrencia En muchos sitios Ejecución de código Actualización de datos Se implementa con algoritmo two-phase commit Asegura que todas las bases tienen éxito en los subupdates antes del commit definitivo Un fallo en una, hace fallar toda la transacción Técnicas que permiter commit parciales

26 Requerimientos Independencia del Hardware Hago un query y saco información de un ORIGIN o IBM o PC Independencia del SO Hago un query y saco información de un WIN o UNX o MVS

27 Requerimientos Independencia de la red Los diferentes protocolos no tienen efecto sobre la BDD Soportan multiprocolos Mundos sincronícos (mainframes IBM) Mundos asincronicos (UNX) Independencia de la base Recuperar y almacenar de muchas bases y arquitecturas Sistemas heterogeneos

28 Arquitectura DDBMS Define la estructura del sistema Se definen Componentes Funcion de cada componente Interrelacion de componentes Referencias de Arquitecturas de DDBMS Cliente/Servidor Peer-to-peer database Multidatabase systems

29 Arquitectura DDBMS Estandares para DBMS Basado en componentes DBMS consiste de componentes con funcionalidades En forma ordenada e interacciones bien definidas CCA/NBS Basado en funciones Se identifican las diferentes clases de usuarios Se definen las funciones para esas clases Esquemas en capas con interfaces bien definidas Claridad con los objetivos ISO/OSI

30 Arquitectura DDBMS Estandares para DBMS Basado en datos Se identifican diferentes clases de datos (esquemas) Los datos son lo importante (datalogical) Es el preferido ANSI/SPARC architecture External Schema Se describe utilizando SQL Por ejemplo dos vistas (saldo y reporte) Conceptual Schema Describe las relaciones con respecto a los atributos y claves Internal Schema Se describen aspectos de almacenamiento Aparecen flags

31 Arquitectura DDBMS Modelos de arquitecturas Formas de trabajar cooperativamente Organizamos el sistema caracterizando Autonomia Distribucion Heterogeneidad

32 Arquitectura DDBMS Modelos de arquitecturas Autonomia Distribución del control Grado de operación independiente Requerimientos Operaciones locales no afectadas por la participacion Como el DBMS procesa queries y las optimiza no debe ser afectado por queries globales Consistencia y operación no se compromete por el join o leave de DBMS

33 Arquitectura DDBMS Distribucion De los datos en forma fisica Hay dos formas Nada Cliente servidor Peer-to-peer (Full)

34 Arquitectura DDBMS Heterogeneidad Hardware Protocolos Data managers Para nosotros Modelos de datos Lenguajes de queries Protocolos de transacciones SQL y QUEL

35 Arquitectura DDBMS Alternativas Arquitecturales (A0,D0,H0) Logicamente integrados No son heterogeneos ni hay distribución Conjunto de DBMS integrados logicamente (A0,D0,H1) Hay un manager distinto a los otros Provee vision integrada al usuario (A0,D1,H0) Hay distribución Vision integrada Sistemas clientes/servidor

36 Arquitectura DDBMS Alternativas Arquitecturales (A0,D2,H0) Transparecia al usuario Distribución completa No hay distinción entre cliente y servidores (peer-to-peer) Cada sitio provee la misma funcionalidad Trataremos este caso (A1,D0,H1) Federativa heterogenea DBMS con datos estructurados Otro con video o imágenes Para dar una vista integrada debemos ocultar A y H

37 Arquitectura DDBMS Alternativas Arquitecturales (A2,D0,H0) Autonomia full No hay conceptos de cooperación No es una alternativa válida (A2,D0,H1) Aplicaciones que acceden datos desde mutliples sistemas con diferentes carácteristicas Idem (A1,D0,H1) (A2,D1,H1) y (A2,D2,H1) Similares en la problemática Distributed Multidatabes Systems Arquitecturas de 3 capas (middleware) Peer-to-peer

38 Arquitectura DDBMS Veremos tres de todas las anteriores Client-Server (Ax,D1,Hx) Distributed databases (A0,D2,H0) Multidatabase (A2,Dx,Hy)

39 Arquitectura DDBMS Cliente/servidor Impacto en los DBMS y el desarrollo Dividimos una necesidad (funcionalidad) en dos Función Servidor Función Cliente Arquitectura de dos niveles Nos centramos en que corre en cada maquina En el server Data management (query, store & transactions) En el cliente Interface y aplicación DBMS client

40 Arquitectura DDBMS Sistema Operativo User Interface Application... Client DBMS Communication Software Queries Resultados Communication Software BD Sistema Operativo Semantic Data Controller Query Optimizer Transaction Manager Recovery Manager Runtime Support Processor

41 Arquitectura DDBMS Diferentes tipos 1 servidor, N clientes N servidores, M clientes Heavy client Light client Los datos se ven iguales

42 Arquitectura DDBMS Peer-to-peer Foco en la organización de los datos Esto implica diferencias en la organización en las maquinas Local Internal Schema (LIS) Definición interna en un sitio Global Conceptual Schema (GCS) Estructura lógica de los datos en todos los sitios Local Conceptual Schema (LCS) fragmentación Replicación External Schemas (ES) Las aplicaciones Los usuarios

43 Arquitectura DDBMS Referencia ES 1 ES 2 ES 3 GCS LCS 1 LCS n LIS 1 LIS n

44 Arquitectura DDBMS Functional Integrated DDBMS Enterp. ADMIN G_DBA GCS App GD /D External Schema Local Data Management L_DBA Esqm. Concep. Proc_1 Local Data Management L_DBA Esqm. Concep. Procn Internal Schema Proc_1 LD/ D Interna Schema Proc_n LD/ D Transf. Almacen Int. Concept. Transf. Transf. Almacen Int. Concept. Transf.

45 Arquitectura DDBMS Componentes DDBMS Respuestas Usuario Requerimientos User Processor User Interface Handler Semantic Data Controller Global Query Optimizer Externa l Schem a Global Externa l Schem a G D/ D Data Processor Local Concept ual Schema System Log Local Internal Schema Local Query Processor Local Recovery Manager Runtime Supprt Processor Global Execution Monitor

46 Arquitectura DDBMS Multi-DBMS (MDBMS) La Diferencias entre MDBMS y DDBMS es la arquitectura GCS DDBMS Integradas Vista conceptual de toda la BDD Base global es la union de las BDD locales MDBMS Solo la colección (DBMS quieren compartir) Base global es la union de un subconjunto de BDD locales

47 Arquitectura DDBMS Multi-DBMS (MDBMS) Modelos con GCS Integra los LES y parte de LCS App del LCS no modifican aplicaciones Difiere de DDBMS en como mapea los LCS al GCS GES y GCS no necesitan ser del mismo data model y lenguaje Esto define lo heterogeneo

48 Arquitectura DDBMS con GCS GES 1 GES 2 GES 3 LES 1 1 LES 1 2 LES 1 3 GCS LES n 1 LES n 2 LES n 3 LCS 1 LCS n LIS 1 LIS n

49 Arquitectura DDBMS Multi-DBMS (MDBMS) Modelos sin GCS No tener GCS es una ventaje de MDBMS sobre DDBMS Presenta la parte local que quieren compartir Puede ser del esquema LCS o LES Si tenemos DBMS distintos LCS pueden ser de distintos modelos

50 Arquitectura DDBMS sin GCS MultipleDatabase Layer ES 1 ES 2 ES 3 Local System Layer LCS 1 LCS 2 LCS 3 LIS 1 LIS 2 LIS 3

51 Conclusiones Dos alternitivas de diseño DDBMS MDBMS Aspectos de implementación Arquitecturas abstractas Nos centraremos en DDBMS logicamente integradas

52 Bibliografia Distributed Database Systems. Bell, D; Grimson J. Addison Wesley, Principles of Distributed Database Systems. Ozsu, T; Valduriez, P. Prentice Hall, Managing Distributed Databases. Burleson, D. Wiley, Distributed and Multidatabase Systems. A. Bobak, Artech House Publichers, 1995.

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