Post on 05-Feb-2016
description
Dağınık Veri Tabanları
Ne öğrenilecek
• Dağınık Veri Tabanlarının gerekliliği• Dağınık veri tabanları, dağınık işlemler ve
paralel veri tabanları• Dağınık veri tabanı Yönetim Sistemlerinin
yeterli ve yetersiz yönleri• Dağınık Veri Tabanlarının işlevleri• Dağınık Veri Tabanları Yönetim Sistemlerinin
mimarisi• Dağınık Veri Tabanlarının tasarımı
Kavramlar• Dağınık Veri Tabanı (DVT)–bilgisayar ağı üzerinde
fiziksel olarak dağıtılmış, mantıksal olarak bütünleşik ilişkili veriler kümesi
• Dağınık veri tabanı yönetim sistemi (VTYS)-dağınık veri tabanını yöneten yazılım sistemi; dağınıklığın kullanıcı için şeffaflığını sağlar
• Parça (fragment)-tek mantıksal veri tabanının bir kısmı
• Yerel uygulamalar- diğer düğümlerden veri alımını gerektirmez
• Genel uygulamalar- diğer düğümlerden veri alımını gerektirir
DVTYS nitelikleri
• Veritabanı mantık olarak bütündür• Veri Tabloları parçalara ayrılır• Parçalar bilgisayar ağının düğümleri üzere dağıtılır• Parçaların tekrarlanması mümkündür• Her bir düğümdeki veri, yerel VTYS denetimi altındadır• Her düğümdeki VTYS özerk olarak yerel uygulamaları
işleyebilir• Her yerel VTYS en azından bir genel uygulamaya
katılmalıdır
Merkezlemiş VTYS
Bilgisayar ağı
düğüm1
Düğüm 4
düğüm 3
düğüm 2
VTYS
Dağınık İşlem- Merkezleşmiş veri tabanına ağ üzerinden erişim
Dağınık Veri Tabanı Yönetim Sistemi
Bilgisayar ağı
düğüm 1
düğüm 4
düğüm 3
düğüm 2
Yerel VTYS
Yerel VTYS
yerel VTYS
Paralel VTYS
• VTYS , çoğu zaman, başarımı yükseltmek amacıyla işlemleri paralel yürüte bilen işlemciler ve disklerden oluşan ortamda çalışır
• Paralel VTYS mimarileri:• Ortak bellek simetrik çoklu işlemci (SMP),RİSC
• Ortak disk kümeler (klasters) • Hiçbir şey ortak değil çoklu paralel işlemci (massive PP-MPP)
Paralel VT mimarileri (ortak bellek)
AİB AİB AİB AİB
İletişim ağı
bellek
Paralel VT mimarileri (ortak disk)
AİB AİB AİB AİB
İletişim ağı
bellek bellek bellek bellek
Paralel VT mimarileri (ortak kullanım yoktur)
AİB
AİB AİB
AİB
İletişim ağı
bellek
bellek bellek
bellek
DVTYS’lerin artı yönleri• Şirket yapısına uygunluk
• Paylaşılabilirlik ve yerel özerklik
• Daha yüksek erişebilirlik
• Daha yüksek güvenilirlik
• Modülerliğin yükselmesi
DVTYS’lerin eksi yönleri• Yapısal Karmaşıklık• Yüksek maliyet• Düşük Başarım- farklı düğümlerde yerleşen
parçalardaki verileri gerektiren uygulamaların yavaşlaması
• Düşük güvenlik• Bütünlük denetiminde zorluklar• Zayıf standartlaşma• Deneyim yetersizliği• Veri tabanı tasarımının daha karmaşık olması
Tek türlü ve çok türlü DVTYS’ler• Tek türlü sistem- tüm düğümlerde aynı VTYS ürünü kullanılıyor
• Çok türlü sistem- düğümlerde farklı VTYS ürünleri ve farklı veri modellerine dayalı Veri Tabanı sistemleri kullanılabilir– farklı donanım
– farklı VTYS ürünleri– farklı donanım ve farklı VTYS ürünleri
• Açık Veri Tabanı Erişimi (Open Data Base Access) – SQL Uygulama Programları Arayüzü (API)
– Ortak Veri Tabanı protokolü
– Ortak bilgisayar ağı protokolü
Bilgisayar Ağları
• Bilgisayar ağı- Birbirileriyle bilgi alış-verişinde buluna bilen, özerk çalışan ve birbirileriyle bağlanmış bilgisayarlar toplusu
– yerel alan ağları (LAN)
– genel alan aşları (WAN)
– protokoller
• Açık Sistemlerin bağlantısı Modeli -OSİ
DVTYS işlevleri• Geniş iletişim hizmetleri
– uzak düğümlere erişim, ağ üzerinden sorgu ve veri iletimi
• Geniş sistem katalogu– verilerin dağınıklık ayrıntılarının tutulması
• Dağınık sorguların işlenilmesi– uzak verilere erişim ve sorgu optimalleştirme
• Paralel işlemlerin geniş denetimi– tekrarlanan verilerin tutarlığının korunması
• Geniş kurtarma hizmetleri– düğümlerdeki ve iletişim hatlarındaki hataların hesabının
yapılması
DVTYS’in Başvuru mimarisi
• Merkezleşmiş sistemler için ANSI_SPARS mimarisi
• DVTYS için uygun mimarinin doğrudan kullanımının zorluğu
• DVTYS’in başvuru mimarisi (reference architecture):– genel dış şemalar kümesi– genel kavramsal şema– parçalama şeması ve yerleştirme şeması– her yerel VTYS için , ANSI-SPARC üç seviyeli
mimarisine uygun şemalar kümesi
DVTYS’İN şematik mimarisi (devamı)
Genel dış şema
Genel dış şema
Genel dış şema
Genel
kavr. şema
Yerleşt. Şeması
Parç. şeması
Yerel
Dönüşt şeması
Yerel
Dönüşt şeması
Yerel
Dönüşt şeması
Yerel
Kavr. şema
Yerel
Kavr. şema
Yerel
Kavr. şema
Yerel
iç. şema
Yerel
İç şema
Yerel
İç şema
VT
VT
VT
S1
Sn
S2
S1
S2
Sn
VTYS’im mimari bileşenleri• Yerel VTYS (YVTYS)
– standart VTYS- VT bulunan düğümlerdeki yerel verilerin yönetimi
• Veri İletişim bileşen (Vİ)– tüm düğümlerin biri-birleriyle iletişimini sağlayan yazılım
• Genel Sistem Katalogu (GSK)– merkezleşmiş sistemdeki ile aynı işlevler; sistemin dağınıklık nitelikleri
• Dağınık VTYS bileşeni (DVTYS)– tüm sistemin yönetimi
DVTYS bileşenleri
DVTYS
Vİ YVTYS
Vİ
DVTYSBilgisayar ağı
GSK
VT
GSK
Düğüm 1
Düğüm 2
GSK-genel sistem katalogu
YVTYS-yerel veri tabanı yönetim sistemi
Dağınık ilişkisel VT tasarımıMerkezleşmiş ilişkisel VT tasarımı adımları
– Parçalama– Yerleştirme– Tekrarlama
Tasarım nicel ve nitel bilgilere dayanmalıdır:– her uygulamanın yürütülme sıklığı– uygulamanın yürütüldüğü düğümün özellikleri– iş ve uygulamalar için başarım kıstasları
Parçaların tanımlanması ve yerleştirilmesi stratejisi– erişimlerin yerelleştirilmesi – güvenilirlik ve bilgi edinebilirliğin yükseltilmesi– erişebilme başarımı– bellek olanaklarının dengeli kullanımı– iletişim değerinin en az olması
Veri Yerleşimi
1. Merkezleşmiş 3. Tamamen tekrarlanan
2. Parçalanmış 4. Seçime göre tekrarlanan Erişimin yerelliği
Güvenilirlik ve bilgi edinebilirlik
başarım Bellek maliyeti
İletişim maliyeti
1 En düşük En az Yetersiz En düşük En yüksek
2 Yüksek Birimler için az, sistem için en çok
yeterli En yüksek düşük
3 En yüksek En yüksek Okuma için en iyi
En yüksek Güncelleme için yüksek
Okuma için düşük
4 Yüksek Birim için düşük, sistem için yüksek
yeterli orta düşük
PARÇALAMA
Parçalamayı gerektiren sebepler:Kullanım- genelde uygulamalar için, bütün ilişki değil, görünümler
gerek oluyor;Verimlilik- verilerin, sıklıkla kullanıldıkları yere yakın bir yerde
tutulması daha uygundur; yerel uygulamalar için gerekmeyen veriler uygun düğümde tutulmaz
Paralellik- parçalar paylaşım birimi ise, sorgular bu parçalar üzere işlemler yapan altsorgulara bölünebilir. Bu, sistemde paralelliğin yükselmesine, uygun olarak da sorguların güvenli biçimde paralel işlenmesine olanak sağlar
Güvenlik- Yerel uygulamalar için gerekli olmayan veriler uygun düğümlerde saklanmadıkları için yetkili olmayan kullanıcıların da bu verilere erişimi olasılığı düşüktür
Düzgün Parçalama
Parçalama nasıl geldi değil, kurallara uygun yapılmalıdır.
Üç parçalama kuralı:Tamlık- eğer R ilişkisi R1, R2, …,Rn parçalarına ayrılmışsa , R’de rast
gelinen her veri birimi bu parçaların en azından birinde yer almalıdır. Bu kural parçalama zamanı veri kaybını önlemek içindir
Yeniden Oluşturulabilme- R ilişkisinin, parçalarından yeniden oluşturula bilmesi için ilişkisel işlemler tanımlana bilmelidir. Bu kural işlevsel bağımlılığı korumak içindir
Kesişmezlik- Eğer d1 veri birimi R1 parçasında ise, diğer parçalarda bulunamaz. Dikey parçalama bu kural dışındadır; yeniden oluşturmayı sağlamak için birincil anahtarlar tekrarlanmalıdır. Bu kural veri fazlalığını en aza indirmek içindir.
Parçalama türleri
• Yatay Parçalama Yatay parça- temel ilişkideki satırların altkümesinden
oluşan ilişki• Dikey parçalamaDikey parça- temel ilişkinin özelliklerinin altkümesinden
oluşan ilişki• Karışık parçalamaYatay parçanın dikey parçalanması veya dikey parçanın
yatay parçalanmasından alınan ilişki• Türeme parçalama yatay parçalama türü
Parçalama Türleri /devamı)
Yatay parçalama
Dikey parçalama
Karışık parçalama
Yatay parçalanmış dikey parça
Dikey parçalanmış yatay parça
Bu sunuda kullanılan ilişkiler
Yatay Parçalama
• Yatay parçalama ilişki üzerinde seçme işlemi yapmakla gerçekleştirilir. R ilişkisi verilmişse, onun yatay parçası σ (R) olacak. P-ilişkinin bir
veya birkaç özelliği üzere belirlenmiş koşuldur
P1: σ (Property_for_Rent)
P2: σ (Property_for_Rent) ‘Type=‘Flat’
p
‘Type=‘House’
Yatay Parçalama (devamı)
Pno Street Area City Pcode Type Rooms Rent Cno Sno Bno
PA14 16 Holhead
Dee Aberdeen AB75SU House 6 650 CO46 SA9 B7
PG21 18 DaleRd
Hyndland
Glasgow G12 House 5 600 CO87 SG37 B3
Pno Street Area City Pcode Type Rooms Rent Cno Sno Bno
PL94 6Argyll Kiburn London NW2 Flat 4 400 CO87 SL41 B5
PG4 6 Lawrence
Patrick Glasgow G119QX Flat 3 350 CO40 SG14 B3
PG36 2Manor Rd
Glasgow G324QX Flat 3 375 CO93 SG37 B3
PG16 5 Novar Rd
Hyn dland
Glasgow G129AX Flat 4 450 CO93 SG14 B3
P1 parçası
P2 parçası
Parçalama Kurallarının uygulanması
Tamlık- Temel ilişkinin her satırı P1 veya P2 parçasındadır
Yeniden oluşturulabilme- Property_for_Rent ilişkisi, parçalardan birleşme işlemi ile alına bilir:
P1 ⋃ P2= Property_for_Rent
Kesişmezlik-Parçalar kesişmiyorlar; özellik değerleri içinde aynı zamanda hem ‘house’, hem ‘Flat’ ev türü yoktur
Dikey Parçalama
• Dikey parçalama ilişki üzerinde izdüşümü işlemi yapmakla gerçekleştirilir.
S1: Π (Staff)
S2: Π (Staff) Sno,fname, lname, address, tel_no,Bno
Sno,position,dob,salary,nin
Dikey Parçalama (devamı)
Sno Position DOB Salary NIN
SL21 Manager 1-Oct-45 30 000 WK442011B
SG37 Snr Asst 10-Nov-60 12 000 WL432514C
SG14 Deputy 24-Mar-58 18 000 WL220658D
SA9 Assistant 19-Feb-70 9 000 WM532187D
SG5 Manager 3-Jun-40 24 000 WK588932E
SL41 Assistant 13-Jun-65 9 000 WA290573K
Sno Fname Lname Address Tel_no Bno
SL21 John White 19Taylor st,Granford,London 0171-884-5112 B5
SG37
SG14
Ann
David
Beech
Ford
81 George st,Glasgow,PA1 2J1
63 AsSbyst, Patrick,Glasgow G11
0141-848-345
0141-339-2177
B3
B3
SA9
SG5
SL41
Mary
Susan
Julie
Howe
Brand
Lee
2 Elm P1,Aberdeen AB2 3SU
5 Gt WesternRd, Glasgow G12
28 Malvern st,Kilburn NW2
0141-334-2001
0181-554-3541
B7
B3
B5
S1 parçası
S2 parçası
Parçalama Kurallarının uygulanması
Tamlık- Staff ilişkisinin her özelliği S1 veya S2 parçasındadır
Yeniden oluşturabilme- Staff ilişkisi parçalardan Natural Join işlemi ile alına bilir:
S1 ⋈ S2= Staff
Kesişmezlik-Birincil anahtar dışında parçalar kesişmezdir.
Karışık ParçalamaStaff dikey parçalanmıştır:
S1: Π (Staff)
Sno,position,dob,salary,nin
S2: Π (Staff)
Sno,fname,lname,address,tel_no,bno
• S2’nin şubeler üzere yatay parçalanması böyle olacak:
S21: σ (S2)
S22: σ (S2)
S23: σ (S2)
Bno=‘B3’
Bno=‘B5’
Bno=‘B7’
Dikey Parçalama (devamı)
Sno Fname Lname Address Tel_no Bno
SL21 John White 19Taylor st,Granford,London 0171-884-5112 B5
SL41 Julie Lee 28 Malvern st,Kilburn NW2 0181-554-3541 B5
Sno Fname Lname Address Tel_no Bno
SG37
SG14
Ann
David
Beech
Ford
81 George st,Glasgow,PA1 2J1
63 AsSbyst, Patrick,Glasgow G11
0141-848-345
0141-339-2177
B3
B3
SG5 Susan Brand 5 Gt WesternRd, Glasgow G12 0141-334-2001 B3
S21 parçası
Sno Fname Lname Address Tel_no Bno
SA9 Mary Howe 2 Elm P1,Aberdeen AB2 3SU B7
S22 parçası
S23 parçası
Parçalama Kurallarının uygulanması Tamlık- Staff ilişkisinin her özelliği S1 veya S21,
S22, S23 parçasındadır
Yeniden oluşturabilme- Staff ilişkisi, parçalardan Birleşme ve Natural Join işlemi ile alına bilir:
S1 ⋈ (S21U S22U S23) = Staff
Kesişmezlik-Öğle bir personel yoktur ki, birden fazla şubede çalışmış olsun ve S1 ve S2, zaruri birincil anahtar tekrarlanması dışında kesişmezdir.
Türeme yatay parçalamaTüreme (alınma) parça- oğul ilişkinin, baba ilişkinin yatay
parçalanmasına dayanan yatay parçası
Oğul ilişki- yabancı anahtarın bulunduğu ilişki
Baba ilişki- birincil anahtarın bulunduğu ilişki
Türeme parça Semi-Join işlemi ile alınır.
R oğul, S baba ilişki ise, R üzere türeme ilişkiler böyle olacak:
Ri=R ⋈ Si
FSi- S ilişkisinin i yatay parçası
Türeme Yatay Parçalama( devamı)
S3: σ (Staff)
S4: σ (Staff)
S5: σ (Staff)
Pi = Property_for_rent Si 3<=i<=5
• Sno özelliği Staff ilişkisinde (baba) birincil, Propert_For_Rent ilişkisinde (oğul) yabancıl anahtardır
Bno=‘B3’
Bno=‘B5’
Bno=‘B4’
sno
Personel bilgileri şubeler üzere parçalanmıştır. Sorgu:Yalnız uygun şube parçalarının denetiminde olan kiralık mülkleri gösteren parçaları oluşturmalı
Türeme Yatay Parçalama (devamı)
Pno Street Area City Pcode Type Rooms Rent Cno Sno
PG4 6 Lawrence
Patrick Glasgow G119QX Flat 3 350 CO40 SG14
PG36 2Manor Rd Glasgow G324QX Flat 3 375 CO93 SG37
PG16 5 Novar Rd Hyndland Glasgow G129AX Flat 4 450 CO93 SG14
PG21 18 DaleRd Hyndland Glasgow G12 House 5 600 CO87 SG37
Pno Street Area City Pcode Type Rooms Rent Cno Sno
PL94 6Argyll Kiburn London NW2 Flat 4 400 CO87 SL41
P3 parçası
P4 parçası
Pno Street Area City Pcode Type Rooms Rent Cno Sno
PA14 16Holhead Dee Aberdeen AB65SU House 6 650 CO46 SA9
P5 parçası