Технологии реплицирования данных

На тему: «Технологии реплицирования данных»

По предмету: «Информационные технологии в экономике» 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

В важности резервного копирования данных сомневаться не приходится. С другой стороны, постоянно совершенствуются технологии хранения данных, требования как к хранилищам данных, так и к системам резервного копирования становятся все более жесткими. Что же мы имеем сейчас и что нас ожидает?

До недавнего  времени хранение данных было лишь малой частью компьютерной инфраструктуры на предприятии. По мере роста объемов и ценности, увеличивалась и значимость данных, а их хранение стало одной из важнейших составляющих современного центра обработки данных. Если в 2000–2001 годах объемы вкладываемых в системы хранения средств примерно соответствовали объемам средств, тратившихся на сами серверы, то к 2003 году соотношение изменилось, и объем средств, вкладываемых в системы хранения данных существенно превысил аналогичный объем для серверов (примерно 25% против 75%). Правда, теперь к стоимости самого оборудования прибавляется стоимость средств для управления данными.

Можно сказать, что хранение данных стало ключевым ресурсом современных информационных технологий и важность этого ресурса  постоянно растет.

Совершенствование сетевых технологий, эволюция архитектур и быстродействия процессоров обусловили развитие сегодняшнего компьютерного мира. Также эволюционировали инфраструктуры систем хранения данных. При изменении требований к этим системам улучшались и технологии записи и чтения магнитных лент. В настоящее время основными областями применения магнитных лент являются резервное копирование, архивирование, системы HSM (иерархическое хранение данных).

Наиболее часто  магнитные ленты используются для  резервного копирования данных. Развитие технологии хранения данных привело к упрощению организации совместного пользования устройствами, увеличению пропускной способности соединений, оптимизации поддержки работоспособности и лучшему масштабированию.

Цели: 1. Дать определение понятию «реплицирование данных»

      2. Определить технологии методы реплицирования данных

      3. Использование технологий реплицирования  данных в производстве.

 

5. 1. Технологии реплицирования данных

     Во  многих случаях узким местом распределенных систем, построенных на основе технологий "Клиент-сервер" или объектного связывания данных, является недостаточно высокая производительность из-за необходимости передачи по сети большого количества данных. Определенную альтернативу построения быстродействующих распределенных систем предоставляют технологии реплицирования данных.

     1.2 Репликой называют особую копию базы данных для размещения на другом компьютере сети с целью автономной работы пользователей с одинаковыми (согласованными) данными общего пользования.

     Основная  идея реплицирования заключается в  том, что пользователи работают автономно с одинаковыми (общими) данными, растиражированными по локальным базам данных, обеспечивая с учетом отсутствия необходимости передачи и обмена данными по сети максимальную для своих вычислительных установок производительность.

     1.3 Тиражирование (или репликация,) - создание дублирующих копий (репликатов) объектов данных на разных узлах с целью повышения доступности и/или сокращения времени доступа к критически важным данным.

     Программное обеспечение СУБД для реализации такого подхода соответственно дополняется функциями тиражирования (реплицирования) баз данных, включая тиражирование как самих данных и их структуры, так и системного каталога с информацией о размещении реплик, иначе говоря, с информацией о конфигурировании построенной таким образом распределенной системы.

     При этом, однако, возникают две проблемы обеспечения одного из основополагающих принципов построения и функционирования распределенных систем (а именно, - непрерывности  согласованного состояния данных):

• обеспечение согласованного состояния во всех репликах количества и значений общих данных;
• обеспечение согласованного состояния во всех репликах структуры данных.

     Обеспечение согласованного состояния общих  данных, в свою очередь, основывается на реализации одного из двух принципов:

• принципа непрерывного размножения обновлений (любое обновление данных в любой реплике должно быть немедленно размножено);
• принципа отложенных обновлений (обновления реплик могут быть отложены до специальной команды или ситуации).

     1.4 Примеры применения в производстве. Принцип непрерывного размножения обновлений является основополагающим при построении так называемых систем реального времени, таких, например, как системы управления воздушным движением, системы бронирования билетов пассажирского транспорта и т.п., где требуется непрерывное и точное соответствие реплик или других растиражированных данных во всех узлах и компонентах подобных распределенных систем.

     Реализация  принципа непрерывного размножения  обновлений заключается в том, что  любая транзакция считается успешно завершенной, если она успешно завершена на всех репликах системы. На практике реализация этого принципа встречает существенные затруднения.

     В целом ряде предметных областей распределенных информационных систем режим реального  времени с точки зрения непрерывности согласования данных не требуется. Такие системы автоматизируют те организационно-технологические структуры, в которых информационные процессы не столь динамичны. В этом случае обновление реплик распределенной информационной системы, если она будет построена на технологии реплицирования, требуется, скажем, только лишь один раз за каждый рабочий час, или за каждый рабочий день.

     Такого  рода информационные системы строятся на основе принципа отложенных обновлений. Накопленные в какой-либо реплике изменения данных специальной командой пользователя направляются для обновления всех остальных реплик систем. Такая операция называется синхронизацией реплик.

     Решение второй проблемы согласованности данных, а именно -согласованности структуры данных, осуществляется через частичное отступление, как и в системах "Клиент-сервер", от принципа отсутствия центральной установки и основывается на технике главной реплики, т.е одна из реплик базы данных объявляется главной. При этом изменять структуру базы данных можно только в главной реплике. Эти изменения структуры данных тиражируются на основе принципа отложенных обновлений, т.е. через специальную синхронизацию реплик.

     Частичность отступления от принципа отсутствия центральной установки заключается в том, что в отличие от чисто централизованных систем, выход из строя главной реплики не влечет сразу гибель всей распределенной системы, так как остальные реплики продолжают функционировать автономно. Более того, на практике СУБД, поддерживающие технологию реплицирования, позволяют пользователю с определенными полномочиями (администратору системы) преобразовать любую реплику в главную и тем самым полностью восстановить работоспособность всей системы.

     Технологии  репликации данных в тех случаях, когда не требуется обеспечивать большие потоки и интенсивность обновляемых в информационной сети данных, являются экономичным решением проблемы создания распределенных информационных систем с элементами централизации по сравнению с использованием дорогостоящих клиент-серверных систем.

     На  практике для совместной коллективной обработки данных применяются смешанные  технологии, включающие элементы объектного связывания данных, репликаций и клиент-серверных  решений. При этом дополнительно  к проблеме логического проектирования, т. е. проектирования логической схемы организации данных (таблицы, поля, ключи, связи, ограничения целостности), добавляется не менее сложная проблема транспортно-технологического проектирования информационных потоков, разграничения доступа и т. д. К сожалению, пока не проработаны теоретико-методологические и инструментальные подходы для автоматизации проектирования распределенных информационных систем с учетом факторов как логики, так и информационно-технологической инфраструктуры предметной области.

     Тем не менее, развитие и все более  широкое распространение распределенных информационных систем, определяемое самой распределенной природой информационных потоков и технологий, является основной перспективой развития автоматизированных информационных систем.

Для обнаружения (распознавания) тупиков в реплицированных системах применяются такие же алгоритмы, которые были разработаны в мониторах транзакций централизованных систем «Клиент-сервер», — строится и поддерживается аналогичный граф ожидания транзакций и применяются аналогичные алгоритмы распознавания и разрушения тупиков, основанные в основном на технике приоритетов.

В целом  ряде предметных областей распределенных информационных систем режим реального времени с точки зрения непрерывности согласования данных не требуется. Такие системы автоматизируют те организационно-технологические структуры, в которых информационные процессы не столь динамичны. Если взять, к примеру, автоматизированную информационную систему документооборота, то традиционная «скорость» перемещения и движения служебных документов соответствует рабочему дню или в лучшем случае рабочим часам. В этом случае обновление реплик распределенной информационной системы, если она будет построена на технологии реплицирования, требуется, скажем, только лишь один раз за каждый рабочий час, или за каждый рабочий день.

Такого  рода информационные системы можно  строить на основе принципа отложенных обновлений. Накопленные в какой-либо реплике изменения данных специальной командой пользователя направляются для обновления всех остальных реплик систем. Такая операция называется синхронизацией реплик. Возможность конфликтов и тупиков в этом случае при синхронизации реплик существенно снижается, а немногочисленные подобные конфликтные ситуации легко разрешить организационными мерами.

Решение второй проблемы согласованности данных, а именно — согласованности структуры данных, осуществляется через частичное отступление, как и в системах «Клиент-сервер», от принципа отсутствия центральной установки и основывается на технике «главной» реплики.

Суть  этой техники заключается в том, что одна из реплик базы данных системы объявляется главной. При этом изменять структуру базы данных можно только в главной реплике. Эти изменения структуры данных тиражируются на основе принципа отложенных обновлений, т. е. через специальную синхронизацию реплик. Частичность отступления от принципа отсутствия центральной установки заключается в том, что в отличие от чисто централизованных систем, выход из строя главной реплики не влечет сразу гибель всей распределенной системы, так как остальные реплики продолжают функционировать автономно. Более того, на практике СУБД, поддерживающие технологию реплицирования, позволяют пользователю с определенными полномочиями (администратору системы) преобразовать любую реплику в главную и тем самым полностью восстановить работоспособность всей системы.

Процесс синхронизации реплик в современных  СУБД включает обмен только теми данными, которые были изменены или добавлены в разных репликах. С этой целью в системном каталоге базы данных создаются специальные таблицы текущих изменений и организуется система глобальной идентификации (именования) всех объектов распределенной системы, включая раздельное поименование одинаковых объектов (вплоть до записей таблиц) в разных репликах.* Такой подход несколько увеличивает объем базы данных, но позволяет существенно ограничить транспортные расходы на синхронизацию реплик.

* Так называемая  техника глобальных уникальных  идентификаторов (GUID).

2.  Архитектура программных систем

В то время  как большинство автономных приложений - офисные программы, среды разработки, системы подготовки текстов и  изображений - выполняются на одном  компьютере, крупные информационные комплексы (например, система автоматизации предприятия) состоят из десятков и сотен отдельных программ, которые взаимодействуют друг с другом по сети, выполняясь на разных компьютерах. В таких случаях говорят, что они работают в различной программной архитектуре.