Управление обновлениями в СУБД расширенной архитектуры "клиент-сервер" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.13, кандидат технических наук Макаров, Сергей Васильевич

• Макаров, Сергей Васильевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Макаров, Сергей Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. СУБД В АРХИТЕКТУРЕ «КЛИЕНТ-СЕРВЕР».

ЕЕ Параллельная обработка информации.

1.2. Производительность вычислительных систем.

1.3. Модели доступа к данным.

1.3.1. Хост-терминальная модель.

1.3.2. Модель файлового сервера.

1.3.3. Модель сервера базы данных.

1.4. Конфигурации архитектуры «клиент-сервер».

1.4.1. Стандартная архитектура «клиент-сервер».

1.4.2. Модель доступа к удаленным данным.

1.4.3. Расширенная архитектура «клиент-сервер».

1.5. Обновление данных в расширенной архитектуре «клиент-сервер»

1.6. Методы репликации данных в информационных системах.

1.7. Алгоритмы управления обновлениями.

1.8. Постановка задачи.

1.9. Выводы.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ АЛЕОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ОБНОВЛЕНИЯМИ

2.1. Признаки классификации алгоритмов.

2.2 Еруппы алгоритмов управления обновлениями.

2.3. Алгоритмы управления обновлениями на основе рассылки квитанций.

2.4. Качественный анализ алгоритмов.

2.5. Выводы.

3. ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ СУБД В РАСШИРЕННОЙ АРХИТЕКТУРЕ «КЛИЕНТ-СЕРВЕР».

3 Л. Метод вероятностного исследования базы данных расширенной архитектуры «клиент-сервер».

3.1.1. Определение возможных состояний системы.

3.1.2. Построение графа возможных переходов.

3.1.3. Составление и решение системы уравнений.

3.2. Создание абстрактной модели СУБД.

3.3. Границы и условия вероятностного исследования.

3.3.1. Условия функционирования системы.

3.3.2. Параметры и состояния системы.

3.4. Алгоритм управления обновлениями НРСК.

3.4.1. Возможные переходы и состояния системы.

3.4.2. Расчет вероятностей блокировок клиентов.

3.4.3. Построение графа переходов.

3.4.4. Составление системы уравнений.

3.4.5. Решение системы уравнений.

3.5. Алгоритм управления обновлениями Т-НРКСК.

3.6. Выводы.

4. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СУБД В РАСШИРЕННОЙ АРХИТЕКТУРЕ «КЛИЕНТ-СЕРВЕР».

4.1. Постановка задачи.

4.2. Блок-схемы работы алгоритмов.

4.2.1. Ядро и алгоритмически зависимая часть модели.

4.2.2. Работа сервера и клиентов при различных алгоритмах

4.3. Имитационная модель базы данных.

4.4. Программы моделирования базы данных расширенной архитектуры «клиент-сервер».

4.5. Производительность алгоритмов.

4.6. Выводы.

5. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ НА

ОСНОВЕ СУБД РАСШИРЕННОЙ АРХИТЕКТУРЫ «КЛИЕНТ-СЕРВЕР»

5.1. Общее описание системы.

5.2. Сервер СУБД.

5.3. Структура клиента.

5.4. Заполнение базы данных клиента.

5.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Управление обновлениями в СУБД расширенной архитектуры "клиент-сервер"»

Диссертационная работа посвящена задаче согласования клиентских данных в СУБД расширенной архитектуры «клиент-сервер». Рассматривается проблема выбора эффективного алгоритма управления обновлениями при различных параметрах работы базы данных.

Актуальность темы диссертации. В последние десятилетия одним из перспективнейших и активно развивающихся направлений информатики и вычислительной техники является разработка и создание систем управления базами данных (СУБД). На сегодняшний день подавляющее большинство информационных систем - складские, бухгалтерские, обучающие, управляющие и др. программы - включают в себя тот или иной вариант базы данных. Повышение производительности таких систем является в настоящее время одной из актуальных проблем.

Существует множество способов и решений - архитектурных, аппаратных, программных - для повышения производительности вычислительных систем и СУБД в частности. Одной из современных технологий, позволяющих повысить производительность СУБД, является расширенная архитектура «клиент-сервер». Она подразумевает наличие средств обработки данных не только на сервере СУБД, но и на клиентах. Распределение вычислений между клиентами и сервером, при котором на сервере выполняются только запросы на изменение данных, является перспективным направлением, позволяющим вовлечь в обработку информации все аппаратные ресурсы системы.

Вместе с тем, специфика построения СУБД в расширенной архитектуре «клиент-сервер» предполагает решения дополнительных задач в организации работы системы. В первую очередь это проблема поддержания согласованности клиентских данных, поскольку они становятся недействительными при внесении изменений в основную базу данных, располагающуюся на сервере. Применение эффективного метода согласования данных клиентов с серверной базой данных, позволяет не только избежать конфликтных ситуаций и нарушения целостности данных, но и значительно повысить производительность СУБД, а, следовательно, и всей информационной системы в целом. 6

В настоящее время существует несколько различных алгоритмов управления обновлениями и поддержания согласованности данных клиентов. Но как показывает анализ, они не всегда полностью учитывают структуру данных, а также организационные особенности компании, использующей СУБД в качестве ядра своей информационной системы. Между тем, именно применение эффективного алгоритма может стать средством повышения производительности СУБД, в случаях, когда модернизация аппаратной се части либо затруднена, либо невозможна в силу каких-либо причин. В связи с этим вопросы детального изучения алгоритмов управления обновлениями, их оптимизации, а также эффективного применения при различных параметрах и условиях функционирования СУБД расширенной архитектуры «клиент-сервер» приобретают особую актуальность.

Предметом исследования в данной работе являются алгоритмы управления обновлениями и поддержания согласованности данных в СУБД расширенной архитектуры «клиент-сервер».

Цель работы состоит в разработке моделей СУБД в расширенной архитектуре «клиент-сервер» и использовании полученных моделей для оценки эффективности различных алгоритмов управления обновлениями при заданных параметрах функционирования базы данных.

Основные задачи исследования заключаются:

- в обобщении существующих способов управления обновлениями на основе выделенных признаков и разработке новых алгоритмов;

- в разработке аналитической модели СУБД в расширенной архитектуре «клиент-сервер» и получении формальных зависимостей их производительности при использовании различных алгоритмов управления обновлениями;

- в создании имитационной модели базы данных в расширенной архитектуре «клиент-сервер» и экспериментальной проверке математически полученных результатов. 7

Методы исследования. При выполнении работы использовались математический аппарат теории массового обслуживания, теории вероятностей и математической статистики, а также имитационное моделирование на ЭВМ.

Научная новизна. В работе получены следующие новые научные результаты:

1. Обобщены алгоритмы управления обновлениями в СУБД расширенной архитектуры «клиент-сервер» на основе выделенных признаков.

2. Предложены новые алгоритмы управления обновлениями на основе рассылки квитанций, позволяющие повысить производительность СУБД.

3. Предложена новая аналитическая модель описания СУБД в расширенной архитектуре «клиент-сервер».

4. Получены формулы оценки производительности СУБД в зависимости от различных параметров системы и данных.

5. Разработана имитационная модель СУБД в расширенной архитектуре «клиент-сервер» на основе выделенного ядра и алгоритмически зависимой части, позволяющая произвести оценку эффективность различных алгоритмов управления обновлениями при заданных параметрах системы и определить области их применения.

На защиту выносятся:

- алгоритмы управления обновлениями в СУБД расширенной архитектуры «клиент-сервер» на основе рассылки квитанций;

- математическая модель и формальные зависимости расчета производительности СУБД при использовании алгоритмов рассылки изменений и квитанций;

- имитационная модель базы данных в расширенной архитектуре «клиент-сервер».

Практическая ценность результатов работы заключается в следующем:

1. Применение предложенных в исследовании алгоритмов управления обновлениями на основе рассылки квитанций позволяет повысить эффективность 8 функционирования информационных систем на основе СУБД расширенной архитектуры «клиент-сервер».

2. Разработанные модели позволяют адекватно описать базы данных в расширенной архитектуре «клиент-сервер» и использовать найденные зависимости и соотношения между параметрами системы для решения ряд практических задач анализа и синтеза баз данных.

3. Разработанный пакет имитационных программ позволяет оценить производительность СУБД при заданных параметрах конфигурации системы и структуры данных.

4. Предложена схема программного обеспечения информационной системы, основанной на СУБД расширенной архитектуры «клиент-сервер».

Реализация и внедрение.

Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы использованы в ходе выполнения работ по разработке и внедрению новой информационной системы для средней оптовой компании ООО «Роберт Бош», что подтверждается соответствующим актом.

Апробация работы. Результаты и положения диссертационной работы обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах:

1) V международная конференция " Development and Application DAS 2000", Suceava, Romania, 2000

2) IX всероссийский научно-технический семинар "Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации", Алушта, 2000

Публикации. По основным результатам исследований опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и трех приложений. Общий объем работы составляет 145 страниц, в том числе 26 рисунков и 8 таблиц. Список литературы включает 70 наименований.

Заключение диссертации по теме «Телекоммуникационные системы и компьютерные сети», Макаров, Сергей Васильевич

5.5. Выводы

1. Показано, что при использовании расширенной архитектуры «клиент сервер» может быть создана информационная система, полностью отвечающая организационной структуре предприятия.

106

2. Рассмотрены возможности применения СУБД различных производителей в качестве сервера СУБД информационной системы в расширенной архитектуре. Выделены основные факторы, оказывающие влияние на выбор СУБД с учетом особенностей компании.

3. Важно отметить тот факт, что использование при внедрении информационной системы программного обеспечения одного производителя как для серверной так и для клиентской составляющих значительно облегчает задачу по планированию и разработке комплекса. Кроме того, отпадает необходимость при расхождении форматов данных адаптировать одни программы к другим с помощью вспомогательных интерфейсов.

107

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе проведен анализ эффективности алгоритмов управления обновлениями в СУБД расширенной архитектуры «клиент-сервер». Кроме этого были предложены и изучены новые алгоритмы на основе рассылки квитанций.

В ходе выполнения работы были получены следующие основные теоретические и практические результаты.

1. Произведен анализ проблемы поддержания согласованности данных клиентов в СУБД расширенной архитектуры «клиент-сервер». Показано, что производительность СУБД может быть существенно повышена при использовании эффективного алгоритма управления обновлениями.

2. Произведена классификация алгоритмов управления обновлениями на основы выделенных признаков. В результате систематизированы известные и предложены новые алгоритмы на основе рассылки квитанций. Показана эффективность рассылки квитанций перед рассылкой изменений при наличии сегментации данных. Проведенный анализ позволил выделить группы алгоритмов, наиболее эффективных при различных параметрах СУБД и условиях ее функционирования.

3. Предложен новый метод исследования СУБД расширенной архитектуры «клиент-сервер» с использованием вероятностной аналитической модели. Получены системы уравнений для аналитического исследования СУБД при использовании алгоритма рассылки изменений, а также выведены уравнения для системы с алгоритмом рассылки квитанций. Рассмотрено применение метода решения систем уравнений, использующего характеристики графа переходов и позволяющего находить решение для модели СУБД с алгоритмом рассылки изменений при большим количестве клиентов.

4. Разработана имитационная модель СУБД в расширенной архитектуре «клиент-сервер» на основе ядра и алгоритмически зависимой части. Осуществлено моделирование работы СУБД при использовании различных алгоритмов управления обновлениями. Произведена оценка эффективности способов

109

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Макаров, Сергей Васильевич, 2000 год

1. Андреев А. Ресурсы Microsoft BackOffice: SQL Server и SNA Server", пер. с англ. // С.-Петербург, «BHV» 1998

2. Артамонов Г.Т. Анализ производительности ЦВМ методами теории массового обслуживания. // Москва, «Энергия» 1972

3. Артамонов Г.Т., Брехов О.М. Оценка производительности ВС аналитико-статистическими моделями. // Москва, Энергоатомиздат 1993

4. Балаян А.С. Инструментальная поддержка интероперабельных клиентов и серверов, реализованных в различных программных средах. // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Казань, 1997

5. Богуславский Л.Б. Вероятностные методы и модели управления потоками данных и ресурсами в сетях и многопроцессорных системах. // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук, Москва, Институт проблем управления РАН, 1995

6. Брехов О.М. ЭВМ и вычислительные сети в терминах систем массового обслуживания. //Москва, МАИ 1986

7. Ю.Брехов О.M., Морару В.А. Аналитическое моделирование ЭВМ, управляемой потоком данных. // «Автоматика и Телемеханика», Москва, №2 1988

8. П.Брехов О.М., Слуцкин А.И. Исследование способов обеспечения идентичности информации в буферной памяти многопроцессорных вычислительных систем. // «Автоматика и Телемеханика», Вычислительная техника в управлении, Москва 1988

9. Васкевич Д. Стратегии «клиент-сервер». // Киев, «Диалектика» 1996

10. Вескес Д.Л. Access и SQL Server. Руководство разработчика. // Москва, Лори 1997

11. М.Винкоп С. Использования SQL Server 7.0 // Москва, «Вильяме» 1999

12. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. // Москва, «Высшая школа» 1999

13. Головкин Б. А. Расчет характеристик и планирование параллельных вычислительных процессов // Москва, «Радио и связь» 1983

14. П.Григорьев Ю.А. Проблема выбора модели доступа к данным при проектировании информационных систем на основе СУБД. // «Информационные технологии» №5 1999

15. Грофф Д., ВайнбергП. SQT: полное руководство. // Киев, «BHV» 1999

16. Дейт К. Введение в системы баз данных. // Москва, «Вильяме» 1999

17. Демас Б. Обзор механизмов обработки данных в Microsoft Access 2000. // Microsoft

18. Дженкинс Р. Использование Microsoft Access 2000. // Москва, «Вильяме» 2000

19. Елманова П. О проектировании данных для клиент-серверных приложений в С++ Builder., «Решения Microsoft», №2 199823.3вонарева Г.А., Климовец Е.Н. Имитационное моделирование вычислительных систем. // Москва, МАИ 1994

20. Каган Б.М., Мкртумян И.Б. Основы эксплуатации ЭВМ. // Москва, Энергоатомиздат 1988

21. Казаков С.И Основы сетевых технологий. // Москва, «Микроинформ» 1995

22. Клейнен Дж. Статистические методы в имитационном моделировании. // Москва. Статистика 1978

23. Когаловский М.Р. Абстракции и модели в системах баз данных. // «СУБД» №4-5 1998

24. Коржов В. Базы данных идут в тираж. // «СУБД», №3 1998

25. Коржов. В, Многоуровневые системы клиент-сервер. // «Сети» №6 1997

26. Кулагин В.П. Проблемы анализа и синтеза структур параллельных вычислительных систем. // «Информационные технологии» №1 1999

27. Ладыженский Г.М Система обработки распределенных транзакций TUXEDO. // «Открытые системы» №2 1993

28. Ладыженский Г.М. Системы управления базами данных коротко о главном. // «СУБД» №2 1995

29. Ладыженский Г.М Технология «клиент-сервер» и мониторы транзакций. // «Открытые системы» №3 1994

30. Ладыженский Г.М Tuxedo System разработка систем «клиент-сервер». // «СУБД» №1 1996

31. Лебедев А.Н. Моделирование в научно-технических исследованиях. // Москва, Радио и связь 1989

32. Локтев С. Проблемы внедрения технологии «клиент-сервер». // «CompUnity» №5-6 1996

33. Майоров С.А. Основы теории вычислительных систем. // Москва, «Высшая школа» 1978

34. Макаров C.B. Методы управления обновлениями и обеспечения согласованности информации в базах данных в расширенной архитектуре «клиент-сервер». // Москва 2000, Деп. в ВИНИТИ, В00-175

35. Маслов А. Технология «клиент-сервер» в корпоративных системах па базе М-технологии. // «Открытые системы» №6 1997

36. Николаев О.В. Оценка производительности схем восстановления вычислительного процесса с дополнительными свободными модулями. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва, МАИ 1999

37. Пржиялковский В.В. Абстракции в проектировании БД. // «СУБД» №1-2 1998

38. Саати Т.Л. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения. // Москва, «Советское радио» 1965143

39. Соломон Д. Microsoft SQL Server 6.5 // Киев, «DiaSoft» 1998

40. Страуструп Б. Язык программирования С++. // Москва, «Бином» 1999

41. Тимонин А.Ю. Организация обслуживания запросов в многоуровневой клиент-серверной системе. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Пенза 1999

42. Хеллер М. Используйте новые нити. // «Мир ПК», №12 1995

43. Шерр А. Анализ вычислительных систем с разделением времени. // Москва, «Мир» 1970

44. Шнитман В.З, Кузнецов С.Д. Серверы корпоративных баз данных. // Информационно-аналитические материалы Центра Информационных Технологий 1997

45. Шрайбер Т. Моделирование на GPSS. // Москва, Машиностроение 1980

46. Энслоу Ф.Г. Мультипроцессорные системы и параллельные вычисления. //1. Москва, «Мир» 1976

47. Alonso R., Barbara D., Garcia-Molina H. Data Caching Issues in an Information Retrieval System. // ACM Transaction on Database Systems, vol.10, N3, pp.359-384, September 1990

48. Archibald J., Baer. J.L. Cache Coherence Protocols: Evaluation Using a Multiprocessor Simulation Model. // ACM Transaction on Computer Systems, vol.4, N4, November 1986

49. Bellew M., Hsu M., Tam V. Update Propagation in Distributed Memory Hierarchy. // Proceedings of the 6th International Conference on Data Engeneering, pp.521-528, Los Angeles 1990

50. Brekhov O.M., Makarov S.V. New Algorithms for Update Managing in Enhanced Client-Server DBMS. // Proceedings of the 5th International Conference on Development and Application DAS 2000, Suceava, Romania, May 2000

51. Carey M., Franklin M., Linvy M., Shekita E. Data Caching Tradeoffs in Client-Server DBMS Architecture. // Proceedings of the ACM-SIGMOD Conference on Management of Data, Denver, May 1991

52. Delis A., Roussopoulos N. Techniques for Update Handling in the Enhanced ClientServer DBMS. // IEEE Transactions on Knowledge and Data Engeneering, vol.10, N3, pp.458-476, May/June 1998

53. Delis A., Roussopoulos N. Performance Comparison of Three Modern DBMS Architecture. // IEEE Transactions on Software Engeneering, vol.19, N2, pp.120-138, February 1993

54. Delis A., Roussopoulos N. Performance and Scalability of Client-Server Database Architectures // Proceedings of the 18th Conference Very Large Database, Vancouver, Canada 1992

55. Delis A., Roussopoulos N. Modern Client-Server DBMS Architectures. // SIGMOD Record, vol.20, N3, pp.52-61, September 1991

56. Franklin M., Carey M., Livny M. Local Disk Caching in Client-Server Database Systems. // Proceedings of the 19th International Conference Very Large Databases, Dublin, August 1993

57. Hagman R., Ferrari D. Performance Analysis of Several Back-End Database Architectures. // ACM Transaction on Database Systems, vol.11, N1, pp.1-26, March 1986

58. Jian Yin, Lorenzo A. Volume Leases for Consistency in Large-Scale Systems. // IEEE Transactions on Knowledge and Data Engeneering, vol.11, №4, July 1998

59. McGoveran D., White С J. Clarifying Client-Server. // «DBMS» Vol.3 №12, November 1990

60. Micosoft SQL Server Distributed Data Operations and Replication. // руководство к пользованию, Microsoft

61. Nakamura A., Takizawa M. Reliable Broadcast Protocol for Selectively Ordering PDUs. // Proceedings of the 11th IEEE International Conference Distributed Computing Systems, Arlington, June 1991

62. Roussopoulos N. An Incremental Access Method for ViewCache:Concept, Algorithms and Cost Analysis. // ACM Transaction on Database Systems, vol.16, N3, pp.535-563, September 1991145

63. Rubenstein W., Kubicar M., Cattell R. Benchmarking simple Database operations. // Proceedings of ACM-SIGMOD Conference Management of Data, 1987

64. Wang Y., Rowe L. Cache Consistency and Concurrency Control in a Client-Server DBMS Architecture. // Proceedings of ACM-SIGMOD Conference Management of Data, Denver, May 1991

65. Wilkinson K., Neimat M-A. Maintaining Consistency of Cliend-Cashed Data. // Proceedings of the 16th Conference Management of Very Large Database, Brisbane, 1990