2-ma'ruza. Mavzu: Taqsimlangan tizimlarning arxitektura xususiyatlari (ShK)

2-ma'ruza.

Mavzu: Taqsimlangan tizimlarning arxitektura xususiyatlari (ShK)

Reja:

1. Taqsimlangan arxitektura tizimining modeli.

2. Taqsimlangan ma'lumotlar bazasi tizimlarining klassik arxitekturasi.

3. Ma'lumot almashish.

4. Ma'lumotlarning replikatsiyasi.

5. Tarqatilgan boshqaruv.

Resurslarni o'zaro almashishni ta'minlash uchun protsessorlarni ish muhitiga va foydalanish sharoitlariga bog'liq bo'lmagan tarzda taqsimlash maqsadga muvofiqdir. Aytaylik, shaxsiy kompyuterdan foydalanuvchi kattaroq mashinada joylashgan fayllarga kirish huquqiga ega bo'lishi kerak, lekin ayni paytda shaxsiy kompyuter ustidan nazoratni saqlab turishi kerak. Ba'zi bir dasturlar, masalan, uucp, tarmoq orqali fayl uzatishni qo'llab-quvvatlashga va tarmoqning boshqa funktsiyalariga qaramay, ulardan foydalanish foydalanuvchi tomonidan yashirilmaydi, chunki foydalanuvchi tarmoq ustida ishlayotganini biladi. Bundan tashqari, shuni ta'kidlash kerakki, matn muharriri kabi dasturlar odatdagi kabi bo'lgani kabi o'chirilgan fayllar bilan ishlamaydi. Foydalanuvchilar OS funktsiyalarining standart to'plamiga ega bo'lishi kerak va tezlikni yo'qotish bundan mustasno, ular mashina chegaralarining kesishishini sezmasliklari kerak. Tarqalgan tizimning arxitekturasi 2.1-rasmda keltirilgan. Rasmda ko'rsatilgan har bir kompyuter protsessor, xotira va periferik qurilmalardan iborat mustaqil moduldir. Kompyuterda mahalliy fayl tizimi bo'lmasa ham, modelning muvofiqligi buzilmaydi: u boshqa mashinalar bilan aloqa qilish uchun periferik qurilmalarga ega bo'lishi kerak va unga tegishli barcha fayllar boshqa kompyuterda joylashgan bo'lishi mumkin. Har bir mashinada mavjud bo'lgan jismoniy xotira boshqa mashinalarda ishlaydigan jarayonlarga bog'liq emas. Tarqatilgan tizimlar bu xususiyatdan kuchli bog'langan ko'p protsessor tizimlaridan farq qiladi. Shunga ko'ra, har bir mashinadagi tizimning yadrosi taqsimlangan muhitning tashqi ish sharoitlaridan mustaqil ravishda ishlaydi.

Shaklda 2.2-rasmda bugungi kunda ko'pgina ma'lumotlar bazalarida qo'llaniladigan klassik arxitektura ko'rsatilgan (masalan, SAP R / 3). Mijozlarning so'rovlari yuklarni muvozanatlashtiruvchi tomonidan (2.2-rasmda karusel shaklida ko'rsatilgan) veb-server va dastur serveri ishlaydigan mavjud mashinalardan biriga yuboriladi. Veb-server (HTTP) mijozlardan so'rovlarni amalga oshiradi va dastur serveri o'rnatilgan SQL (yoki LINQ yoki boshqa biron-bir ma'lumotlar bazasini dasturlash tili) bilan Java yoki C # -dan foydalanib, belgilangan dastur mantig'ini bajaradi.

2.1-rasm. Tarqatilgan arxitektura tizimining modeli

O'rnatilgan SQL so'rovlar ma'lumotlar bazasi serveriga yuboriladi, ular so'rovni sharhlaydi, natijani qaytaradi va ma'lumotlar bazasini o'zgartiradi. Barqarorlikni ta'minlash uchun ma'lumotlar bazasi serveri barcha ma'lumotlarni va saqlash qurilmalarida jurnallarni saqlaydi. Ma'lumotlar bazasi serveri va saqlash tizimi o'rtasidagi interfeys so'rovlarni yuborish va yuborish orqali jismoniy ma'lumotlar bloklarini (masalan, hajmi 64 kilobaytlik bloklar) yuborishni o'z ichiga oladi. An'anaviy saqlash tizimlari ma'lumotlar bazasi serveri ishlaydigan mashinaga yoki tarmoqqa ulangan saqlash joylari tarmog'i (SAN) qurilmalariga mahalliy ravishda ulangan disklardan foydalanadi. Shaklda 2.2-da saqlash tizimi ma'lumotlar bazasi serveridan ajratilgan arxitektura varianti ko'rsatilgan (ya'ni, SAN). An'anaviy aylanish disklari o'rniga, yangi avlod saqlash tizimlarida qattiq disklar, asosiy xotira yoki turli xil vositalarning kombinatsiyasi ishlatilishi mumkin.

Shakl 2.2. Klassik ma'lumotlar bazasi tizimi arxitekturasi

Klassik arxitektura bir nechta muhim imtiyozlarni beradi. Birinchidan, bu barcha darajadagi "zoti zo'r" "sinfda eng yaxshi" tarkibiy qismlardan foydalanishga imkon beradi. Natijada, ushbu darajalarning har biri uchun raqobatdosh mahsulotlar uchun hayotiy bozor shakllandi. Ikkinchidan, klassik arxitektura ma'lumotlarni saqlash va veb-serverlar va ilovalar darajasida kengayish va egiluvchanlikni ta'minlaydi. Misol uchun, agar siz dasturning kengligini kengaytirilgan foydalanuvchi faolligiga moslashtirishingiz kerak bo'lsa, ortib borayotgan ish yukiga dosh berish uchun veb-serverdagi dastgohlar sonini va dastur darajasida osongina ko'paytirishingiz mumkin. Xuddi shunday, ish yukining kamayishi bilan ushbu darajadagi ba'zi mashinalar o'chirilishi yoki boshqa maqsadlar uchun ishlatilishi mumkin. Ma'lumotni saqlash darajasida, ish hajmining oshishi bilan saqlash tizimining o'tkazuvchanligini oshirish va / yoki ma'lumotlar bazasini hajmini o'zgartirish bilan bog'liq muammolarni hal qilish uchun siz mashinalar (yoki disklar) sonini ko'paytirishingiz yoki kamaytirishingiz mumkin.

Klassik arxitekturada mumkin bo'lgan qiyinchilik bu ma'lumotlar bazasi serveridir. Agar ma'lumotlar bazasi serveri haddan tashqari ko'payib ketsa, undan chiqishning yagona yo'li yanada kuchli mashinani sotib olishdir. Ma'lumotlar bazasi serverlarini qo'llab-quvvatlash uchun ishlatiladigan mashinalar odatda qimmatga tushadi, chunki ular yuqori ish yuklarini boshqarish imkoniyatiga ega bo'lishi kerak. Shu sababli, 2.2-rasmdagi klassik arxitekturada masshtablash va narx jihatidan cheklovlar mavjud - bulutli hisoblashning ikkita muhim maqsadi. Ushbu qismning quyidagi bo'limlarida ma'lumotlar bazasi serverlari darajasida ushbu cheklovlarni bartaraf etish uchun bulutli xizmatni ishlab chiquvchilar tomonidan tanlangan arxitekturalar muhokama qilinadi.

2.3-rasm. Ajratish

2.3-rasmda ma'lumotlar bazasidan foydalanishda ma'lumotlar bazasi tizimlarining klassik arxitekturasini qanday moslashtirish mumkinligi ko'rsatilgan. Fikr oddiy: bitta ma'lumotlar bazasi serverini butun bazani boshqarish bilan yuklash o'rniga, biz ushbu ma'lumotlar bazasini mantiqiy ravishda ajratamiz va har bir qismni alohida ma'lumotlar bazasi serveri tomonidan boshqarilishini majburlaymiz. Ma'lumotlar bazasi adabiyotlarida ko'plab ajratish sxemalari o'rganilgan; masalan, vertikal va gorizontal qismlarga ajratish, dumaloq qismli qismlarga ajratish, hashing qismlarga ajratish, oraliqni ajratish. Ushbu yondashuvlarning barchasi ishlaydi va bulutlarda ma'lumotlarni boshqarishda qo'llanilishi mumkin.

2.3-rasmda keltirilgan arxitektura imkoniyatlari nafaqat ajratish sxemalarida farq qilishi mumkin. Birinchidan, ajratish shaffof yoki dasturchi uchun ko'rinadigan bo'lishi mumkin (shaffof ajratish afzalroq ekanligi aniq). Ikkinchidan, ma'lumotlarni saqlash moslamalari ma'lumotlar bazasi serveri ishlaydigan mashinaga ulanishi yoki undan ajratilishi mumkin, masalan, ma'lumotlarni saqlash moslamalari tarmog'iga (2.2-rasmda ko'rsatilganidek). Shaklda 2.3-rasmda taqsimlangan ma'lumotlar bazasiga kirish shaffof va saqlash moslamalari har bir ma'lumotlar bazasi serveriga ulanadigan variant ko'rsatilgan.

2.3-rasmda keltirilgan ma'lumotlarni ajratish va arxitektura bulutli hisoblash imkoniyatlarini ochishning samarali usulini taqdim etadi. Ma'lumotlar bazasi serverlari arzon mashinalarda ishlashi mumkin, bu esa ko'p sonli mashinalardan foydalanishga olib keladi, ularning har biri yukga bardosh bera olish uchun juda oz miqdordagi ma'lumotlar bilan ishlaydi. Biroq, ajratish o'zgaruvchan ish yuki mavjud bo'lganda kengayadigan cheklovlarga ega: so'rovlar / yangilash operatsiyalarining ish yukining intensivligi oshishi (yoki kamayishi) ga javoban mashinalar sonini ko'paytirganda yoki kamaytirganda ma'lumotni qayta taqsimlash talab etiladi, ya'ni. ma'lumotlarni mashinalar o'rtasida uzatish. Yaxshilangan miqyoslilik va moslashuvchanlikka erishish uchun siz qismlarni ko'paytirish bilan birlashtirishingiz kerak.

2.4-rasm. Replikatsiya

2.4-rasmda replikatsiya ma'lumotlar bazasi tizimlari arxitekturasida qanday ishlatilishi ko'rsatilgan. Bo'linishda bo'lgani kabi, bir nechta ma'lumotlar bazasi serverlari mavjud. Har bir ma'lumotlar bazasi serveri butun ma'lumotlar bazasining nusxasini (yoki replikatsiya bo'linish bilan birlashtirilgan bo'lsa, ma'lumotlar bazasi bo'limi) boshqaradi. Bunday holda, ko'plab variantlar maqbuldir. 2.4-rasmda replikatsiya shaffof va saqlash moslamalari ma'lumotlar bazasi serverlariga biriktirilgan variant ko'rsatilgan. Replikatsiya sxemasining eng muhim jihati bu replikalarni izchil holatda saqlash mexanizmi. Eng mashhuri ROWA protokoli (bir marta o'qing, barchasini yozing - har qanday replikadan o'qing, barcha replikalarga yozing), master nusxasini qo'llab-quvvatlashga asoslangan. Agar replikatsiya shaffof bo'lmasa, dasturlar ma'lumotlarning yangilanishi uchun barcha so'rovlarni asosiy nusxasini boshqaruvchi ma'lumotlar bazasi serveriga yuboradi va ushbu server (master server, Master server) ushbu yangilanishlar muvaffaqiyatli qo'lga kiritilgandan so'ng barcha yangilanishlarni sun'iy yo'ldosh serverlariga uzatadi. Ilovalar o'qish so'rovlarini istalgan ma'lumotlar bazasi serveriga yuborishlari mumkin (master yoki yo'ldosh). Agar nusxalash shaffof bo'lsa, so'rovlar avtomatik ravishda usta yoki yo'ldoshga yuboriladi. 2.4-rasmda shaffof replikatsiya ko'rsatilgan. Bosh server qizil rangda (rasmning pastki chap burchagida).

Ma'lumotlar bazasi serverlari arzon kompyuter uskunalarida ishlashi mumkin. Xususan, sun'iy yo'ldosh serverlari arzon standart kompyuterlarda ishlashi mumkin. Bundan tashqari, 2.4-rasmdagi arxitektura, agar ish yuki asosan ma'lumotlarni o'qishga oid so'rovlardan iborat bo'lsa, ish hajmini ko'paytirish va kamaytirish bilan yaxshilanishi mumkin. Har qanday vaqtda ish yukini kamaytirganda, har qanday sun'iy yo'ldosh serverini tizim konfiguratsiyasidan olib tashlash mumkin. Agar ish yuki ko'payib ketsa, unda sun'iy yo'ldosh serverini qo'shganda, unga asosiy serverdan (yoki biron bir sun'iy yo'ldosh serveridan) ma'lumotlar bazasini nusxalash kerak. Ko'p sonli yangilanish operatsiyalari bilan ish yuklari mavjud bo'lsa, bosh server tizimdagi qiyinchiliklarga aylanishi mumkin.

Replikatsiya tizimning miqyosi va ishonchliligini oshirish uchun ishlatilishi mumkin. Replikatsiya asosidagi ishonchlilik protokollaridan biri Oracle tomonidan Oracle RAC mahsulotining bir qismi sifatida ishlab chiqilgan.

Shakl.2.5. Tarqatilgan boshqaruv

2.5-rasmda ma'lumotlar bazasi tizimini taqsimlangan tizim sifatida modellashtiradigan arxitektura ko'rsatilgan. Bir qarashda, bu arxitektura 2.3 va 2.4-rasmda ko'rsatilgan split va ko'paytirish arxitekturalariga o'xshash ko'rinadi. Farqlar deyarli sezilmaydi, ammo ular tizimning joriy etilishi, ishlashi va narxiga katta ta'sir ko'rsatadi. Taqsimlangan boshqaruv arxitekturasini, shuningdek kengayish qobiliyatiga erishish uchun tugunlar orasidagi zaif aloqalarni qo'llab-quvvatlanadigan umumiy disk arxitekturasi sifatida tasvirlash mumkin.

Ushbu arxitekturada saqlash tizimi ma'lumotlar bazasi serverlaridan ajralib chiqadi va ma'lumotlar bazasi serverlari saqlash tizimidagi umumiy ma'lumotlarga parallel va avtonom ravishda kirishadi. Birgalikda ishlatiladigan ma'lumotlarga o'qish va yozishni sinxronizatsiya qilish uchun taqsimlangan protokollar turli darajadagi mustahkamlikni ta'minlash uchun ishlatilishi mumkin. Turli xil protokollar bu erda qo'llanilishi mumkin. Qo'shimcha xarajatlarni kamaytirish uchun ma'lumotlar bazasini boshqarish darajasi veb-serverlar va dasturlar darajasi bilan birlashadi, boshqacha aytganda, ma'lumotlar bazasiga kirish ba'zi ma'lumotlar bazasi serverlari tomonidan emas, balki dastur serveridagi ba'zi kutubxona tomonidan ta'minlanadi.

Ushbu arxitektura bulutli hisoblash uchun eng mos keladi. Bu barcha darajalarda to'liq miqyoslilik va egiluvchanlikni ta'minlaydi. Har bir HTTP so'rovi istalgan serverga yuborilishi mumkin ("Veb-server / dastur serveri / ma'lumotlar bazasi serveri" to'plami), shu darajada siz to'liq miqyosga erishishingiz mumkin. Bundan tashqari, saqlash darajasida ma'lumotlar har qanday tarzda ko'paytirilishi va almashilishi mumkin, shunda ushbu darajadagi miqyoslilikka ham erishish mumkin. Ushbu arxitekturaning yana bir xususiyati shundaki, barcha darajalarda siz arzon uskunalardan foydalanishingiz mumkin. Biroq, ushbu miqyoslilik uchun siz to'lashingiz kerak. CAP teoremasiga muvofiq, bir vaqtning o'zida tarmoqning bo'linishiga qarshilik, kirish va qarshilikni ta'minlash mumkin emas.
SAVOLLAR

1. Taqsimlangan arxitektura tizimining modeli.

2. Taqsimlangan ma'lumotlar bazasi tizimlarining klassik arxitekturasi.

3. Ma'lumot almashish.

4. Ma'lumotlarning replikatsiyasi.

5. Tarqatilgan boshqaruv.