Mô hình cơ sở dữ liệu phân tán

Chương I KHÁI NIỆM CSDL TRONG MÔI TRƯỜNG KHÁCH/CHỦ I. CẤU HÌNH CSDL KHÁCH/CHỦ Phần này tập trung vào mô hình phân tán dữ liệu trong môi trường khách/chủ và các dạng khác nhau của mô hình này. Mô hình phân tán truy nhập dữ liệu là dạng sử dụng trung nhất của mô hình phân tán Khách/chủ. Đó là dạng phân tán Khách/chủ dùng với phần mềm CSDL, trong đó CSDL dùng nhiều bộ xử lý. Mô hình phân tán truy nhập dữ liệu có thể được phân rã để rõ cách tổ chức liên kết các thành phần trong quá trình xử lý dữ liệu. Phần này sẽ giới thiệu cách thức để cấu hình hoá ba thành phần chung cho tất cả các ứng dụng CSDL sau đây: Các thành phần của quá trình ứng dụng, thành phần phần mềm CSDL, CSDL. Các mô hình xử lý CSDL khác nhau tuỳ thuộc vào nơi đặt các thể hiện của ba phạm trù thành phần trên. Ta xét năm mô hình sau: I.1. NĂM MÔ HÌNH CSDL I.1.1. Mô hình CSDL tập trung Mô hình CSDL tập trung là các thành phần ứng dụng, phần mềm CSDL và bản thân CSDL đều trên cùng bộ xử lý. Ứng dụng Phần mềm CSDL CSDL Titi Toto Hình 1. Mô hình CSDL tập trung. I.1.2. Mô hình CSDL dùng máy chủ tệp Mô hình máy chủ tệp đặt các thành phần ứng dụng và phần mềm CSDL trên một hệ thống tính toán, và các tệp vật lí dùng để chứa CSDL đặt trên hệ thống tính toán khác. Ứng dụng Mạng truyền thông Server CSDL Phần mềm CSDL Hình 2. Mô hình CSDL máy chủ tệp. I.1.3. Mô hình xử lý trích dữ liệu Với mô hình này người ta có các CSDL trên các máy nối mạng. Một máy dùng phần mềm CSDL để truy nhập máy kia và rút dữ liệu cần thiết. Kết quả chuyển về máy yêu cầu, trên đĩa cứng của máy này. Người dùng sử dụng bản sao tại chỗ của dữ liệu. Ứng dụng Mạng truyền thông Máy Server CSDL Phần mềm CSDL CSDL Ứng dụng Phần mềm CSDL Hình 3. Mô hình rút dữ liệu. I.1.4. Mô hình CSDL Khách/chủ Trong mô hình CSDL Khách/chủ thì CSDL đặt trên một máy tính; các máy khác chạy các thành phần xử lí ứng dụng. Nhưng phần mềm CSDL được tách ra trên các máy Client, cho phép chạy các chương trình ứng dụng và hệ thống Server lưu trữ CSDL. Ứng dụng Mạng truyền thông Máy Server CSDL Phần mềm CSDL Phần mềm CSDL Máy Client Hình 4. Mô hình CSDL Khách/chủ. I.1.5. Mô hình CSDL phân tán Mô hình máy chủ tệp và mô hình CSDL Khách/chủ đều giả thiết CSDL đặt trên một bộ xử lý và chương trình ứng dụng truy nhập CSDL được đặt trên bộ xử lý khác. Mô hình phân tán thực sự giả thiết bản thân CSDL nằm trên nhiều máy, tức là nhiều hệ thống xử lí. Ứng dụng Mạng truyền thông Máy Server CSDL Phần mềm CSDL Phần mềm CSDL Máy Server CSDL Phần mềm CSDL Hình 5. Mô hình CSDL phân tán. Máy Client Năm mô hình này có thể dùng hỗn hợp để tạo nên cấu hình ứng dụng CSDL đa dạng. I.2. CƠ CHẾ PHÂN TÁN DỮ LIỆU Có ba tiếp cận chính về cơ chế phân tán, dùng để quản lý truy nhập CSDL; đó là cơ chế tập trung, phân đoạn và sao chép CSDL. I.3. CẬP NHẬT CSDL CÓ BẢN SAO Khi tất cả các phần của CSDL có bản sao thì cơ chế dùng để hội nhập các bản sao có thể hạn chế theo kiểu cập nhật áp dụng với CSDL. Trong môi trường có nhiều bản sao, loại cập nhật đơn giản nhất đối với hàm hội nhập có các đặc tính sau: Toàn bộ, như cũ, giao hoán. I.4. NHẠY CẢM VỀ VỊ TRÍ Một mục đích của phần mềm CSDL phân tán là cho phép người dùng và các chương trình ứng dụng độc lập hoàn toàn về vị trí lưu trữ dữ liệu. Người dùng có thể yêu cầu dữ liệu rồi chương trình ứng dụng truy nhập đến dữ liệu mà không để ý đến nơi lưu trữ dữ liệu. Tuy khó đảm bảo được tính hoàn toàn trong suốt trong hệ thống. Cho đến khi đạt đến độ trong suốt về các đối tượng, phần mềm CSDL cần tuân theo các ràng buộc về cách thức phân đoạn, sao chép và loại hình cập nhật dữ liệu. II. KIẾN TRÚC PHẦN MỀM CSDL PHÂN TÁN Để tiện tạo nên môi trường CSDL phân tán không đồng nhất, người ta dùng ba mô hình kiến trúc phần mềm sau: II.1. MÔ HÌNH CỔNG Kiến trúc cổng có thể hỗ trợ bất kì cấu hình CSDL phân tán nào. Trong trường hợp đơn giản, chương trình ứng dụng, thành phần cổng, và phần mềm CSDL đều được đặt trên cùng một máy tính. Còn với trường hợp phức tạp, các thành phần đó nằm trên nhiều máy khác nhau. Phương tiện hỏi và lập báo cáo Giao diện API của CSDL Giao diện API của CSDL Phần mềm CSDL CSDL Hình 6. Mô hình cổng. II.2. MÔ HÌNH GIAO DIỆN CHUẨN Mô hình giao diện chuẩn được thiết kế để chương trình ứng dụng viết theo API của CSDL yêu cầu dịch vụ của phần mềm CSDL dùng tại API. Phần mềm chạy trên máy Server được gọi là nguồn dữ liệu. Nguồn này gồm phần mềm CSDL và phần mềm máy Server truyền thông. Phần mềm chạy trên máy Client có nhiều thành phần thiết bị thiết kế cho giao diện với nguồn dữ liệu cụ thể. Phần mềm trên máy Client có thành phần quản trị thiết bị; thành phần này thực hiện hai giao diện sau: Giao diện dịch vụ, giao diện chương trình ứng dụng. II.3. MÔ HÌNH GIAO THỨC CHUẨN Mô hình kiến trúc này thay vì chuẩn hóa giao diện chương trình ứng dụng được dùng, lại tuỳ thuộc vào việc chuẩn hoá giao thức dùng trong truyền thông giữa các máy tính trong môi trường phân tán. Mô hình giao thức chuẩn này cho phép bất kì API được dùng như phần mềm sẽ phù hợp với chuẩn giao thức. Giao diện chuẩn Hình 7. Mô hình CSDL phân tán có giao thức chuẩn. Chương trình ứng dụng CSDL API CSDL A Khách truyền thông CSDL B API CSDL B Chủ truyền thông Phần mềm CSDL B II.4. KIẾN TRÚC QUAN HỆ PHÂN TÁN Để thực hiện được giao thức chuẩn, vài tổ chức mạnh đã đưa ra chuẩn giao thức. IBM đã đề xuất chuẩn giao thức truy nhập CSDL gọi là kiến trúc CSDL quan hệ phân tán DRDA. II.4.1. Các mức truy nhập CSDL phân tán Chuẩn DRDA xác định bốn mức truy nhập CSDL phân tán dựa trên trên độ phức tạp của giao tác do ứng dụng tạo ra, dựa trên phạm vi chức năng của phần mềm CSDL dành cho mỗi loại giao tác và dựa trên khả năng của giao thức truyền thông giữa những thành phần. Bốn mức đó gồm: Yêu cầu từ xa, đơn vị làm việc ở xa, đơn vị làm việc phân tán, yêu cầu phân tán. II.4.2. Chuẩn truy nhập CSDL của hệ X/Open Chuẩn truy nhập CSDL quan hệ RDA (relational database access) do X/Open xác định. X/Open là tổ chức chuẩn quốc tế. Chuẩn RDA phù hợp với mô hình tổng quát chung như DRDA của IBM theo cùng mục đích, kết quả. Tuy nhiên, RDA xác định giao thức khác với DRDA. II.5. LIÊN KẾT CSDL MỞ CỦA MICROSOFT Microsoft đã xây dựng chuẩn giao diện CSDL gọi là liên kết CSDL mở ODBC (open database connectivity). Giao diện này phù hợp với mô hình giao diện chuẩn. II.6. KẾT HỢP NHIỀU MÔ HÌNH KIẾN TRÚC Cũng có thể tổ chức sẽ dùng các sản phẩm phù hợp với nhiều mô hình kiến trúc về phần mềm CSDL phân tán. Như trong phần trên, ODBC của Microsoft chuẩn hoá giao diện chương trình ứng dụng trong khi DRDA của IBM chuẩn hoá giao thức truy nhập CSDL. Hai mô hình kiến trúc bổ trợ cho nhau chứ không cạnh tranh, và việc dùng chuẩn này không ngăn cản ý muốn dùng chuẩn khác. Một vài phần mềm CSDL dùng API của ODBC nối kết với RDA của X/Open. II.7. CÁC ĐỐI TƯỢNG CỦA CSDL PHÂN TÁN Theo Date năm 1990, CSDL phân tán có mục đích xâu xa là quản lý việc thiết kế sao cho người dùng trong hệ thống này luôn cảm như làm việc trong hệ thống không phân tán. Nói cách khác, tất cả các cơ chế dùng để đạt đến phân bố phân tán về CSDL cần ẩn giấu người dùng. Một CSDL phân tán được hình dung như mạng lưới nhiều trạm xa nhau về không gian. CSDL phân tán cần thể hiện hình ảnh của CSDL logic đơn, chỉ khác là phân bố vật lý trên nhiều trạm. Điểm quan trọng là khi đạt được sự phân tán, với cơ chế phần mềm CSDL đúng, người dùng không thể phân biệt được hệ thống tính toán ở xa là hệ thống đơn hay hệ thống phân tán. Tiếp theo đây là mười hai đối tượng của các hệ thống CSDL phân tán. Các đối tượng do Date tổng kết tạo cơ sở đánh giá mức độ người dùng cảm nhận được tính hiệu dụng của hệ thống phân tán để có thể tiếp cận. Các đối tượng này không chỉ áp dụng riêng cho hệ thống CSDL phân tán. Các đối tượng đó là: Tự trị địa phương, không tin cậy ở trạm trung tâm, thao tác tiếp diễn, độc lập về địa điểm, độc lập phân đoạn, độc lập về bản sao, xử lí câu hỏi phân tán, quản trị giao tác phân tán, độc lập phần cứng, độc lập hệ thống điều hành, độc lập mạng, độc lập phần mềm CSDL. Chương II - THIẾT KẾ BÀI TOÁN THỰC TẾ VÀ ỨNG DỤNG BÀI TOÁN TRONG MÔI TRƯỜNG KHÁCH/CHỦ I. THIẾT KẾ BÀI TOÁN THỰC TẾ Trên máy Server (hoặc trên một máy được nối mạng bất kỳ) ta thiết kế một file CSDL gồm các trường: MaHV, TenHV, Ngaysinh, Chucvu, Diachi, Phone, Fax, Anh, Lop. Phát triển ứng dụng sử dụng Microsoft Access phía Client gồm các chức năng sau: Cập nhật, In, Tìm kiếm. II. ỨNG DỤNG BÀI TOÁN TRONG MÔI TRƯỜNG KHÁCH/CHỦ Bài toán “Quản lý học viên” được thiết kế để chạy trên môi trường mạng Windows NT. Toàn bộ CSDL lưu trữ thông tin quản lý của học viên được đặt trên một máy trên mạng (hoặc đặt trên Server). Còn phần xử lý dữ liệu được cài trên các máy Client nối với nhau trong môi trường mạng Windows NT như phần: cập nhật, tìm kiếm, in,... Trên các máy Client có yêu cầu xử lý thông tin từ người sử dụng. Khi nhận được các thông tin cần thiết, chương trình ứng dụng trên các máy Client sẽ tiến hành xử lý và thông báo kết quả cho người sử dụng. Bài toán “Quản lý học viên” được xây dựng theo mô hình Khách/chủ bao gồm hai phần mà một phần hoạt động trên Server và một phần hoạt động trên Client như sau: - Phần trên Server bao gồm: Lưu trữ CSDL, các thao tác xử lý dữ liệu trên Server, giao tiếp với phần Client, thực hiện các vấn đề về an toàn dữ liệu, phân quyền sử dụng cho các máy Client làm việc. - Phần trên Client đảm nhiệm: Tổ chức giao tiếp người sử dụng trên máy Client, truyền gửi dữ liệu về Server. Data Server Switch Switch Văn phòng Chức năng Phòng ban 1 Phòng ban 2 Hình 2. Mô hình CSDL tập trung.