KUR_RAB (24 вариант), страница 8

SQL Server 11 - современная реляционная СУБД

Создание Sybase SQL Server 11 основывается на многолетнем опыте работы предыдущих версий во всем мире и содержит целый ряд новых возможностей.

• Масштабируемость, высокая производительность и эффективность SQL Server 11 основывается на проверенной технологии:

• SQL Server 11 работает на множестве платформ, от персональных компьютеров до многопроцессорных суперсерверов;

• обеспечена очень высокая производительность на каждой платформе благодаря тесному взаимодействию с производителями аппаратуры и оптимизации характеристик;

• полностью симметричная многопоточная СУБД достигает высокой пропускной способности и поддерживает большое количество пользователей.

• SQL Server обеспечивает надежность и целостность данных:

• SQL Server содержит механизмы триггеров и процедур, декларативной ссылочной целостности, транзакций и т.д.;

• СУБД соответствует уровню безопасности C2 NCSA (National Computer Security Council).

• Доступность данных повышает производительность систем:

• Sybase SQL Server программно поддерживает зеркальный журнал и зеркальную базу данных;

• высокоскоростные средства загрузки/восстановления минимизируют влияние этих операций на работу системы.

• Открытость и соответствие стандартам:

• SQL Server соответствует стандартам ANSI/ISO SQL-89 и entry-level ANSI/ISO SQL-92;

• поддерживаются приложения в стандарте ODBC и X/Open XA;

• SQL Server может использовать различные сетевые протоколы, что позволяет соединить клиента и сервер практически на каждой платформе.

• Легкость управления и поддержки:

• наличие продуманной многопоточной архитектуры означает, что на компьютере запускается и требует управления только один процесс - СУБД;

• для симметричной мультипроцессорной обработки можно конфигурировать количество процессоров, распределенных для СУБД;

• имеется полный набор продуктов для конфигурирования областей памяти, пользователей, контроля доступа и производительности - от одной базы данных до множества сетей в масштабах предприятия.

Проверка взаимных блокировок

SQL Server использует алгоритм выявления взаимных блокировок транзакций. Имеется возможность сконфигурировать то время, через которое выполняется такая проверка. Время задается в миллисекундах, от 500 мс. Цель конфигурирования этого параметра - повышение производительности. Проверка взаимоблокировок - это достаточно длительная операция для сервера. Так как проверка запускается не сразу, выше вероятность освобождения ресурса к моменту запуска проверки. С другой стороны, излишнее увеличение времени задержки может привести к увеличенному времени реакции для приложения, выдавшего взаимоблокирующий запрос.

Управление эскалацией блокировок

Эскалация блокировок в SQL Server - это предельное количество блокировок страниц данных для таблицы, при достижении которого транзакция будет блокировать таблицу целиком. Имеется возможность управлять этой границей, которая по умолчанию составляет 200 страниц.

Несколько процессов, работающих с сетевыми соединениями

В предыдущей версии Sybase System 10 сетевым обменом занимался только один процессор в SMP- архитектуре. Это ограничивало масштабируемость сервера на симметричной мультипроцессорной архитектуре, так как было "узким местом" при увеличении числа процессоров. В версии Sybase System 11 сетевым обменом могут заниматься все процессоры.

Протокольные службы

Библиотеки Sybase обеспечивают работу серверных и клиентских компонент со множеством сетевых протоколов от разных производителей, в том числе TCP/IP, SPX/IPX, Named Pipes, DECNet и другие.
Архитектура Sybase позволяет как приложению-клиенту, так и серверу одновременно работать с несколькими интерфейсами. Например, SQL Server для Novell NetWare или Windows NT может одновременно допускать соединения через SPX и TCP/IP.
Сводные особенности SQL Server 11 приведены на рис. 7.

Рис.7.

Управление транзакциями

Архитектура Sybase System 11 поддерживает как синхронную, так и асинхронную модель управления транзакциями. Модель выбирается в соответствии с требованиями предметной области.

Централизованное хранение данных и доступ к центральной БД в условиях географически распределенной системы приводят к необходимости установления соединений между центральным сервером, хранящим данные, и компьютерами-клиентами. Большинство компьютеров-клиентов отделены от центрального сервера медленными и недостаточно надежными линиями связи, поэтому работа в режиме удаленного клиента становится почти невозможной. Этим можно объяснить часто существующую ситуацию, когда в узлах распределенной системы функционируют группы автоматизированных рабочих мест (АРМ) и эти группы АРМ не связаны друг с другом.
Содержательная сторона задачи обычно требует обмена данными между группами АРМ, так как изменения в данные могут вноситься в одной группе АРМ, а использоваться - в другой. Обмен данными на практике часто реализуется регламентной передачей файлов, либо через модемное соединение, либо "с курьером".
То, что данные доставляются к месту назначения не системными средствами, а путем экспорта/импорта файлов, приводит к необходимости участия человека в процессе обмена, что влечет за собой неоперативность поступления данных и необходимость реализации внешних механизмов контроля целостности и непротиворечивости. Результатом является высокая вероятность ошибок. Кроме того, реализация всех алгоритмов обмена данными и контроля в этом случае возлагается на прикладных программистов, проектирующих АРМ. Объем работ по программированию и отладке подпрограмм обмена соответствует числу различных АРМ. Это также приводит к повышению вероятности ошибок в системе.

В современной технологии АРМ объединены в локальную сеть. АРМ-клиент выдает запросы на выборку и обновление данных, а СУБД исполняет их. Запросы клиента в соответствии с требованиями задачи сгруппированы в логические единицы работы (транзакции). Если все операции с базой данных, содержащиеся внутри транзакции, выполнены успешно, транзакция в целом выполняется успешно (фиксируется). Если хотя бы одна из операций с БД внутри транзакции не выполнилась успешно, то все изменения в БД, произведенные к этому моменту из транзакции, отменяются (происходит откат транзакции). Такое функционирование обеспечивает логическую целостность данных в базе данных.

При распределенной обработке изменения, проводимые приложением-клиентом, могут затрагивать более чем один сервер СУБД. В этом случае для поддержания целостности необходимо применение транзакционного механизма, реализуемого системными средствами, а не прикладной программой.

Производители современных промышленных СУБД обеспечивают поддержку распределенной обработки транзакций. Распределенная обработка данных основывается на синхронных или асинхронных механизмах обработки распределенных транзакций. Эти механизмы могут использоваться совместно. Выбор того или иного механизма зависит от требований конкретной подзадачи, так как каждый механизм обладает сильными и слабыми сторонами.

Синхронная модель. Двухфазная фиксация

Исторически первым появился метод синхронного внесения изменений в несколько БД, называемый двухфазной фиксацией (2PC - two-phase commit). Этот механизм реализован сейчас практически у всех производителей СУБД.
Метод двухфазной фиксации состоит в том, что при завершении транзакции серверы БД, участвующие в ней, получают команду "приготовиться к фиксации транзакции". После получении подтверждений от всех серверов транзакция фиксируется на каждом из них. Все ресурсы, используемые в транзакции, остаются блокированными до тех пор, пока все компоненты транзакции могут быть атомарно завершены успешно, либо все отменены.

Таким образом, в любой момент времени обеспечивается целостность данных в распределенной системе. Платой за это является требование доступности всех участвующих серверов и линий связи во время проведения транзакции и невозможность работы приложений-клиентов при недоступности, например, удаленного сервера. Кроме того, требуется высокое быстродействие линий связи для обеспечения приемлемого времени реакции у приложения-клиента.

Асинхронное тиражирование транзакций в распределенных системах

В распределенной системе идеальным являлось бы состояние, когда каждая программа-клиент обращается только к тем серверам, которые находятся в пределах ее локальной сети, а передача данных и обеспечение целостности осуществляется системными средствами и не требуют специальных действий со стороны прикладной программы. Такое распределение функций возможно и реализуется на практике с помощью механизма асинхронного тиражирования транзакций.

Синхронное проведение изменений в участвующих в распределенной транзакции базах данных не всегда является необходимым требованием. Рассмотрим, например, случай ввода данных с измерительного оборудования в цехе и последующего анализа их на уровне управления. Здесь важно обеспечить достаточно малый (но, возможно, ненулевой) интервал времени между изменениями в исходных данных и изменениями в их копии в другом узле системы, где происходит построение отчетов.
Механизм асинхронного тиражирования транзакций (репликации) гарантирует доставку измененных данных на вторичные серверы непосредственно после завершения транзакции, если сервер доступен, или сразу после подключения сервера к сети. Такой подход предполагает хранение дублирующей информации в различных узлах сети и обеспечивает, по сравнению с другими подходами к репликации, снижение трафика, уменьшение времени ответа системы, а также позволяет оптимизировать нагрузку на серверы.

Асинхронная репликация не делает линии связи более надежными или скоростными. Она перекладывает передачу данных, обеспечение их целостности и ожидание при передаче данных с прикладной программы и пользователя на системный уровень.
Асинхронная репликация, в отличие от 2РС, не обеспечивает полной синхронности информации на всех серверах в любой момент времени. Синхронизация происходит через некоторый, обычно небольшой, интервал времени, величина которого определяется быстродействием соответствующего канала связи. Для большинства задач кратковременное наличие устаревших данных в удаленных узлах вполне допустимо.
Вместе с тем асинхронная репликация транзакций принципиально обеспечивает целостность данных, так как объектом обмена данными здесь является логическая единица работы - транзакция, а не просто данные из измененных таблиц.

Репликационный сервер

В одном или нескольких узлах (СУБД), которым нужны измененные данные, в обслуживающем его репликационном сервере создается подписка (subscription) на соответствующее описание тиражирования. Здесь будет поддерживаться (с небольшой задержкой) копия первичных данных.

Современные СУБД используют системный журнал, в который делаются записи о изменениях в базе данных и завершении транзакций. Журнал используется сервером БД для отката и доката транзакций после сбоев и для резервного копирования. Репликация данных в Sybase также использует журнал как источник информации о завершенных транзакциях.

В узле, содержащем первичные данные, для каждой тиражируемой базы данных запускается специальная компонента - репликационный агент (Replication Agent - RA). Он подключается к серверу БД и получает от него уведомления о завершении транзакций. Измененные данные передаются репликационному серверу, обслуживающему этот узел. Репликационный сервер в соответствии с описанием тиражирования и подписками отправляет данные в специальном эффективном протоколе по месту назначения - соответствующим репликационным серверам в удаленных узлах.
Именно в этом месте - между репликационными серверами - связь может быть медленной или недостаточно надежной. Передаваемые данные в составе транзакции при недоступности узла- получателя записываются в стабильные очереди на диске и затем передаются по мере возможности. Данные могут передаваться в удаленный узел по маршруту, содержащему несколько репликационных серверов. Данная возможность лежит в основе построения иерархических систем репликации.
По умолчанию репликационный сервер сохраняет смысл операций. Это значит, что удаление записи из первичной таблицы (выполнение оператора DELETE) приведет к выполнению такого же оператора DELETE в узле, хранящем копию таблицы; выполнение INSERT или UPDATE над первичной таблицей точно так же приведет соответственно к добавлению или обновлению записи в копии таблицы в результате работы системы репликации. Имеется гибкий механизм конфигурирования так называемых функциональных строк (function strings), которые переопределяют любую операцию на макроязыке с возможностью подстановки параметров.

В одной базе данных могут содержаться как первичные данные, так и данные-копии. Приложение- клиент, работающее со своей СУБД, может вносить изменения напрямую (операторами INSERT, DELETE, UPDATE) только в первичные данные. Для изменения копии данных предназначен механизм асинхронного вызова процедур.
Для работы механизма асинхронного вызова процедур в нескольких базах данных создаются процедуры с одинаковым именем и параметрами, но, возможно, с различным текстом. В одной базе данных процедура помечается как предназначенная к репликации. Вызов этой процедуры вместе со значениями параметров передается через журнал и механизм репликации к узлам- подписчикам. Затем в базах данных подписчиков вызывается одноименная процедура с теми же значениями параметров.
Таким образом, для обновления "чужих" для узла данных (копии данных) прикладная программа- клиент вместо выполнения оператора UPDATE вызывает заранее определенную в этом узле хранимую процедуру и передает ей параметры (например, значение первичного ключа и новые значения для обновляемых колонок). Тело этой процедуры пустое и она не выполняет никаких действий, однако ее вызов записывается в журнал. Механизм репликации обеспечивает вызов на узле, содержащем первичные данные, одноименной процедуры с подстановкой параметров. В теле этой процедуры может быть записан оператор UPDATE, обновляющий первичные данные. Тот же механизм репликации передаст изменения в данных узлу, инициировавшему операцию.
Репликационный сервер и Replication Agent реализованы в виде отдельных модулей и могут выполняться не на том же компьютере, что сервер базы данных. Включение в систему репликационного сервера практически не оказывает влияние на загрузку сервера первичной базы данных.