Распределенные базы данных: преимущества и недостатки

Распределенная база данных — набор логически связанных между собой совокупностей разделяемых данных (и их описаний), которые физически распределены в некоторой компьютерной сети.

Опишем как основные преимущества, так и недостатки распределенных баз данных.

Преимущества Отражение структуры организации.

Крупные организации, как правило, имеют множество отделений, которые могут находиться в разных концах страны и даже за ее пределами. Вполне логично будет предположить, что используемые этими организациями базы данных должны быть распределены между отдельными офисами. В каждом отделении может поддерживаться своя база данных. В подобной базе данных персонал отделения сможет выполнять необходимые ему локальные запросы. Руководству компании может потребоваться выполнять глобальные запросы, предусматривающие получение доступа к данным, сохраняемым во всех существующих отделениях компании.

Разделяемостъ и локальная автономность Географическаяраспределенность организации может быть отражена в распределении ее данных, причем пользователи одного сайта смогут получать доступ к данным, сохраняемым на других сайтах. Данные могут быть помещены на тот сайт, на котором зарегистрированы пользователи, которые их чаще всего используют. В результате заинтересованные пользователи получают локальный контроль над требуемыми им данными и могут устанавливать или регулировать локальные ограничения на их использование. Администратор глобальной базы данных (АБД) отвечает за систему в целом. Как правило, часть этой ответственности делегируется на локальный уровень, благодаря чему АБД локального уровня получает возможность управлять локальной СУБД.

Повышение доступности данных В централизованных СУБД отказ центрального компьютера вызывает прекращение функционирования всей СУБД. Однако отказ одного из сайтов СУРБД или линии связи между сайтами сделает недоступным лишь некоторые сайты, тогда как вся система в целом сохранит свою работоспособность. Распределенные СУБД проектируются таким образом, чтобы обеспечивать продолжение функционирования системы, несмотря на подобные отказы. Если выходит из строя один из узлов, система сможет перенаправить запросы к отказавшему узлу в адрес другого сайта.

Повышение надежности Если организована репликация данных, в результате чего данные и их копии будут размещены на более чем одном сайте, отказ отдельного узла или соединительной связи между узлами не приведет к недоступности данных в системе.

Повышение производительности Если данные размещены на самом нагруженном сайте, который унаследовал от систем-предшественников высокий уровень параллельности обработки, то развертывание распределенной СУБД может способствовать повышению скорости доступа к базе данных (по сравнению с доступом к удаленной централизованной СУБД). Более того, поскольку каждый сайт работает только с частью базы данных, уровень использования центрального процессора и служб ввода/ вывода может оказаться ниже, чем в случае централизованной СУБД.

Экономические выгоды В шестидесятые годы мощность вычислительной установки возрастала пропорционально квадрату стоимости ее оборудования, поэтому система, стоимость которой была втрое выше стоимости данной, превосходила ее по мощности в девять раз. Эта зависимость получила название закона Гроша. Однако в настоящее время считается общепринятым положение, согласно которому намного дешевле собрать из небольших компьютеров систему, мощность которой будет эквивалентна мощности одного большого компьютера. Оказывается, что намного выгоднее устанавливать в подразделениях организации собственные маломощные компьютеры, кроме того, гораздо дешевле добавить в сеть новые рабочие станции, чем модернизировать систему с мейнфреймом. Второй потенциальный источник экономии имеет место в том случае, когда базы данных географически удалены друг от друга и приложения требуют осуществления доступа к распределенным данным. В этом случае из-за относительно высокой стоимости передаваемых по сети данных (по сравнению со стоимостью их локальной обработки) может оказаться экономически выгодным разделить приложение на соответствующие части и выполнять необходимую обработку на каждом из сайтов локально.

Модульность системы В распределенной среде расширение существующей системы осуществляется намного проще. Добавление в сеть нового сайта не оказывает влияния на функционирование уже существующих. Подобная гибкость позволяет организации легко расширяться. Перегрузки из-за увеличения размера базы данных обычно устраняются путем добавления в сеть новых вычислительных мощностей и устройств дисковой памяти. В централизованных СУБД рост размера базы данных может потребовать замены и оборудования (более мощной системой), и используемого программного обеспечения (более мощной или более гибкой СУБД).

Недостатки Повышение сложности Распределенные СУБД, способные скрыть от конечных пользователей распределенную природу используемых ими данных и обеспечить необходимый уровень производительности, надежности и доступности, безусловно, являются более сложными программными комплексами, чем централизованные СУБД. Тот факт, что данные могут подвергаться копированию, также создает дополнительную предпосылку усложнения программного обеспечения распределенной СУБД.

Если репликация данных не поддерживается на требуемом уровне, система будетиметь более низкий уровень доступности данных, надежности и производительности, чем централизованные системы, а все изложенные выше преимуществапревратятся в недостатки.

Увеличение стоимости Увеличение сложности означает и увеличение затрат на приобретение и сопровождение распределенной СУБД (по сравнению с обычными централизованными СУБД). К тому же развертывание распределенной СУБД требует дополнительного оборудования, необходимого для установки сетевых соединений междуузлами. Следует ожидать и увеличения расходов на оплату каналов связи, вызванных ростом сетевого трафика. Кроме того, возрастут затраты на оплату труда персонала, который потребуется для обслуживания локальных СУБД и сетевых соединений.

Проблемы защиты В централизованных системах доступ к данным легко контролируется. Однако в распределенных системах потребуется организовать контроль доступа нетолько к копируемым данным, расположенных на нескольких производственныхплощадках, но и защиту самих сетевых соединений. Раньше сети рассматривались как незащищенные инфраструктуры связи. Хотя это отчасти справедливо ив настоящее время, тем не менее в отношении защиты сетевых соединений достигнут весьма существенный прогресс.

Усложнение контроля за целостностью данных Целостность базы данных означает правильность и согласованность хранящихся в ней данных. Требования обеспечения целостности обычно формулируются ввиде некоторых ограничений, выполнение которых будет гарантировать защитуинформации в базе данных от разрушения. Реализация ограничений поддержкицелостности обычно требует доступа к большому количеству данных, используемых при выполнении проверок, но не требует выполнения операций обновления. В распределенных СУБД повышенная стоимость передачи и обработки данныхможет препятствовать организации эффективной защиты от нарушений целостности данных.

Отсутствие стандартов Хотя вполне очевидно, что функционирование распределенных СУБД зависитот эффективности используемых каналов связи, только в последнее время сталивырисовываться контуры стандартов на каналы связи и протоколы доступа кданным. Отсутствие стандартов существенно ограничивает потенциальные возможности распределенных СУБД. Кроме того, не существует инструментальныхсредств и методологий, способных помочь пользователям в преобразовании централизованных систем в распределенные.

Недостаток опыта В настоящее время в эксплуатации находится уже несколько систем-прототипов и распределенных СУБД общего назначения, что позволило уточнитьтребования к используемым протоколам и установить круг основных проблем. Однако на текущий момент распределенные системы общего назначения еще неполучили широкого распространения. Соответственно, еще не накоплен необходимый опыт промышленной эксплуатации распределенных систем, сравнимый сопытом эксплуатации централизованных систем. Такое положение дел являетсясерьезным сдерживающим фактором для многих потенциальных сторонниковданной технологии.

Усложнение процедуры разработки базы данных Разработка распределенных баз данных, помимо обычных трудностей, связанных с процессом проектирования централизованных баз данных, требуетпринятия решения о фрагментации данных, распределении фрагментов по отдельным узлам и репликации данных. Такие сложности усугубляют и без того нелегкий процесспроектирования базы данных.