Arquitecturas de bd

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Arquitecturas de bd

  1. 1. Base de Datos: Arquitecturas de Bases de Datos Multiusuario D t M lti iProfesor:Msc.Msc Luis Serna Jherry
  2. 2. Objetivos del Dia de Hoy Sistemas Centralizados Sistemas Cliente Servidor Sistemas Distribuidos
  3. 3. Sistemas Cent ali ados CentralizadosUsuario 1 i AP1 DUsuario 2 OScc B OSdm AP2 M DB S AP3Usuario n Oscc = Control de comunicaciones del sistema operativo Osdm = Administración de datos del sistema operativo
  4. 4. Arquitectura cliente - servidorUsuario 1 i AP1 OS net AP2 RedUsuario 2 AP2 OSnet OSnet DBMS OSdm BD AP2 OS Osnet= porción de comunicaciones de redUsuario n net AP3 del SO Oddm= p porción de administración de datos del SO
  5. 5. Sistemas Cliente/Servidor / Funcionalidades de la parte visible alusuario y del sistema subyacente i d l i bInterfaz de Diseñador Interfaz de Interfaz Parte visible usuario de formularios gráfica al usuario SQL Informes Interfaz (SQL + API) Motor SQL Sistema subyacente
  6. 6. Sistemas Cliente/Servidor Si t Cli t /S idExisten dos arquitecturas básicas: De dos niveles, en los que: La lógica de la Presentación está en el Cliente. La lógica de los Datos y del negocio está en el Servidor. g g De tres niveles, que implica servicios de gestión de transacciones complejas, y donde: La lógica de la Presentación está en el Cliente. La lógica de los Datos está en el Servidor de Datos La lógica del Negocio está en el Servidor de Aplicaciones.
  7. 7. Sistema Distribuido de Base de Datos Sitio 3 Sitio 2Sitio 4 Red de Comunicaciones Sitio 5 Sitio 1
  8. 8. Arquitectura de BD Distribuida red AP1 OSnet DDBMS BD AP2 OSdm OSnet AP2 DDBMS BD OSdm OSnet DDBMS BD OSdm AP2 OSnet BD DDBMS AP3 OSdm
  9. 9. Sistemas DistribuidosEn un sistema distribuido la base de datos sealmacena en varias computadoras.Varios medios de comunicación, como redesde alta velocidad o líneas telefónicas, ponenen contacto a las distintas computadoras.No comparten memoria ni discos.LasL computadoras pueden variar en tamaño t d d i t ñy función.
  10. 10. Sistemas Distribuidos Un conjunto de localizaciones o sitios conectados entre si mediante algún tipo de red de comunicaciones, en el cual: Cada sitio es un sistema de base de datos en sí mismo. Los sitios han convenido en trabajar juntos (si es necesario) como si los datos estuvieran almacenados localmente en el propio sitio del usuario usuario.
  11. 11. Sistemas DistribuidosPrincipio fundamental: Desde el punto de vistadel usuario, un sistema distribuido deberá seridénticoidé i a un sistema no di ib id i distribuido.Permite que cada sitio almacene y mantenga supropia BD. BDPuede mejorar la fiabilidad; esto es, si falla unsitio el resto de la red puede seguir funcionando.Permite el control local de los datos que se usancon mas frecuencia en un sitio.
  12. 12. CaracterísticasCa acte ísticasLos distintos emplazamientos están informados sobre losdemás.Aunque algunas tablas pueden estar almacenadas sóloen algunos emplazamientos, éstos comparten unesquema global común. l b l úCada emplazamiento proporciona un entorno para laejecuc óejecución de t a sacc o es ta to g oba es co o locales. transacciones tanto globales como oca esEn general, en cada emplazamiento se ejecuta el mismosoftware de gestión de BD distribuidas.
  13. 13. Ventajas Compartimiento de Datos Los usuarios de un emplazamiento pueden acceder a los datos que residen en otros emplazamientos. q p Autonomía. Cada emplazamiento conserva un cierto grado de control sobre los datos almacenados localmente. Cada administrador local de BD puede tener una a tonomía local dif l ld d t autonomía diferente, t dependiendo del diseño del sistema distribuido de BD. Mejora del rendimiento para procesamientos locales La base de datos se fragmenta en bases de datos más pequeñas, manteniendo los datos cerca de donde más se necesitan Las L consultas y transacciones locales tienen mejor l i l l i j rendimiento debido al tamaño de la BD
  14. 14. Ventajas Fiabilidad y Disponibilidad La fiabilidad se refiere a la probabilidad de que el sistema esté operativo en cualquier momento dado. La disponibilidad consiste en la probabilidad de que el sistema esté disponible continuamente durante un determinado período de tiempo Si falla un emplazamiento, los restantes pueden continuar funcionando. Si se duplican los elementos de datos acertadamente en varios emplazamientos, una transacción que requiera un determinado elemento puede obtenerlo de cualquiera de dichas copias. Así, el fallo de un emplazamiento no implica necesariamente el cierre del sistema.
  15. 15. InconvenientesIncon enientesCosto de desarrollo del software. La implementación de un sistema distribuido de BD es más difícil, difícil y por tanto más costoso. costosoMayor probabilidad de errores. Como los emplazamientos operan en paralelo, es mas difícil asegurarse de la corrección de los algoritmos del algoritmos, funcionamiento especial durante los fallos de parte del sistema, así como de la recuperación.Mayor sobrecarga de procesamiento Debido al intercambio de mensajes y el cómputo adicional para la coordinación entre los emplazamientos.
  16. 16. Almacenamiento Distribuido deDatos FragmentaciónSignifica dividir una relación en fragmentos g gpara propósito de almacenamiento. Mejora eldesempeño.• Fragmentación Horizontal: Consiste en la partición de una tabla en subconjuntos de filas.• Fragmentación Vertical: Consiste en particionar una tabla por la proyección del subconjunto de sus atributos.
  17. 17. Fragmentación Horizontal NUM NUM SALARIO EMP DEPTO E1 DX 45K Percepción del E2 DY 40K usuario E3 DZ 50K E4 DY 63K E5 DZ 40KFragmento en Fragmento en Tokyo Lima NUM NUM NUM NUM SALARIO SA ARIO SALARIO EMP DEPTO EMP DEPTO E1 DX 45K E4 DY 63K E3 DZ 50K E5 DZ 40K E2 DY 40KAlmacenamiento físico en Tokyo Almacenamiento físico en Lima
  18. 18. Almacenamiento Distribuido deDatosRéplica é li Ocurre si el sistema mantiene copias de una tabla X en diferentes sitios para que la data tenga mas disponibilidad. Los L usuarios deberán poder comportarse como si solo hubiera una i d b á d t i l h bi copia de los datos (Independencia de Réplica). Permite la creación y eliminación dinámica de réplicas en respuesta a cambios en los requerimientos, sin afectar los p q , programas o actividades de los usuarios. Ventajas Si una de las estaciones que contiene la tabla X falla, la tabla puede recuperarse de otro sitio Si la mayoría de los accesos a la tabla X sólo involucran una consulta a la tabla, entonces varios sitios pueden estar solicitando datos de X en forma concurrente. Mientras mas copias haya de X será menor el tráfico de la red. red
  19. 19. Réplica NUM NUM SALARIO EMP DEPTO E1 DX 45K E2 DY 40K Percepción del Usuario E3 DZ 50K E4 DY 63K E5 DZ 40K NUM NUMFragmento Fragmento SALARIO NUM NUM EMP DEPTO SALARIO EMP DEPTOde Tokyo E1 E3 DX DZ 45K 50K E4 DY 63K de Lima E2 DY 40K E5 DZ 40K NUM NUM Réplica del SALARIORéplica del é NUM NUM SALARIO EMP DEPTOfragmento EMP DEPTO E1 E3 DX DZ 45K 50K fragmento E4 DY 63Kde Lima E2 DY 40K E5 DZ 40K de Tokyo Almacenamiento físico en Almacenamiento físico en Tokyo Lima
  20. 20. Esquema de Asignación yReplicación: objetivos l ó b Mínimo Coste: De almacenamiento de cada fragmento en el nodo correspondiente di t De modificar un fragmento que está replicado en distintos nodos De trasferencia de datos en la red Rendimiento: Minimizar tiempos de respuesta Maximizar capacidad de procesamiento en cada nodo
  21. 21. Funciones Adicionales de losSGBDD Mantenimiento de la pista de los datos Expandiendo el catálogo de la BD para seguir la pista de la distribución de los datos, la fragmentación y la réplica , g p Gestión de Transacciones Distribuidas Determinar estrategias de ejecución de consultas y transacciones que acceden a datos de más de una localización, sincronizar el acceso a dichos datos y mantener la integridad Gestión de datos replicados p Decidir a qué copia de los datos acceder y mantener la consistencia entre dichas copias Recuperación de la base de datos distribuida La capacidad de recuperarse de caídas de sitios individuales y de fallos de los enlaces de comunicación
  22. 22. Funciones Adicionales de losSGBDD Seguridad Controlar la seguridad y privilegios de acceso de los usuarios de las transacciones distribuidas i d l t i di t ib id Gestión del directorio (catálogo) distribuido Información de dónde y cómo se almacenan los datos, el modo de acceso y características físicas. Alternativas: catálogo centralizado, replicado g , p completamente, dividido, combinación de centralizado y dividido.
  23. 23. Procesamiento Distribuido deConsultasCons ltas Consideraciones: El número de accesos a disco El costo de la trasmisión de datos por la red p (número y volumen de mensajes) La ganancia potencial en rendimiento respecto de hacer que varios emplazamientos procesen en paralelo parte de la consulta“Buscar todas las tuplas de la tabla Cuenta” Si replicada, si fragmentada, si replicada y fragmentada.
  24. 24. Procesamiento Distribuido deTransaccionesT ansacciones Agente: proceso ejecutado a nombre de una determinada transacción en un determinado sitio. iti Control de concurrencia: No se permite bloqueo mutuo entre dos agentes que sean parte de una misma transacción. Control de recuperación: Todos los agentes de la misma transacción se comprometen (Commit) o abortan (Rollback) simultáneamente.
  25. 25. Control de Concurrencia yRecuperación en BDD ó Manejar múltiples copias de los datos: Debe mantenerse la consistencia entre las copias: El control de d concurrencia debe asegurar que cada copia sea consistente i d b d i i t t con todas las demás, aún cuando el sitio en el que reside falla y se recupera posteriormente Fallo d iti i di id l F ll de sitios individuales: El sistema debe continuar operando con sus sitios activos, si es posible, cuando fallen sitios individuales. Cuando el sitio que falló se recupera, su BD local debe sincronizarse con las demás antes de reincorporarse al sistema.
  26. 26. Control de Concurrencia yRecuperación en BDD ó Confirmación (commit) distribuida: Podría haber problemas al confirmar una transacción distribuida si alguno de los sitios involucrados falla durante la confirmación Bloqueo mortal distribuido: Podría ocurrir bloqueo mortal (interbloqueo) entre varios sitios, por lo que deben extenderse las i iti l d b t d l técnicas para su tratamiento para considerar esta situación
  27. 27. Control de Concurrencia por“Copia Distinguida” d ” Se designa una de las copias de cada elemento de datos como copia distinguida p g Todos los bloqueos se asocian a la copia distinguida, y todas las solicitudes de bloqueo y desbloqueo se envían al sitio que contiene esa copia
  28. 28. Control de Concurrencia por“Copia Distinguida” d ”Técnicas de elección de copia distinguida: Sitio primario: Se designa un sitio como coordinador para todos los elementos de la base de datos. Los bloqueos son hechos en este sitio.
  29. 29. Control de Concurrencia por“Copia Distinguida” d ”Técnicas de elección de copia distinguida: Sitio primario con sitio de respaldo Se designa un segundo sitio como de respaldo, y los S d i d ii d ld l bloqueos se mantienen en ambos sitios
  30. 30. Control de Concurrencia por“Copia Distinguida” d ”Técnicas de elección de copia distinguida:Té i d l ió d i di ti id Copia primaria Se mantienen las copias distinguidas de los elementos de datos almacenadas en diferentes sitios. Se puede combinar con sitios de respaldo A B B B A A
  31. 31. RecuperaciónRec pe ación en BDDEl sistema debe ser capaz de detectar un fallo en unode los emplazamientos, de modo que pueda decidir sies necesaria alguna acción de recuperación. ó óEl sistema debe dejar de utilizar los servicios delemplazamiento con falla. pDeben existir mecanismos para reintegrar fácilmenteen el sistema al emplazamiento que falló, cuando sehaya recuperado. recuperado
  32. 32. Tipos de BD Dist ib idas Distribuidas AP1 W X No AP2 Y Distribuida DBMS/OS Z AP1Línea de Wcomunicación DBMS/OS X Dividida no BD1 Duplicada AP2 Y DBMS/OS Z BD2
  33. 33. Tipos de BD Dist ib idas Distribuidas AP1 W AP2 X Y DBMS/OS ZLínea decomunicación BD (copia 1) No Dividida y D li d Duplicada AP1 W X AP2 Y Z DBMS/OS BD (copia 2)
  34. 34. Tipos de BD Dist ib idas Distribuidas AP1 WLínea de Xcomunicación DBMS/OS Y BD1 Dividida y Duplicada D li d AP2 Y DBMS/OS Z BD2
  35. 35. Clases de SGBDD Distribución SGDB federado, Sistema SGDB federado, SGDB homogéneo y multibase, heterogéneo y h t é homogéneo y h é distribuido di ib id homogéneo y h é distribuido distribuido distribuido SGDBheterogéneo yh t é distribuido Sistema multibase, heterogéneo yMúltiples SGDB distribuidohomogéneos, lógicamenteintegrados Autonomía Sistema multibase, multibase SGDB homogéneo integrados,heterogéneos SGDB federado, SGDB federado federado, Sistema multibase, multibase homogéneo en heterogéneo en heterogéneo Heterogeneidad una sede una sede
  36. 36. Arquitectura para SGBDD q p Esquema Externo Esquema Externo Esquema Externo Global 1 Global 2 Global nEsquema Esquema Esquema Conceptual Esquema EsquemaExterno Externo Externo Externo GlobalLocal 11 Local 1h Local n1 Local nm Esquema Conceptual Esquema Conceptual BD Local 1 BD Local n Esquema Interno E I t Esquema Interno E I t BD Local 1 BD Local n
  37. 37. Arquitectura de los SGBDMultibaseM ltib Esquema E Esquema E Esquema E Externo 1 Externo 2 Externo n Esquema Esquema Esquema Conceptual Conceptual Conceptual BD L l 1 Local BD Local 2 BD Local nEsquema InternoE I t Esquema Interno E I t Esquema Interno E I t BD Local 1 BD Local 2 BD Local n
  38. 38. Diseño de BDD Esquema Lógico Global Di istribuc ración ción Esquema E Esquema E Esquema EIntegr Lógico Lógico Lógico Local 1 Local 2 Local n
  39. 39. Bibliografia Fundamentos de Sistemas de Base de Datos. Ramez Elmasri, Shamkant Navathe

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