قواعد البيانات الموزعة والمتوازية
تقوم قواعد البيانات الموزعة والمتوازية بنشر البيانات ومعالجة الاستعلامات عبر أجهزة متعددة لتحقيق قابلية التوسع والتوافر والأداء العالي مع الحفاظ على رؤية متماسكة للبيانات.
Definition
تخزن قاعدة البيانات الموزعة البيانات عبر مواقع شبكية متعددة تظهر للمستخدمين كقاعدة بيانات واحدة، وتستخدم قاعدة البيانات المتوازية معالجات وأقراص متعددة (عادةً لا تشارك أي شيء) لتنفيذ عمليات قاعدة البيانات بشكل متزامن لتحقيق إنتاجية أعلى وزمن وصول أقل.
Scope
يغطي هذا المجال إدارة البيانات عبر العديد من العقد: كيفية تقسيم البيانات (تجزئتها) ونسخها؛ وكيفية معالجة الاستعلامات بالتوازي عبر الأقسام وعبر المواقع الموزعة؛ وكيفية التزام المعاملات بشكل ذري وكيفية بقاء النسخ متسقة من خلال بروتوكولات الالتزام والتوافق. ويتناول التمييز المعماري بين قواعد البيانات المتوازية التي لا تشارك أي شيء وقواعد البيانات الموزعة جغرافيًا. وهو المكمل الخاص بقواعد البيانات لمواضيع الحوسبة الموزعة العامة، والتي يستشهد بها ولكنه لا يكررها؛ ويستبعد نظرية التوافق للأغراض العامة ونظرية الأنظمة الموزعة بما يتجاوز استخدامها في قواعد البيانات.
Sub-topics
Core questions
- كيف يتم تقسيم البيانات ونسخها عبر العقد، ولماذا؟
- كيف يتم تنفيذ الاستعلامات بالتوازي عبر الأقسام والمواقع؟
- كيف يتم الالتزام بالمعاملة بشكل ذري عندما تمتد عبر عقد متعددة؟
- كيف تظل النسخ متسقة في وجود الأعطال؟
- كيف تختلف التصميمات المتوازية (التي لا تشارك أي شيء) عن التصميمات الموزعة جغرافيًا؟
Key concepts
- التجزئة الأفقية والعمودية
- النسخ المتماثل
- بنية لا تشارك أي شيء
- التوازي المقسم والمتدفق
- معالجة الاستعلامات الموزعة
- الالتزام على مرحلتين
- التوافق واتساق النسخ
- التسريع والتوسع
Key theories
- تقسيم البيانات ونسخها
- يتم تجزئة الجداول أفقياً أو عمودياً وتوزيعها عبر العقد لتحقيق قابلية التوسع، ويتم نسخ النسخ لتحقيق التوافر وأداء القراءة؛ وتحدد استراتيجية التوزيع توازن الحمل وتحمل الأخطاء.
- معالجة الاستعلامات المتوازية
- تحقق قواعد البيانات المتوازية التي لا تشارك أي شيء تسريعًا وتوسعًا شبه خطي من خلال تقسيم البيانات وتنفيذ العمليات مثل المسح والوصل بالتوازي عبر العقد، مستغلة التوازي المقسم والمتدفق.
- الالتزام الموزع واتساق النسخ
- تضمن بروتوكولات الالتزام الذري مثل الالتزام على مرحلتين نتائج شاملة أو لا شيء عبر المواقع، وتحافظ بروتوكولات التوافق والنسخ على اتساق النسخ على الرغم من أعطال العقد والشبكة.
Clinical relevance
تُعد قواعد البيانات الموزعة والمتوازية هي ما يسمح لأنظمة البيانات بالتوسع لتلبية أعباء عمل الإنترنت: فمستودعات البيانات المتوازية تُجري تحليلات على بيتابايت من البيانات، وتحافظ قواعد البيانات الموزعة جغرافيًا على توفر الخدمات العالمية وزمن وصول منخفض، كما أن تقنيات التقسيم والنسخ والالتزام هنا تدعم تقريبًا كل منصة بيانات واسعة النطاق.
History
بدأ البحث في قواعد البيانات الموزعة في أواخر السبعينيات مع أنظمة مثل SDD-1 و Ingres الموزعة. شهدت الثمانينيات قواعد بيانات متوازية لا تشارك أي شيء (Gamma, Teradata) والتي جادل DeWitt و Gray في عام 1992 بأنها مستقبل إدارة البيانات عالية الأداء. دفعت متطلبات الإنترنت لاحقًا الأنظمة المقسمة والمنسوخة التي تحدد منصات البيانات السحابية الحديثة.
Key figures
- M. Tamer Özsu
- Patrick Valduriez
- David DeWitt
- Jim Gray
Related topics
Seminal works
- ozsu2011
- dewitt1992
- silberschatz2019
Frequently asked questions
- ما الفرق بين قاعدة البيانات الموزعة وقاعدة البيانات المتوازية؟
- تستخدم قاعدة البيانات المتوازية العديد من المعالجات والأقراص المترابطة بإحكام، عادةً في موقع واحد مع وصلة ربط سريعة (غالبًا مجموعة لا تشارك أي شيء)، لتشغيل الاستعلامات بشكل أسرع. تنشر قاعدة البيانات الموزعة البيانات عبر مواقع منفصلة، غالبًا ما تكون متباعدة جغرافيًا، لتحقيق التوافر والمحلية. يتلاشى الخط الفاصل، لكن قواعد البيانات المتوازية تركز على الأداء وقواعد البيانات الموزعة تركز على التوزيع والاستقلالية.
- لماذا تُعد بنية 'لا تشارك أي شيء' هي البنية المتوازية السائدة؟
- في تصميم 'لا تشارك أي شيء'، تمتلك كل عقدة وحدة المعالجة المركزية والذاكرة والقرص الخاص بها، لذلك لا يوجد مورد مركزي ليصبح عنق الزجاجة مع إضافة العقد. وهذا يسمح للنظام بتحقيق تسريع وتوسع شبه خطي، وهذا هو السبب في أنها أصبحت البنية القياسية لقواعد البيانات المتوازية والتحليلية القابلة للتوسع.