Понятие распределенных информационных систем, принципы их создания и функционирования

Впервые задача об исследовании основ и принципов со­здания и функционирования распределенных информационных систем была поставлена известным специалистом в области баз данных К. Дейтом в рамках проек­та System R, что в конце 70-х — начале 80-х годов вылилось в отдельный проект создания первой распределенной системы (проект System R). Большую роль в исследовании принципов создания и функционирования распределенных баз данных вне­сли также и разработчики системы Ingres.

Собственно в основе распределенных АИС лежат две ос­новные идеи:

• много организационно и физически распределенных пользователей, одновременно работающих с общими данны­ми — общей базой данных (пользователи с разными именами, в том числе располагающимися на различных вычислительных установках, с различными полномочиями и задачами);

• логически и физически распределенные данные, состав­ляющие и образующие тем не менее единое взаимосогласован­ное целое — общую базу данных (отдельные таблицы, записи и даже поля могут располагаться на различных вычислитель­ных установках или входить в различные локальные базы дан­ных).

Крис Дейт сформулировал также основные принципы со­здания и функционирования распределенных баз данных. К их числу относятся:

□ прозрачность расположения данных для пользователя (иначе говоря, для пользователя распределенная база данных должна представляться и выглядеть точно так же, как и нераспределенная);

□ изолированность пользователей друг от друга (пользователь должен «не чувствовать», «не видеть» работу других пользователей в тот момент, когда он изменяет, обновляет, удаляет данные);

□ синхронизация и согласованность (непротиворечи­вость) состояния данных в любой момент времени.

Из основных вытекает ряд дополнительных принципов:

Представлением называется сохраняемый в базе данных авторизованный глобальный запрос на выборку данных.

Авторизованность означает возможность запуска такого запроса только конкретно поименованным в системе пользователем. Глобальность заключается в том, что выборка данных может осуществляться со всей базы данных, в том числе из данных, расположенных на других вычислительных установках. (Напом­ним, что результатом запроса на выборку является набор дан­ных, представляющий временную на сеанс открытого запроса таблицу, с которой (которыми) в дальнейшем можно работать, как с обычными реляционными таблицами данных. В резуль­тате таких глобальных авторизованных запросов для конкрет­ного пользователя создается некая виртуальная база данных со своим перечнем таблиц, связей, т. е. со «своей» схемой и со «своими» данными. В принципе, сточки зрения информационных задач, в большинстве случаев пользователю безразлично, где и в каком виде находятся собственно сами данные. Данные должны быть такими и логически организованы таким обра­зом, чтобы можно было решать требуемые информационные задачи и выполнять установленные функции).

Схематично идея техники представлений проиллюстрирована на рис. 24.

При входе пользователя в распределенную систему ядро СУБД, идентифицируя пользователя, запускает запросы его ранее определенного и хранимого в базе данных представле­ния и формирует ему «свое» видение базы данных, воспринимаемое пользователем как обычная (локальная) база данных. Так как представление базы данных виртуально, то «настоя­щие» данные физически находятся там, где они находились до формирования представления. При осуществлении пользова­телем манипуляций сданными ядро распределенной СУБД по системному каталогу базы данных само определяет, где нахо­дятся данные, вырабатывает стратегию действий, т. е. опреде­ляет, где, на каких установках целесообразнее производить опе­рации, куда для этого и какие данные необходимо переместить из других установок или локальных баз данных, проверяет выполнение ограничений целостности данных. При этом большая часть таких операций прозрачна (т. е. невидима) для пользова­теля, и он воспринимает работу в распределенной базе данных, как в обычной локальной базе.

Технологически в реляционных СУБД техника представ­лений реализуется через введение в язык SQL-конструкций, позволяющих аналогично технике «событий-правил-процедур» создавать именованные запросы-представления:

Несмотря на простоту и определенную изящность идеи «представлений», практическая реализация подобной техноло­гии построения и функционирования распределенных систем встречает ряд серьезных проблем.

Первая из них связана с раз­мещением системного каталога базы данных, ибо при фор­мировании для пользователя «представления» распределенной базы данных ядро СУБД в первую очередь должно «узнать», где и в каком виде в действительности находятся данные. Тре­бование отсутствия центральной установки приводит к выводу о том, что системный каталог должен быть на любой локаль­ной установке. Но тогда возникает проблема обновлений. Если какой-либо пользователь изменил данные или их структуру в системе, то эти изменения должны отразиться во всех копиях системного каталога. Однако размножение обновлений систем­ного каталога может встретить трудности в виде недоступнос­ти (занятости) системных каталогов на других установках в момент распространения обновлений. В результате может быть не обеспечена непрерывность согласованного состояния дан­ных, а также возникнуть ряд других проблем.

Решение подобных проблем и практическая реализация распределенных информационных систем осуществляется че­рез отступление от некоторых рассмотренных выше принци­пов создания и функционирования распределенных систем. В зависимости оттого, какой принцип приносится в «жертву» (отсутствие центральной установки, непрерывность функцио­нирования, согласованного состояния данных и др.) выдели­лись несколько самостоятельных направлений в технологиях распределенных систем — технологии «Клиент-сервер», технологии реплицирования, технологии объектного связывания.