VAI TRÒ của TRẬT tự hóa và vấn đề gắn bó dữ LIỆU

Định nghĩa hệ tin học phân tán Hệ tin học phân tán là hệ thống xử lý thông tin bao gồm nhiều bộ xử lý hoặc các bộ xử lýnằm ở xa ở các vị trí khác nhau và được liên kết với nhau thông qu

BÀI TIỂU LUẬN

***

MỤC LỤC 2

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 2 5

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN 5

I ĐỊNH NGHĨA HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN 5

II CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN 6

III ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA HỆ THỐNG PHÂN TÁN 6

I.1 Ưu điểm 6

I.2 Hạn chế 7

IV NGUYÊN TẮC XÂY DỰNG HỆ PHÂN TÁN 7

V ĐIỀU KIỆN CỦA HỆ PHÂN TÁN 8

VI SỰ KHÁC NHAU GIỮA HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN VÀ HỆ TIN HỌC 8

CHƯƠNG 2 9

VAI TRÒ CỦA TRẬT TỰ HÓA VÀ VẤN ĐỀ GẮN BÓ DỮ LIỆU TRONG HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN 9

I VAI TRÒ CỦA TRẬT TỰ DỮ LIỆU 9

I.1 Trật tự từng phần 9

I.2 Trật tự hóa các tác động 11

II SỰ GẮN BÓ THÔNG TIN 13

I.1 Điều kiện giả định và thực tế 13

I.2 Tác động và giao dịch 14

III TRIỂN KHAI GIAO DỊCH TÔN TRỌNG SỰ GẮN BÓ 15

IV QUẢN LÝ GẮN BÓ CÁC GIAO DỊCH 17

V CÁC THUẬT TOÁN ĐẢM BẢO SỰ GẮN BÓ THÔNG TIN TRONG CSDL PHÂN TÁN 17 CHƯƠNG 3 18

BÀI TẬP 18

I GIẢI THUẬT DUY TRÌ SỰ GẮN BÓ THÔNG TIN 19

II HỦY BỎ BẾ TẮC VÀ THIẾU THỐN VÔ HẠN: 20

KẾT LUẬN 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

LỜI NÓI ĐẦU

Tuy nhiên, để có được một giải pháp hữu hiệu đáp ứng các yêu cầu đặt ra của việc gắn bó

dữ liệu trong môi trường phân tán như Internet/Intranet, thì đòi hỏi phải tiếp tục nghiên cứuhoàn thiện các giải pháp hiện hành.Vấn đề tự hóa và vấn đề gắn bó dữ liệu trong hệ tin họcphân tán, đã trở thành một lĩnh vực thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu lýthuyết lẫn các nhà sản xuất phần mềm nhằm tìm ra các giải pháp hữu hiệu đảm bảo tính gắn

bó thông tin trong các cơ sở dữ liệu truy cập ngẫu nhiên với số lượng truy cập lớn Song đểkhai thác có hiệu quả toàn hệ, vấn đề quan trọng là chiến lược khai thác và sử dụng các tàinguyên dùng chung như thế nào? Chiến lược khai thác các tài nguyên dùng chung này làchức năng cũng như đối tượng nghiên cứu của các hệ tin học phân tán Trong thực tế, hệ tinhọc phân tán với những nguyên lý, phương pháp của nó đã và đang được nhiều người quantâm để có thể vận dụng trong quá trình tác nghiệp của mình

Trong phạm vi tiểu luận của mình, tôi trình bày được những vấn đề sau:

Ta hãy xét một hệ đa xử lý với bộ nhớ chung, trong đó mỗi một bộ xử lý được trang bị một

bộ nhớ cục bộ hoạt động theo nguyên tắc của bộ nhớ cache Hệ này quản lý ba đối tượng là :

1 Các biến toàn cục, được truy cập bởi nhiều tiến trình.

2 Các biến cục bộ chỉ được phép truy cập bởi một tiến trình có nhu cầu.

3 Các hằng chia xẻ được.

Mỗi ngăn nhớ của bộ nhớ chung hay cục bộ đều bao gồm một ký hiệu cho phép nhận dạng kiểu của đối tượng chứa trong đó Một đối tượng không thể thay đổi kiểu Ta có cơ chế đảm bảo việc loại trừ tương hổ cho các truy cập vào bộ nhớ chung.

Hãy cho biết nguyên lý được mô tả bởi thuật toán truy cập vào các loại đối tượng khác nhau đó với điều kiện duy trì sự gắn bó bằng cách sử dụng ghi tức thời.

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Lê Văn Sơn đã giảng dạy, định hướng nghiên

cứu và cung cấp nhiều tài liệu để tôi có thể hoàn thành tiểu luận này Với kiến thức có hạnnên tiểu luận này không tránh khỏi những sai sót Rất mong nhận được sự góp ý của thầy vàcác bạn

Một lần nữa xin trân trọng cảm ơn thầy PGS.TS Lê Văn Sơn!

CHƯƠNG 2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN HỆ TIN HỌC PHÂN TÁN

I Định nghĩa hệ tin học phân tán

Hệ tin học phân tán là hệ thống xử lý thông tin bao gồm nhiều bộ xử lý hoặc các bộ xử lýnằm ở xa ở các vị trí khác nhau và được liên kết với nhau thông qua phương tiện viễn thôngdưới sự điều khiển thống nhất của hệ điều hành

Hệ phân tán là một tập hợp bao gồm các bộ xử lý hoặc bộ vi xử lý với bộ nhớ vàđồng hồ độc lập Điều này đồng nghĩa với việc các bộ xử lý không sử dụng chung bộ nhớ vàđồng hồ Trong hệ tin học phân tán, các tính toán có thể được tính trên nhiều bộ xử lý haytrên vi xử lý của hệ thống đa bộ xử lý Như vậy hệ thống hệ tin học phân tán đòi hỏi hệthống của mình phải trang bị bộ nhớ cục bộ Các bộ xử lý trao đổi thông tin qua các hệthống đường truyền khác nhau như là cáp chuyên dụng, bus trao đổi, đường điện thoại, cápquang, vv

Khác với hệ thống máy đơn, mạng máy tính là tập hợp các thiết bị đầu cuối được kếtnối với nhau thông qua hệ thống đường truyền Các thiết bị đầu cuối của máy tính rất đadạng, bao gồm tập hợp các máy tính, các thiết bị chuyên dụng, các thiết bị truyền tin, cácthiết bị tiếp nhận và hiển thị thông tin Hệ thống mạng máy tính được điều khiển bằng hệđiều hành mạng Hệ thống tin học này có thể là hệ tập trung hoặc hệ phân tán

Căn cứ vào các thành phần của hệ tin học, ta nhận thấy hệ tin học có thể bao gồmbốn thực thể sau:

Các

hệ thống phần mềm

Hệ thống

dữ liệu

Tập hợp phần cứng

Hệ thống truyền thông

Hình 1 Các thực thể của hệ tin học phân tán

Trong hệ tin học phân tán, cấu hình phần cứng của mạng có thể bao gồm các bộ xử lý

có cấu tạo hoàn toàn khác nhau về khả năng, tốc độ và được thiết kế cho các chức năng khácnhau Chúng có thể là các bộ xử lý, các trạm làm làm việc, các máy tính tập trung và cácmáy tính điện tử vạn năng lớn Chúng được gọi bằng các tên khác nhau như trạm, node căn cứ vào ngữ cảnh mà ở đó nó được nêu ra

Ngoài hệ thống phần cứng, phần mềm, dữ liệu thì hệ phân tán còn có hệ thống truyềnthông được mô tả như ở trên Song điều cơ bản để phân biệt hệ tin học phân tán với mạngmáy tính là và hệ điều hành mạng chính là nguyên tắc xây dựng hệ

II Các thành phần của hệ tin học phân tán.

Các thành phần của hệ tin học phân tác có thể phản ánh trong bảng sau:

6 Trạm làm việc của mạng máy tính

7 Thiết bị đầu cuối của mạng

8 Các hệ thống tin học đóng vai trò nút trung chuyển

9 Các mạng cục bộ hoạt động độc lập trong mạng lớn

III Ưu điểm và hạn chế của hệ thống phân tán

I.1 Ưu điểm

 Chia xẻ tài nguyên: Chia xẻ tài nguyên trong hệ thống phân tán cung cấp một cơ chế

để chia xẻ tập tin ở vị trí xa, xử lý thông tin trong một cơ sở dữ liệu phân tán, in ấntại một vị trí xa, sử dụng những thiết bị ở xa để thực hiện các thao tác…

 Tăng tốc độ tính toán: Hệ thống phân tán cho phép phân chia việc tính toán trên

nhiều vị trí khác nhau để tính toán song song

 An toàn: Nếu một vị trí trong hệ thống phân tán bị hỏng, các vị trí khác vẫn tiếp tục

làm việc mà không ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống.

 Thông tin liên lạc với nhau: Có nhiều lúc, chương trình cần chuyển đổi dữ liệu từ vị

trí này sang vị trí khác Khi các vị trí được nối kết với nhau trong một hệ thốngmạng, việc trao đổi dữ liệu diễn ra rất dễ

I.2 Hạn chế

 Giá phát triển phần mềm cao: Do các khó khăn khi cài đặt một hệ thống phân tán,

giá thành sẽ tăng lên

 Dễ mắc lỗi hơn: Vì các trạm trong hệ phân tán làm việc song song, khó có thể đảm

bảo thuật toán được thực hiện đúng trên tất cả các trạm Do vậy mà số lỗi sẽ tăng lên

 Khối lượng các xử lý tăng: Hệ thống phân tán cần truyền nhiều thông báo, nhiều tính

toán phụ Do vậy khối lượng xử lý tăng lên so với hệ thống tập trung

IV.Nguyên tắc xây dựng hệ phân tán

 Chia sẻ tài nguyên: Thực tế phát triển mạng máy tính đặt ra một vấn đề lớn là cần

phải dùng chung tài nguyên Một tiến trình trên một trạm nào đó có thể cung cấp tàinguyên dùng chung ở một trạm khác

 Liên lạc: Khi các hệ thống đã được mắc nối với nhau, các thực thể trong hệ có thể

trao đổi thông tin với nhau

 Tin cậy: Một trạm trong hệ bị sự cố không làm cho toàn hệ ảnh hưởng, mà ngược lại,

công việc đó được phân cho các trạm khác đảm nhận Ngoài ra, trạm bị sự cố có thể

tự động phục hồi lại trạng thái ban đầu trước khi có sự cố hay trạng thái ban đầu củanó

 Tăng tốc: Đây là khái niệm mới về phân tán tải Một tính toán lớn nào đó, nếu chỉ sử

dụng một trạm thì thời gian cho kết quả lâu Tính toán này được chia nhỏ và thựchiện song song trên các trạm Điều này cần thiết đối với các trạm quá tải

V Điều kiện của hệ phân tán

Để đảm bảo hoạt động thì các hệ thống kết nối với nhau phải thỏa mãn hai điều kiện cơbản sau đây :

 Bất kỳ một hệ thống thành phần nào (hệ cục bộ) đều có thể liên lạc thông suốt vớicác hệ thống thành phần khác.

 Mỗi một hệ thống cục bộ được đặc trưng bằng một tên duy nhất và tên này có thểđược nhận biết bởi các hệ thống viễn thông

VI Sự khác nhau giữa hệ tin học phân tán và hệ tin học

Sự khác nhau cơ bản của hệ tin học phân tán và hệ tin học đó là “hệ thống truyềnthông

Các máy tính đơn được nối vào lại với nhau thành một hệ thống mạng thì hệ thông đógọi là hệ tin học phân tán

Các

hệ thống phần mềm

Hệ thống

dữ liệu

Tập hợp phần cứng

Hệ thống truyền thông

Hình 4: Hệ tin học phân tán

Chính vì vậy trật tự hóa từng phần giữa các sự kiện mà các tiến trình của nó cần phải đồng

bộ là vấn đề cần phải quan tâm giải quyết

Trong hệ thống phân tán, việc đồng bộ hóa chỉ đặt ra duy nhất vấn đề thiết lập một trật

tự giữa các sự kiện Giữa các trạm khác nhau, trật tự đó chỉ có thể thể hiện được thông quaviệc trao đổi các thông điệp với nhau

Giả sử rằng ta có thể xác định một trật tự giữa các sự kiện của hệ phân tán nhờ vào quan

hệ được kí hiệu là  và gọi là “có trước” hay “ở ngay trước”

Quan hệ này tối thiểu phải thỏa mãn được các ràng buộc thể hiện trong bảng sau đây:

C1: Nếu A và B là hai sự kiện của cùng một trạm và nếu A được

thực hiện trước B thì theo trật tự của trạm ta có: AB

C2: Nếu A là phát thông điệp bởi một trạm nào đó và nếu B là thu

của thông điệp này thì ta có: AB

A4

A5

B1B2

B3

B4

B5

t

I.2 Trật tự hóa các tác động

Cho một tập các giao dịch M = (T1, T2, ,Tn) lần lượt được thực hiện bởi các tiến

trình độc lập p 1 , p 2 , , p n Việc thực hiện tuần tự có nghĩa là thực hiện tất cả các giao dịchcủa M theo kiểu nối đuôi nhau và tuân thủ một trật tự nào đó Sự gắn bó dữ liệu của hệ đượcbảo toàn, theo định nghĩa, bằng việc thực hiện riêng biệt từng giao dịch Do vậy, nó cũngđảm bảo trong chế độ thực hiện tuần tự của M

Trong trật tự tuân thủ trật tự nội tại của từng giao dịch, dãy này bao gồm tất cả các tácđộng cấu tạo nên giao dịch M; mỗi một tác động chỉ xuất hiện một và chỉ một lần Một dãycác tác động như vậy được gọi là trật tự hóa của tập hợp các giao dịch M

Ví dụ 2:

Cho T1 = (a11, a12, a13, a14) và T2 = (a21, a22, a23, a24) Một trật tự hóa M = {T1, T2}được thể hiện theo một trong nhiều cách sau:

Như vậy, trật tự hóa tuần tự là các trật tự hóa tương ứng với việc thực hiện tuần

p hợp các giao dịch Đây là điều kiện đủ của sự gắn bó

Ví dụ 3:

Quản lý các tài khoản tại một ngân hàng Mỗi một người mở tài khoản tại ngân hàng

sẽ được lưu trữ trong một bản ghi của CSDL Trong tài khoản của người sử dụng không baogiờ có giá trị bằng 0 hay giá trị âm

Ta cần giả định một số quy tắc sau:

STT Quy tắc

1 Chỉ có một loại phép toán (hay giao dịch) duy nhất là chuyển khoản từ tài khoảnnày sang tài khoản khác

2 Hệ có số lượng tài khoản cố định

3 Không có trao đổi nào khác diễn ra ngoài ngân hàng

4 Ngân hàng không được phép tiết lộ bí mật về số dư của khách

Phép toán chuyển khoản thể hiện bằng cách trừ đi một giá trị P nào đó ở một tàikhoản và cộng chính giá trị đó vào tài khoản khác

Kí hiệu: A là số dư tài khoản bị trừ đi và B là số dư tài khoản được cộng vào

U – giao dịch mớiT- các giao dịch chuyển khoản

Ba trật tự hóa có thể là S1, S2, và S3

Hình 2: Trật tự hóa S1

Giao dịch loại T

A:=A-PA:=(1+t)xAB:=(1+t)*BB:=B+PGiao dịch loại U

Giao dịch loại T

A:=A-PA:=(1+t)xA

B:=(1+t)*BB:=B+PGiao dịch loại U

Hình 5: Trật tự hóa S2

Hình 6: Trật tự hóa S3

Ta nhận thấy dễ dàng là trật tự hóa S2 có tác dụng tương đương với trật tự hóa tuần tựS3, trong khi đó trật tự hóa S1 lại khác Trong trật tự hóa S2 và S3, các tác động cập nhậtlần lượt của tài khoản A và B đều được thực hiện theo cùng một tuần tự, còn trong trật tựhóa S1 thì trật tự tác động cập nhật tài khoản B bị đảo ngược

Ví dụ này cho ta thấy sự quan trọng của việc đảm bảo trật tự khi cập nhật thông tin

II Sự gắn bó thông tin

I.1 Điều kiện giả định và thực tế

Ta có một tập hợp thông tin nào đó có thể được truy cập bởi một tập hợp các tiến trình

Số lượng đối tượng thông tin có thể truy cập và số lượng tiến trình có nhu cầu thông tin là

cố định Hệ này phát triển rời rạc theo thời gian, giữa các điểm xác định, ta có thể nhận biếtđược trạng thái thực của chúng, nghĩa là các giá trị của đối tượng và ngữ cảnh thực hiện củacác tiến trình Hệ như vậy hoạt động với độ ổn định tuyệt vời

Các điều kiện giả định trên so với hệ thực tế có những điểm khác nhau căn bản là :

- Các đối tượng và các tiến trình có thể được tạo lập và huỷ bỏ có tính chất động trongsuốt quá trình tồn tại của hệ

- Các đối tượng và các tiến trình có thể được phân tán trên các trạm khác nhau liên hệvới nhau qua hệ thống viễn thông

- Hệ thống viễn thông và các tiến trình là các đối tượng có thể xảy ra sự cố kỹ thuật

Giao dịch loại T

A:=A-P

A:=(1+t)xAB:=(1+t)*BB:=B+PGiao dịch loại U

I.2 Tác động và giao dịch

Các đối tượng khác nhau của hệ không phải là các đối tượng độc lập nhau, chúng quan

hệ với nhau bởi tập hợp các quan hệ gọi là các ràng buộc toàn vẹn Các ràng buộc này thểhiện sâu sắc các đặc tính riêng biệt của hệ

Trạng thái của hệ thoả mãn một tập các ràng buộc toàn vẹn gọi là trạng thái gắn bó.Các nhà thiết kế và vận hành hệ mong muốn rằng việc thực hiện các tiến trình phải duytrì cho được hệ trong trạng thái gắn bó Để chính xác hoá đặc tính này, cần phải lưu ý làtrạng thái của hệ chỉ được xác định ở mức quan sát cho trước

Ta quan tâm đến hai mức quan sát:

Stt Mức Giải thích

1 NSD - Tiến trình là một dãy thực hiện các giao dịch Giao dịch đó là

chương trình duy nhất được thực hiện từ một trạng thái gắn bó dẫn

hệ đến một trạng thái gắn bó khác

2 Hệ thống - Mỗi giao dịch được cấu tạo từ một dãy các tác động được thể hiện

như sau Nếu 2 tác động A và B thuộc hai giao dịch khác nhau đượcthực hiện bởi hai tiến trình thì hiệu ứng tổng quát của chúng sẽ làhiệu ứng của dãy (A;B) hoặc là (B;A)

III Triển khai giao dịch tôn trọng sự gắn bó

Cho một tập hợp giao dịch M={T1,T2…,Tn} Một trật tự hóa của tập hợp các tác độngthành phần sẽ tương ứng với việc thực hiện hoàn toàn các giao dịch Việc thu được một trật

tự hóa gắn bó chỉ có thể thành công khi áp dụng các ràng buộc trên trật tự thực hiện các tácđộng Nguyên lý của phương pháp là ở chỗ làm chậm một tác động nào đó cho đến thờiđiểm mà sự thực hiện của nó không còn có nguy cơ phá hủy sự gắn bó của trật tự hóa

Để đảm bảo các giao dịch trên tôn trọng sự gắn bó thông tin thì người ta đưa ra cácphương pháp, cơ chế để đảm bảo khi giao dịch vẫn có sự gắn bó thông tin toàn vẹn dữ liệutrên cơ sở dữ liệu phân tán là:

- Cơ chế then cài

o Then cài loại trừ tương hỗ

o Then cài lựa chọn đối tượng

o Giao dịch hai pha

Bây giờ ta tưởng tượng rằng các đối tượng được phân tán trên nhiều trạm khác nhau và đượcnối với nhau thông qua hệ thống viễn thông và rằng các tiến trình diễn ra trên các trạm khác nhau

Hệ thống viễn thông cho phép các tiến trình trên các trạm khác nhau có thể trao đổi các thông điệpvới nhau Ta giả định rằng các tiến trình và các phương tiện truyền thông là các đối tượng có thể rơivào sự cố Một hệ quản lý tập hợp thông tin phân tán bao gồm:

STT Cơ chế

1 - Cơ chế cho phép sắp xếp một cách tổng quát các tác động của cùng một giao

dịch, ngay cả khi các tác động này diễn ra trên các trạm khác nhau

2 - Cơ chế điều khiển các tranh chấp truy cập cục bộ vào các đối tượng đảm bảo

tôn trọng tính toàn vẹn của các đối tượng truy cập cục bộ này

3 - Cơ chế có khả năng xử lý các bế tắc và thiếu thốn vô hạn, hậu quả của việc

hủy bỏ các giao dịch

4 - Cơ chế phục hồi các giao dịch đã hủy bỏ hay xử lý các sự cố

Cơ chế xử lý sự cố