ТЕМИ УЗГОДЖЕННЯ В РОЗПОДІЛЕНИХ БАЗАХ ДАНИХ - Наукові конференції
Головна
UA PL EN

Вас вітає Інтернет конференція!

Вітаємо на нашому сайті

Рік заснування видання - 2011

ТЕМИ УЗГОДЖЕННЯ В РОЗПОДІЛЕНИХ БАЗАХ ДАНИХ

04.03.2025 17:46

[1. Інформаційні системи і технології]

Автор: Тригуб Ольга Анатоліївна, студентка 2-го курсу навчальної групи ІК-31 кафедри інформаційних систем та технологій, Національний технічний університет КПІ ім. Ігоря Сікорського, Україна; Нікітін Валерій Андрійович, доктор філософії, асистент кафедри інформаційних систем та технологій, Національний технічний університет КПІ ім. Ігоря Сікорського, Україна; Крилов Євген Володимирович, кандидат технічних наук, доцент кафедри інформаційних систем та технологій, Національний технічний університет КПІ ім. Ігоря Сікорського, Україна


Вступ

Розподілені бази даних (РБД) є ключовим елементом сучасних інформаційних систем, забезпечуючи високу доступність і масштабованість даних для широкого спектру застосувань, від фінансових платформ до масштабних соціальних мереж. Однак однією з головних проблем таких систем є забезпечення узгодженості даних. Оскільки інформація розподілена між великою кількістю вузлів, можуть виникати ситуації, коли збережені дані відрізняються в різних місцях. Ця проблема є критичною для точності та достовірності інформації, особливо у випадку збоїв у мережі або виходу з ладу окремих компонентів системи.

Підходи узгодження даних

У сфері розподілених баз даних використовуються різні методи узгодження даних, і вибір конкретного підходу залежить від можливостей і вимог системи. Модель ACID (atomicity, consistency, isolation, durability - атомарність, узгодженість, ізоляція, довговічність), визначає набір характеристик, які гарантують коректне виконання транзакцій в реляційних базах даних. Альтернативою ACID в розподілених системах є підхід BASE (basic availability, flexible consistency and fault tolerance - базова доступність, гнучка узгодженість і відмовостійкість), який допускає тимчасові неузгодженості в даних, але гарантує високу доступність. Концепція PACELC базується на затримці та узгодженості за відсутності розривів в мережі. Вона розширює теорему CAP шляхом введення компромісу.

Теорема CAP є фундаментальним принципом в області розподілених обчислень. Вона стверджує, що жодна система не може одночасно гарантувати три ключові властивості: узгодженість, доступність і толерантність до розділів. Це означає, що у випадку розриву зв'язку система повинна вибирати між забезпеченням доступності даних або забезпеченням їхньої узгодженості.

Різновиди узгодженості даних в інформаційних системах

Є декілька ключових підходів до досягнення узгодженості даних у таких 

системах:

Сувора узгодженість означає, що всі вузли в системі завжди містять однакові дані, надаючи користувачам доступ до тієї ж інформації незалежно від того, до якого вузла вони підключаються. Однак такий підхід вимагає значних ресурсів і часто призводить до затримок у виконанні транзакцій.

Послідовна узгодженість означає, що зміни даних вносяться в чітко визначеному порядку. Хоча ця система не забезпечує абсолютної узгодженості на всіх вузлах, вона гарантує, що операції застосовуються послідовно. Такий підхід забезпечує певну гнучкість у взаємодії між вузлами та підвищує продуктивність системи.

Причинно-наслідкова узгодженість гарантує правильний порядок виконання взаємозалежних операцій. Водночас вона зменшує навантаження на систему, гарантуючи коректність лише в певних випадках, оскільки не всі операції потребують суворої синхронізації.

Кінцева узгодженість означає, що всі вузли синхронізуються з часом, навіть якщо в системі виникають тимчасові неузгодженості даних. Цей підхід корисний, коли доступність даних є більш пріоритетною за миттєву узгодженість.

Методи забезпечення кінцевої узгодженості

Деякі з найсучасніших методів забезпечення остаточної узгодженості 

включають наступні: 

Пріоритетний час транзакцій покращує узгодженість у високонавантажених системах, забезпечуючи більш ефективну обробку запитів та зменшуючи затримки. Пріоритет транзакцій визначається на основі часу, щоб допомогти оптимізувати розподіл ресурсів. Наприклад,  транзакції з низьким пріоритетом можуть бути викладені, якщо система перевантажена, таким чином забезпечуючи швидку обробку критично важливих запитів.

Механізм транзакційного годинника заснований на об'єднанні декількох транзакцій в одну підсумкову транзакцію і надсиланні її на вузли розподіленої бази даних. Кількість операцій запису значно зменшується, оскільки транзакції, пов'язані з оновленням запису, об'єднуються в одну транзакцію. У випадку операції видалення всі інші транзакції, пов'язані з цим записом, знищуються і виконується лише операція видалення.

Активний антиентропійний механізм з використанням модифікованого фільтра Блума та алгоритму хешування PH-2: цей метод орієнтований на швидке відновлення узгодженості в розподілених системах, де важливим аспектом є підтримка високої доступності даних в умовах можливих неузгодженостей. Алгоритм хешування PH-2 та фільтр Блума зменшують споживання пам'яті, забезпечують ефективну перевірку належності елемента до реплікованих даних та допомагають пришвидшити процес синхронізації.

Алгоритм хешування PH-2 використовує математичну базу простих чисел, які можуть ефективно генерувати хеш-значення. Такий підхід гарантує високу толерантність до колізій, оскільки виключає виникнення колізій при обробці даних різного розміру. Крім того, використання РН-2 значно прискорює процес зіставлення даних, особливо в умовах високих навантажень і при використанні gossip-протоколів.

Експериментальні результати

Експериментальні дослідження на прототипі розробленої інформаційної системи показали, що запропонований метод є більш ефективним при узгодженні даних порівняно з традиційними підходами. Використання розподіленої системи з годинником транзакцій та механізмом пріоритезації дозволило значно скоротити час синхронізації даних при високому навантаженні. Крім того, активні антиентропійні механізми сприяли швидкому відновленню узгодженості після відмови вузла системи.

Висновки

Розподілені бази даних потребують особливих підходів для забезпечення узгодженості, а запропоновані методи демонструють значні переваги з точки зору підвищення їх ефективності та надійності. Використання цих методів дозволяє досягти оптимального балансу між доступністю та узгодженістю даних, що є важливим фактором для сучасних інформаційних систем. Крім того, комбінація розроблених методів покращує продуктивність системи в цілому за різних умов експлуатації та забезпечує гнучкість і стійкість до високих навантажень і збоїв у мережі.

Список використаних джерел

• Nikitin V.A. Методи підвищення ефективності узгодженості даних в інформаційних системах. Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії. Національний технічний університет України «КПІ ім. Ігоря Сікорського», 2024.

• Nikitin V., Krylov E. Active anti-entropy mechanism based on Spectral Bloom filter and PH-2 hash algorithm for reconciliation of replicas of NoSQL distributed document-oriented databases. Information Technology and Society, №3(9), 2023, 63–67. DOI: https://doi.org/10.32689/maup.it.2023.3.8

• Nikitin V., Krylov E. Comparison of hashing methods for supporting consistency in distributed databases. Adaptive Systems of Automatic Control, №1(40), 2022, 48–53. DOI: https://doi.org/10.20535/1560-8956.40.2022.261646



Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Інші наукові праці даної секції

Конференції

Конференції 2025

Конференції 2024

Конференції 2023

Конференції 2022

Конференції 2021



Міжнародна інтернет-конференція з економіки, інформаційних систем і технологій, психології та педагогіки

Наукова спільнота - інтернет конференції

:: LEX-LINE :: Юридична лінія

Інформаційне суспільство: технологічні, економічні та технічні аспекти становлення