Rozproszona baza danych – przechowując dane w całym zestawie fizycznych lokalizacji – pozwala organizacjom zarządzać danymi w wielu lokalizacjach geograficznych z pozorem jednego ujednoliconego systemu.Co firmy mogą zyskać dzięki temu wyborowi?

Rozproszone przetwarzanie zapytań

Wydajność w rozproszonych bazach danych zależy od wydajności przetwarzania zapytań w wielu lokalizacjach. Rozproszone przetwarzanie zapytań rozwiązuje ten problem, dzieląc złożone zapytania na prostsze, wykonywalne operacje w pobliżu fizycznej lokalizacji danych. Rezultatem jest: zminimalizowany ruch danych w sieci i lepsza wydajność zapytań.

Zarządzanie transakcjami rozproszonymi

Integralność i spójność to filary zarządzania transakcjami w środowiskach rozproszonych. Funkcja ta zapewnia, że wszystkie procesy transakcyjne są niezawodne i spójne, niezależnie od liczby zaangażowanych stron. Weźmy jako przykład protokoły zatwierdzania. Pomagają one zagwarantować, że transakcje nie zostaną sfinalizowane, dopóki wszystkie zaangażowane witryny nie zakończą pomyślnie swoich części. W ten sposób zachowują integralność danych w całej sieci.

Integracja

Jedną z cech, którą posiada skuteczna rozproszona baza danych jest zdolność do działania w sposób niewidoczny. Dla użytkowników te bazy danych wydają się być pojedynczą, spójną całością, pomimo ich fizycznie rozproszonej natury. Iluzja ta jest utrzymywana dzięki zaawansowanym systemom zarządzania rozproszonymi bazami danych (DDBMS). Przeprowadzają one operacje w różnych lokalizacjach, zapewniając spójność i aktualność danych bez ujawniania złożoności podstawowej dystrybucji.

Połączenie

Klejem, który spaja rozproszoną bazę danych, jest jej połączenie sieciowe – krytyczna infrastruktura, która łączy różne komponenty bazy danych. Ta konfiguracja wykorzystuje zaawansowane protokoły komunikacyjne, aby zapewnić, że dane i transakcje są płynnie i niezawodnie udostępniane w różnych lokalizacjach. Niezbędne do utrzymania integralności i wydajności bazy danych, połączenie sieciowe ma kluczowe znaczenie dla optymalizacji operacji i zapewnienia płynnej synchronizacji danych.

Rodzaje rozproszonych baz danych

Rozproszona baza danych ma z natury zróżnicowaną strukturę. Ta elastyczność oznacza możliwość sprostania różnym wymaganiom operacyjnym.

Homogeniczna rozproszona baza danych

W jednorodnej rozproszonej bazie danych wszystkie zaangażowane witryny używają tego samego sprzętu i oprogramowania oraz przestrzegają spójnych protokołów operacyjnych. Ta jednolitość oznacza, że systemy zarządzania bazami danych i struktury danych są spójne we wszystkich węzłach, co upraszcza zarówno integrację, jak i zarządzanie. Taka spójność pozwala na prostą implementację procesów danych i płynne wykonywanie zapytań w wielu lokalizacjach.

Przewidywalność jednorodnych systemów zmniejsza komplikacje w tworzeniu aplikacji i administrowaniu bazami danych. To z kolei przekłada się na niższe koszty szkoleń i utrzymania. Ostateczny rezultat? Systemy te stanowią doskonałą pomoc w płynnej rozbudowie infrastruktury danych – bez dodatkowej złożoności procesu.

Heterogeniczna rozproszona baza danych

Heterogeniczne rozproszone bazy danych to mozaika różnych systemów. Mogą one wykorzystywać różne oprogramowanie DBMS, systemy operacyjne, a nawet modele danych, takie jak relacyjne lub NoSQL. Ta różnorodność wymaga użycia oprogramowania pośredniczącego lub specjalistycznego oprogramowania. W przeciwnym razie nie ma możliwości zapewnienia płynnej komunikacji w całym systemie lub tłumaczenia danych i żądań między różnymi systemami DBMS w celu utrzymania jednolitego doświadczenia użytkownika.

Złożoność zarządzania tymi różnorodnymi systemami jest równoważona przez ich elastyczność. Heterogeniczne bazy danych pozwalają na integrację starszych systemów i mogą być dostosowane do lokalnych potrzeb w poszczególnych lokalizacjach, optymalizując zarówno wydajność, jak i wykorzystanie zasobów. Ta zdolność adaptacji sprawia, że dobrze nadają się one dla organizacji, w których różne działy lub jednostki biznesowe mogły opracować swoje systemy informatyczne niezależnie, ale muszą funkcjonować spójnie.

Systemy heterogeniczne, choć trudne w zarządzaniu, oferują potężne rozwiązanie do integracji różnych systemów informatycznych w ujednolicone ramy operacyjne. Są one szczególnie cenne w środowiskach, które wymagają szczegółowego dostosowania lub włączenia różnych istniejących systemów bez konieczności przeprowadzania pełnych zmian w infrastrukturze.

Metody przechowywania danych w rozproszonych bazach danych

Aby skutecznie zarządzać danymi w wielu lokalizacjach, rozproszone bazy danych wykorzystują kombinację metod przechowywania. Obejmują one replikację i fragmentację, z których każda ma odrębne cele i określone zalety.

Replikacja a rozproszona baza danych

Replikacja polega na tworzeniu i utrzymywaniu dokładnych kopii danych na wielu serwerach baz danych, które mogą znajdować się w różnych lokalizacjach geograficznych. Metoda ta ma na celu zwiększenie dostępności danych i zwiększenie odporności systemu rozproszonego na awarie. Dzięki replikacji bazy danych zapewniają ciągłość działania, nawet w przypadku awarii segmentu systemu lub napotkania problemów, takich jak zakłócenia sieci lub awarie sprzętu.

Replikacja może być zaimplementowana synchronicznie, a transakcje muszą zostać zakończone na wszystkich replikach, zanim zostaną uznane za udane. Alternatywna – asynchroniczna – replikacja umożliwia kopiowanie transakcji do innych lokalizacji w określonych odstępach czasu.

Podczas gdy replikacja synchroniczna utrzymuje spójność danych w kopiach w czasie rzeczywistym, co prowadzi do większej integralności danych, może spowolnić przetwarzanie transakcji ze względu na zwiększone opóźnienia. Z drugiej strony, replikacja asynchroniczna może wprowadzać niewielkie rozbieżności między kopiami danych, ale zazwyczaj oferuje lepszą wydajność i jest odpowiednia dla systemów rozproszonych na dużych obszarach geograficznych.

Fragmentacja a rozproszona baza danych

Fragmentacja, w przeciwieństwie do replikacji, koncentruje się na sposobie strukturyzacji i przechowywania danych w różnych lokalizacjach w celu optymalizacji wydajności wyszukiwania danych i zmniejszenia nadmiarowego transferu danych w sieci.Dzieląc dane na odrębne segmenty i dystrybuując je w różnych lokalizacjach, fragmentacja ma na celu przyspieszenie odpowiedzi na zapytania i zmniejszenie obciążenia sieci.

Dwa główne typy fragmentacji stosowane w rozproszonych bazach danych to:

• Fragmentacja pozioma: Technika ta dzieli tabelę bazy danych według wierszy, gdzie każdy segment lub fragment zawiera wiersze spełniające określone kryteria.Fragmentacja pozioma jest korzystna w scenariuszach, w których zapytania często dotyczą określonych podzbiorów danych, ponieważ umożliwia szybszy dostęp poprzez izolowanie odpowiednich wierszy.
• Fragmentacja pionowa: Z kolei fragmentacja pionowa dzieli tabelę na kolumny. Każdy segment zawiera kolumny, które są często używane razem w zapytaniach, z kluczową kolumną zawartą w każdym fragmencie, aby ułatwić rekonstrukcję oryginalnej tabeli w razie potrzeby.Metoda ta jest szczególnie przydatna do poprawy wydajności zapytań, gdy potrzebujemy tylko niektórych kolumn, zmniejszając ilość danych, które musimy przetworzyć i przenieść.

Zalety rozproszonych baz danych

Rozproszone bazy danych stały się podstawą nowoczesnych aplikacji na dużą skalę, obsługując globalną bazę użytkowników, od startupów piszących na serwetkach po przedsiębiorstwa zarządzające kontynentami danych. Dzięki dystrybucji danych w wielu węzłach, te bazy danych oferują znaczące korzyści w porównaniu z tradycyjnymi scentralizowanymi bazami danych, szczególnie pod względem skalowalności, niezawodności i wydajności – przy jednoczesnym zadowoleniu dyrektora finansowego z oszczędności kosztów.

Skalowalność

Jedną z podstawowych cech rozproszonych baz danych jest ich zdolność do skalowania w poziomie. Oznacza to, że zamiast skalować w górę poprzez zakup bardziej wydajnego i droższego sprzętu (skalowanie pionowe), można dodać więcej serwerów lub węzłów do sieci tak łatwo, jak dodaje się naleśniki do stosu śniadaniowego.

Skalowanie poziome ułatwia dostosowanie się do wzrostu ilości danych i obciążenia użytkowników poprzez równomierne rozłożenie obciążenia na wiele węzłów, utrzymując w ten sposób wydajność bez znacznego wzrostu kosztów.

Niezawodność i dostępność

Gdyby los całego biznesu online zależał od jednej żarówki. Jeśli ta żarówka zgaśnie, zgaśnie również Twoja firma. Rozproszone bazy danych zapobiegają takiemu scenariuszowi, replikując dane między wieloma węzłami. W ten sposób, jeśli jeden węzeł ulegnie awarii, baza danych nie ulegnie awarii wraz z nim. Jest to kopia zapasowa, zapewniająca ciągłość działania handlu elektronicznego lub usług finansowych, a klienci pozostają nieświadomi wszelkich potencjalnych katastrof w zapleczu.

Lepsza wydajność

Dystrybucja danych na wielu serwerach umożliwia rozproszonym bazom danych równoległą obsługę większej liczby zapytań, co oznacza lepszą przepustowość i mniejsze opóźnienia. W jaki sposób? Rozproszone bazy danych zwiększają wydajność poprzez zarządzanie zapytaniami na wielu serwerach, co pozwala im przetwarzać więcej informacji jednocześnie. Równoważenie obciążenia dystrybuuje zapytania, zapobiegając przeciążeniu pojedynczego węzła i utrzymując wydajną przepustowość i niskie opóźnienia.

Efektywność kosztowa

Zamiast polegać na wysokiej klasy, kosztownym sprzęcie, rozproszone bazy danych wykorzystują klastry bardziej ekonomicznych maszyn, które razem zapewniają wydajność. Takie podejście nie tylko zmniejsza początkowe nakłady inwestycyjne, ale także rozkłada koszty utrzymania i zmniejsza wpływ potencjalnych awarii sprzętu. Skalowalność dodawania węzłów w razie potrzeby pomaga organizacjom dostosować wydatki operacyjne do rzeczywistego wzrostu, zapewniając opłacalne rozwiązanie dla rosnących potrzeb w zakresie danych.

Wady rozproszonych baz danych

Pomimo zalet, rozproszone bazy danych wiążą się również z szeregiem wyzwań, które mogą skomplikować ich wdrożenie i bieżące zarządzanie. Wyzwania te wynikają z nieodłącznej złożoności systemów rozproszonych, trudności w utrzymaniu integralności i bezpieczeństwa danych oraz zwiększonych wymagań stawianych administracji baz danych.

Złożoność

Architektura rozproszonych baz danych to sieć połączonych ze sobą węzłów, z których każdy jest potencjalnym winowajcą, jeśli coś pójdzie nie tak. Każdy węzeł w systemie rozproszonym potencjalnie wprowadza nowe punkty awarii i zwiększa ogólną złożoność sieci. Rozwiązywanie problemów staje się poszukiwaniem skarbów, gdzie X oznacza miejsce w różnych lokalizacjach geograficznych. A dla urozmaicenia, synchronizacja danych we wszystkich tych węzłach jest tym, co sprawia, że zespół IT nie ma szans się nudzić.

Integralność danych i kwestie bezpieczeństwa

Utrzymanie integralności danych w rozproszonej bazie danych jest znacznie trudniejsze niż w scentralizowanej bazie danych. Rozproszony charakter bazy danych oznacza, że dane są replikowane w różnych węzłach. Może to prowadzić do niespójności, jeśli aktualizacje nie są odpowiednio zsynchronizowane. Zapewnienie, że wszystkie węzły odzwierciedlają najnowsze aktualizacje danych, zwłaszcza w przypadku awarii sieci lub opóźnień, wymaga solidnych mechanizmów kontroli współbieżności i zaawansowanych protokołów synchronizacji.

A bezpieczeństwo? Jest to kolejna krytyczna kwestia w rozproszonych bazach danych – każdy węzeł jest jak otwarte drzwi. Dane rozproszone w wielu lokalizacjach muszą być chronione przed nieautoryzowanym dostępem i naruszeniami. Każdy węzeł zwiększa powierzchnię ataku bazy danych, co sprawia, że kompleksowe środki bezpieczeństwa są niezbędne. Zabezpieczenie rozproszonej bazy danych obejmuje wdrożenie praktyk szyfrowania, zabezpieczenie komunikacji sieciowej i zapewnienie, że wszystko jest zgodne z zasadami bezpieczeństwa.

Wyzwania administracyjne

Zarządzanie rozproszoną bazą danych wymaga wyższego poziomu umiejętności i bardziej wyrafinowanych narzędzi w porównaniu do zarządzania scentralizowaną bazą danych. Jest to bardziej zestaw mebli do samodzielnego montażu z instrukcjami w hieroglifach. Administratorzy baz danych muszą być wyposażeni w odpowiedni zestaw umiejętności. Bez nich nie byliby w stanie poradzić sobie ze złożonością węzłów, w tym konfiguracją, dostrajaniem wydajności i odzyskiwaniem po awarii. Potrzeba specjalistycznej wiedzy i narzędzi wiąże się z kosztami szkoleń i operacji.

Dodatkowym obciążeniem administracyjnym jest potrzeba bardziej zaawansowanych narzędzi programowych zaprojektowanych do efektywnego zarządzania rozproszonymi danymi. Narzędzia te są często bardziej złożone i kosztowne niż te używane w scentralizowanych bazach danych, co zwiększa ogólne koszty utrzymania.