データベースと応用システム：分散データベース

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1. (c)長岡技術科学大学 電気系 1 データベースと応用システム 分散データベース 山本和英 長岡技術科学大学 電気系
2. (c)長岡技術科学大学 電気系 2 分散データベース • 地理的または論理的に分散しているデータベース • 危険分散 – 災害やシステムの障害を最小限に抑える • 負荷分散 – 複数運用することで負荷が集中しない – システムの拡張が容易
3. (c)長岡技術科学大学 電気系 3 分散データベースの形態 • 垂直分散 – データベースに主従関係がある。主サイトは従サイトに アクセスせず、従サイト間のアクセスもない。 – 実現・管理が容易 – 主サイトにアクセスが集中 • 水平分散 – 各データベースが対等な関係で、互いにアクセスし得る – 拡張性や耐障害性が高く、負荷の集中もない – 管理がかなり複雑になる
4. (c)長岡技術科学大学 電気系 4 データベースの透過性 • 透過性：分散していることを利用者に意識させず、 あたかも一つのデータベースのように見せること • 透過性要素： – 位置：どこに保存されているかを意識不要 – 移動：サイトを移動した場合もこれを意識させない – アクセス：分散かどうかに関係なく同一アクセス可能 – 重複（複製）：重複保存されていても意識不要 – 分割：表が分散されていることを意識不要 – 障害：障害を隠蔽し、適切に復旧する – 規模：大規模化しても環境に影響しない
5. (c)長岡技術科学大学 電気系 5 データの分散配置
6. (c)長岡技術科学大学 電気系 6 データベースの表分割 表が大量である場合は表を分割して保存する必要が ある。 • 垂直分割（縦分割） – 独立性の高い列集合ごとにサイト分割 • 水平分割（横分割） – 行の集まりごとにサイト分割。下記３方法がある。 – ラウンドロビン（格納順）分割 – キーレンジ分割 – ハッシュ分割
7. (c)長岡技術科学大学 電気系 7 ラウンドロビン方式 （格納順分割） • キーの値に全く関係なく、１行ごとに一定順序で保 存場所を決める方式 – １行目はここ、２行目はあそこといった感じで • すべての保存場所が均等な規模になる • 検索時には、すべての保存場所を検索対象とする 必要がある
8. (c)長岡技術科学大学 電気系 8 キーレンジ分割 • 特定のキーの値ごとに、その行を保存する場所を決 定する分割方式 – あるキーの値が１～１０ならこのサイト、１１～２０ならあの サイト、といった感じ。 • どこに何が保存されているのかが把握できるので 運用が容易 • 保存領域規模が均等になるようにキー値を分割す る必要がある
9. (c)長岡技術科学大学 電気系 9 ハッシュ分割 • 特定のキー値に対して、ハッシュ関数を用いて保存 場所を決定する分割方式 – あるキーを７で割った余りが１ならここ、余り２ならあそこ、 といった雰囲気で。 • ハッシュを用いるため、一般にはある程度均等に分 割される。ただしキーとハッシュ関数によっては偏る こともある。
10. (c)長岡技術科学大学 電気系 10 分散問い合わせ処理
11. (c)長岡技術科学大学 電気系 11 分散問い合わせ処理 分散されている複数サイトの表を結合する際は、通信 負荷も考慮する必要がある。 主なテーブルの結合方法： • 入れ子ループ法 • ソートマージ法 • セミジョイン（準結合）法
12. (c)長岡技術科学大学 電気系 12 入れ子ループ法 サイトＡが、サイトＢとＣの結合処理を行う場合、 • サイトＢ（アウターリレーション）から１行ずつサイトＣ に送る • サイトＣ（インナーリレーション）は送られてきた行ご とに照合して結合 • サイトＢが全行送り終わったらサイトＣの結合結果 をサイトＡに送る • 処理回数は、アウターリレーションの行数 × イン ナーリレーションの行数（インデックスがない場合）
13. (c)長岡技術科学大学 電気系 13 ソートマージ（マージ結合）法 • 各サイトで結合対象の列でソート • 一方のサイトから他方のサイトへ表全体を転送 • マージ処理で結合演算する方法 • 結合対象の表が入出力バッファに収まらない場合 に用いる • 効率は悪い
14. (c)長岡技術科学大学 電気系 14 セミジョイン（準結合）法 前ページと同様のタスクについて、 • サイトＢの結合対象列を射影演算で抽出、サイトＣに送 る • サイトＣで結合演算を行い、結果をサイトＢに返す • サイトＢで再度結合演算を行い、結果をサイトＡに返す • 通信量は大幅に減少して効率がいい • 結合演算を２度行う必要があるのがちょっと面倒
15. (c)長岡技術科学大学 電気系 15 分散トランザクション
16. (c)長岡技術科学大学 電気系 16 分散トランザクション • 一つのトランザクションが複数のサイトに関係する 場合、トランザクションの原子性を満たすように注 意する必要がある。 – この処理機構をコミットメント制御と呼ぶ – 制御するほうを「主サイト」、されるほうを「従サイト」と 呼ぶ • コミットメント制御の方法 – １相コミットメント – ２相コミットメント – ３相コミットメント
17. (c)長岡技術科学大学 電気系 17 １相コミットメント • 主：コミット要求 – すべての従サイトが一斉に更新される • 問題点：従サイト１のコミット完了後に従サイト２に 障害発生すると、トランザクションの原子性が保た れなくなる
18. (c)長岡技術科学大学 電気系 18 主サイト 従サイト２ 更新処理要求 更新処理 応答 コミット要求 コミット 従サイト１ 更新処理 コミット
19. (c)長岡技術科学大学 電気系 19 ２相コミットメント • 主：コミット準備指示（可否問い合わせ） – 準備ができた従サイトは応答する（セキュア状態） – 主サイトは全従サイトがセキュアとなるまで待つ • 主：コミット要求 – すべてのデータベースが一斉に更新される – もしどこかの従サイトで異常発生すると、それを主サイ トに伝え、主サイトは全従サイトにロールバック命令 • 問題点：すべてのサイトがセキュア状態の時に障 害があると障害の回復を待ち続けてしまう。
20. (c)長岡技術科学大学 電気系 20 主サイト 従サイト２ 更新処理要求 更新処理 応答 コミット要求 コミット 従サイト１ 更新処理 コミット コミット準備 コミット準備 コミット準備 指示 応答 （セキュア 状態）
21. (c)長岡技術科学大学 電気系 21 ３相コミットメント • セキュア状態確認後に、さらに準備指示の確認 （プリコミット）を送信する。 • ２回確認すると何が違う？ – ２相：全サイトがセキュア状態であれば待ち続 けるしかない – ３相：タイムアウトによるアボートが実施できる
22. (c)長岡技術科学大学 電気系 22 レプリケーション
23. (c)長岡技術科学大学 電気系 23 レプリケーション • 遠隔地で分散している分散データベース間で、ある データベース内容の全部（または一部）を、一定間 隔で複写すること – 複写された側のサイトをレプリカと呼ぶ • 複数サイトでデータのコピーを持つことで負荷分散 が可能 • DBMSの障害発生時も複製されたデータの利用が 可能
24. (c)長岡技術科学大学 電気系 24 レプリケーションの種類 • 同期レプリケーション – 同期がリアルタイム、またはトランザクションごと – ネットワークの負荷が増大する可能性 • 非同期レプリケーション – 複製と同期が一定間隔ごと（バッチ型） – 複製サイトに更新ログを送信し、複製サイトではそのロ グが反映される形で同期される – データベースイメージ（スナップショット）を送信する方式 もある – 複製サイトは読み取り専用のことが多い