Slides de BD Distribuídos

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Banco de Dados Distribuído
Profa. Danielle Filgueiras
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02/01/2001
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Banco de Dados Distribuído
Um sistema de Banco de Dados Distribuído (BDD) consiste em uma coleção de nós, cada qual podendo participar na execução de transações que acessam dados em um ou mais nós.
Em um sistema de banco de dados distribuído, o banco de dados é armazenado em diversos computadores (nós). Os computadores, em um sistema distribuído, comunicam-se uns com os outros por intermédio de vários meios de comunicação, tais como redes de alta velocidade ou linhas de telefone. Eles não compartilham a memória principal e o relógio.
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02/01/2001
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Banco de Dados Distribuído
Os processadores em um sistema distribuído podem variar em tamanho e função, podendo incluir microcomputadores, estações de trabalho, minicomputadores e sistemas de computadores de uso em geral. Estes processadores são geralmente chamados de nós, dependendo do contexto no qual eles estejam mencionados. Usa-se principalmente o termo nó (lugar, posição), a fim de enfatizar a distribuição física destes sistemas.
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02/01/2001
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Banco de Dados Distribuído
A diferença principal entre sistemas de bancos de dados centralizados e distribuídos é que no primeiro os dados estão localizados em um único lugar, enquanto que no último os dados residem em diversos locais. Esta distribuição de dados é o motivo de muitas preocupações e dificuldades. 
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02/01/2001
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Banco de Dados Distribuído
Objetivo:
Fornecer a transparência de localização. Esta transparência significa que os usuários e suas aplicações não precisam saber qual a localização de qualquer item particular de dados. Ao invés disso, todas essas informações de localização devem ser mantidas pelo próprio sistema como parte de seu catálogo, e todas as solicitações de dados, por usuários, deveriam ser interpretadas pelo sistema de acordo com estas informações contidas nele.
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02/01/2001
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Banco de Dados Distribuído
Uma solicitação para operar uma peça de dados não-local poderá fazer com que:
esses dados sejam deslocados para o nodo local, para processamento local
O processamento deve ocorrer no nodo remoto e os resultados movimentados para o local
a combinação de 1 e 2, mais comumente usados
As vantagens de tal transparência são óbvias: simplifica a lógica 
dos programas de aplicação, e permite que os dados sejam deslocados 
de um nodo para outro à medida que os padrões de utilização mudarem, 
sem necessitar de qualquer reprogramação. 
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02/01/2001
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Evolução
	Os avanços tecnológicos contribuem muito com a evolução dos sistemas distribuídos, fazendo com que esta seja uma das áreas de maior futuro, principalmente, por ser uma área de influência no desenvolvimento dos sistemas de informação.
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02/01/2001
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Definições
Um sistema de BDD existe quando um banco de dados, logicamente integrado, é fisicamente distribuído sobre diferentes nós de computação interligados por rede. 
Define-se um nó de computação como um computador (mini, micro, etc.) localizado numa área de organização com certas facilidades de processamento. Em cada um dos nós o software do SGBDD consiste minimamente do que se segue: 
Sistema operacional em cada nó
Gerenciador de comunicação para programas remotos
SGBD para gerenciamento local do banco de dados
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02/01/2001
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Definições
O subconjunto do BD distribuído armazenando num nó é chamado de BD local. Assim, cada BD local tem um SGBD local, e o sistema de gerência do BDD é a união de todos os SGBD locais.
 Se os SGBD locais são idênticos, então se diz que o sistema é homogêneo, caso não sejam, ele é heterogêneo. O SGBDD é responsável pelo fornecimento de dados e tradução de exigências aos processos num ambiente distribuído heterogêneo. 
Um elemento importante num ambiente distribuído é o diretório de dados ou catálogo global, que é o meio pelo qual o SGBDD determina que nós precisam ser acessados com a finalidade de atender uma consulta particular. Sua localização física (centralizado e/ou distribuído) é importante na performance do sistema. 
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02/01/2001
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Estrutura de Controle
É responsável por:
Transparência de localização
Fornecimento de respostas eficientes aos requerimentos dos usuários
Preservação da consistência dos dados
Conservação da integridade do sistema.
Um fator crítico deste componente é efetuar o controle de forma centralizada 
(isto é, só um determinado nó é responsável pelo controle) ou distribuída (isto é, 
todos os nós, no mesmo nível lógico, cooperam para executar um conjunto de tarefas). 
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02/01/2001
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SGBDD
SGBDP
A principal diferença entre um sistema de gerenciamento de banco de dados distribuídos (SGBDD) e sistema de gerenciamento de banco de dados paralelos (SGBDP) é a distribuição física
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02/01/2001
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Características do SGBDD
Os sites estão disponíveis entre si
S.O. próprio 
Compartilham um esquema global comum
Memória própria
Cada site tem transações locais e globais
Disco próprio
SGBD local em cada site, preferivelmente sendo o mesmo (homog.)
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02/01/2001
Vantagens
Gerenciamento de dados distribuídos com níveis diferentes de transparencia
Transparencia de distribuição ou de rede
Transparencia de replicação
Transparencia de fragmentação
Melhoria da confiabilidade e na disponibilidade
Melhoria de desempenho
Expansão mais fácil
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02/01/2001
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Se o SGBD for diferente em cada 
site , o SGBDD é classificado 
como heterogêneo
Características do SGBDD
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02/01/2001
Funções adicionais
Rastreamento de dados
Processamento de consultas distribuídas
Gerenciamento de transações distribuídas
Gerenciamento de dados replicados
Recuperação de banco de dados distribuído
Segurança
Gerenciamento do diretório distribuído
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02/01/2001
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Armazenamento Distribuído dos Dados
Uma relação r (ou tabela) possui diversos enfoques para o armazenamento em um banco de dados distribuído (BDD):
Replicação: o sistema mantém réplicas idênticas da relação, onde cada réplica é armazenada em sites diferentes, resultando na replicação dos dados
Fragmentação: a relação é particionada em vários fragmentos, onde cada fragmento é armazenado em um site diferente
Replicação e fragmentação: a relação é particionada em vários segmentos, e o sistema mantém diversas réplicas de cada fragmento
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02/01/2001
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Replicação de Dados
A replicação de dados significa que um determinado objeto de dados lógicos pode possuir diversos representantes armazenados, em nodos. O grau de suporte para a replicação é um pré-requisito para atingir o verdadeiro potencial de um sistema distribuído.
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02/01/2001
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Replicação de Dados
Disponibilidade: com a falha de um site que contém a relação r, outro site com r é encontrado e atende a solicitação, a despeito da falha de um site
Aumento de paralelismo: os acessos de leitura á relação r, outros sites podem processar as consultas em paralelo. Com mais replicação, aumentam as chances do site que esta realizando a transação possuir a relação r, contribuindo assim com a minimização do movimento dos dados entre os sites.
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02/01/2001
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Replicação de Dados
Aumento do overhead para atualização: o sistema deverá assegurar que todas as réplicas da relação r sejam consistentes, propagando a atualização a todas as réplicas. Sempre que houver atualização, ela deve ser propagada a todos os sites que contenham réplicas, evitando a inconsistência. Por exemplo: o saldo de uma conta bancária com um valor, possuindo um outro valor em uma consulta feita por outra agência, sendo ambas de um mesmo banco.
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02/01/2001
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Fragmentação de Dados
Uma relação é dividida em fragmentos, onde cada fragmento contêm informação suficiente para permitir a reconstrução da relação original.
A fragmentação pode ser feita de duas formas: 
Fragmentação horizontal - divide a relação separando as tuplas de r em dois ou mais fragmentos
Fragmentação vertical - divide a relação pela decomposição do esquema R da relação r
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02/01/2001
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Fragmentação de Dados
A relação r é particionada em um número de subconjunto r1, r2, ...,rn
Cada tupla da relação r deve pertencer a pelo menos um fragmento
A relação r é a união de todos os fragmentos, isto é:
R = r1 U r2 U ...U rn
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02/01/2001
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Fragmentação Horizontal (ex.)
CONTA
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02/01/2001
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Fragmentação Horizontal (ex.)
CONTA
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Explicações
O fragmento da agência ‘São Paulo’ será armazenado no site São Paulo, enquanto que o fragmento ‘Brasília’ estará no site Brasília.
Neste exemplo os fragmentos estão excludentes, mas podem ser elaborados de forma que uma tupla pertença a mais fragmentos.
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02/01/2001
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Fragmentação Vertical
É uma decomposição
Vários subconjuntos de atributos R1, R2,...,Rn, tal que :
R = r1 U r2 U... U rn
A relação é reconstituída a partir dos fragmentos por uma junção natural:
R = r1 r2 ... rn
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CONTA
Fragmentação Vertical (ex.)
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02/01/2001
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junção dos fragmentos verticais
Por possuir um identificador único, a reconstrução da relação pode 
ser conseguida por meio de uma junção natural, onde o 
atributo de junção é a tupla_id.
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02/01/2001
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Fragmentação Mista
A relação r é particionada em um número de fragmentos r1, r2, ...,rn
Cada um dos fragmentos é resultado da fragmentação horizontal ou vertical, ou ainda sobre um fragmento de r obtido anteriormente
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02/01/2001
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fragmentação vertical
fragmentação horizontal
Fragmentação Mista (ex.)
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Fragmentação e Replicação de Dados
As técnicas de fragmentação e replicação podem ser aplicadas sucessivamente a uma mesma relação
Um fragmento pode ser replicado, e as réplicas podem ser fragmentadas novamente e assim por diante
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02/01/2001
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Transparência de Localização (de Rede)
A preocupação com a transparência possui os seguintes objetivos, relacionados aos pontos de vista de:
Nível de Transparência

Grau de desconhecimento sobre as relações no sistema distribuído
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02/01/2001
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Transparência de Localização (de Rede)
Denominação dos dados
Replicação dos itens de dados
Fragmentação dos itens de dados
Locação das réplicas ou fragmentos
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02/01/2001
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Processamento de Consultas Distribuídas
Contexto
A transparência para leitura é mais fácil de se conseguir e manter do que a transparência para atualização. 
O maior problema para a atualização é garantir que todas as réplicas e fragmentos sejam atualizados, após uma atualização em uma das réplicas ou fragmentos. A atualização deve ser prolongada para todas as cópias (réplicas e fragmentos) existentes no sistema.
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Processamento de Consultas Distribuídas
As consultas em um BDD devem se preocupar em minimizar o tempo total para a apresentação do resultado alcançado.
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02/01/2001
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Processamento de Consultas Distribuídas
Um dos fatores mais importantes no desempenho de uma consulta, em uma base centralizada, é a quantidade de acesso a disco necessária para atingir o resultado.
Em um banco distribuído os problemas aumentam, pois existe também a preocupação com a transmissão de dados na rede. 
Um fator interessante para a consulta realizada em uma base distribuída é que para os diversos sites podem processar partes da consulta em paralelo.
Na realização de uma consulta simples (trivial), como consultar todas as tuplas da relação CONTA, pode caracterizar um processamento não tão trivial, pois CONTA pode estar fragmentada, replicada ou ambas.
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02/01/2001
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Processamento de Consultas Distribuídas
Além disto, a consulta pode precisar de diversas junções e uniões para a reconstrução da relação toda (CONTA).
O processamento de consultas tem como aspecto mais importante a escolha da forma de junção a ser realizada.
Considere a junção CONTA X DEPOSITANTE X AGÊNCIA dos esquemas. Considere também que nenhuma das três relações foi replicada ou fragmentada, mas CONTA esta no Site 1, DEPOSITANTE no Site 2 e AGÊNCIA no Site 3.
A origem da consulta é no Site 1, onde será produzido o resultado da mesma.
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Estratégias de Consultas
Enviar cópia das três relações para o Site 1, onde será aplicada a melhor estratégia de consulta local
Enviar cópia de CONTA para o Site 2, e lá obter temp1=(CONTA X DEPOSITANTE); em seguida enviar temp1do Site 2 para o Site 3 obtendo lá o temp2=(temp1 X AGÊNCIA); por fim enviar o resultado (temp2) para o Site 1
Aplicar estratégia similar à anterior, alterando as regras entre os Sites 1, 2 e 3
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02/01/2001
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Bibliografia
Korth, H. F. e Silberschatz, A. Sistemas de Banco de Dados, São Paulo, McGraw-Hill, 3 edição, Capítulo 18 - 589-634 p., 1999.
Frigeri, S. R., Banco de Dados Distribuídos, Caxias do Sul, Universidade Federal do Rio Grande do Sul - site www.ufrgs.br, 1996.
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Banco de Dados III
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