Chapitre 1

Université du Havre
MASTER MATHÉMATIQUES ET INFORMATIQUE-Option SIRES
2010/2011
COURS BASES DE DONNEES REPARTIES
Nakechbandi M., LITIS, Email : [email protected]
Chapitre 1
1. Introduction : Notion de Bases de données
2. Définition : BD Répartie
3. Architecture des SGBD
4. Conception des bases réparties
5. Evaluation de requêtes réparties
6. Notion de Transaction Répartie
7. Les produits industriels des SGBDR
gestion de données
Introduction : Rappel - Bases de données
conception et modélisation
système(logiciel)
Gestion de données : Qu'est-ce qu'une BD ?
• Collection de données structurées reliées par des relations
• Interrogeable et modifiable par des langages de haut niveau
Modélisation des données
Eliminer la redondance de données
Centraliser et organiser correctement les données
Outils de conception
Logiciel «Système de Gestion de Bases de Données»
Interrogation, cohérence, partage, gestion de pannes, etc…
Administration facilitées des données
1.2
Architecture des SGBD
 Les architectures physiques de SGBD sont très liées au mode de répartition.
— BD centralisée
— BD client/serveur
— BD client/multi-serveurs
— BD répartie
— BD hétérogène
— BD mobile
— BD parallèle
1.3
Architecture centralisée
Terminaux passifs
réseau
Appli 1
Appli 2
Appli n
SGBD
données
1.4
Mainframe
Architecture client-serveur
Clients intelligents
Appli 1
Appli 2
Appli n
réseau
serveur
SGBD
code
données
1.5
Architecture ClientMultiserveurs
Appli 1
SQL
SQL
ODBC
ODBC
SQL
SQL
SGBD 1
code
SGBD 2
données
code
1.6
données
Architecture répartie
Appli 1
Appli 2
Appli n
SGBD 1
code
SGBD 2
données
code
1.7
données
Architecture
mobile
Clients intelligents
mobiles
Données répliquées
et/ou personnelles
Réseau sans fil
serveur
SGBD
code
données
1.8
BD parallèle
BD parallèle = Techniques des bases de données + Parallélisme et architecture parallèle
Cette option permet d’exécuter certains ordres SQL en parallèle
Il faut bien entendu avoir une machine multiprocesseur pour en tirer avantage.
ORACLE PARALLEL
CREATE TABLE tableName (...) PARALLEL 4;
4 spécifie le nombre de processus qui peuvent parcourir la table en parallèle
1.9
2. Définition : BD Répartie
BD Répartie
• Ensemble de bases localisées sur différents sites, perçues par l'utilisateur comme une
base unique
• Chaque base possède son schéma local
• Le schéma de la base répartie constitue le schéma global
• Les données sont accédées via des vues intégrées
assurent la transparence à la localisation
permettent des recompositions de tables par union/jointure
1.10
Exemple
Une application gère une coopérative vinicole dont le schéma conceptuel est le suivant :
Producteurs
produit
commande
Buveurs
vins
Une implémentation centralisée de ce schéma donne le schéma relationnel suivant :
•
•
•
•
•
Buveurs (nb, nom, prénom, ville)
Commandes (nb, nv, date , qté)
Vins (nv, cru, année, degré)
Producteurs (np, nom, région)
Produit (nv, np, qté)
1.11
Si on suppose que cette base de données est gérée par 3 sites : localisés
à Paris, Bordeaux, et Dijon, on peut envisager une gestion par un schéma
relationnel comme suit :
PARIS
Buveurs
commandes
Bordeaux
Vins
Dijon
vins
producteurs
producteurs
produit
produit
1.12
Quelques définitions complémentaires
• BD interpérables : BD capable d’échanger des données en comprenant mutuellement ce
qu’elles représentes
Exemple : La création d’une table dynamique d’Access liée à une table Oracle via ODBC
•
Multibase : Plusieurs bd hétérogènes capable d’interopérer avec une application via un langage
(ou interface) commun (sans modèle commun)
Exemple :
•
BD fédérée : Plusieurs bd hétérogènes accédées comme une seule via une vue commune
(avec modèle commun).
Exemple :
1.13
Exemples (Multibase, BD fédérée)
Commentaires
•
Système légataire : stocke les données de gestion de l'entreprise,
•
Bases de données techniques : Cette base décrit les produits fabriqués et leurs
composants, base de données textuelles : contient par exemple les manuels d'opérations.
•
bases de données géographiques : Cette BD décrit la localisation des usines et des clients.
1.14
Système de GBD réparti (SGBDR)
SGBDR
SGBD1
SGBD2
DEFINITION : UN SGBD REPARTI ASSURE LA GESTION D'UNE BD REPARTIE
Objectifs : Rend la répartition (ou distribution) transparente
• Définition des données réparties : Cohérence des données
---> dictionnaire des données réparties
• traitement des requêtes réparties
---> Requête distribuée : Requête émise par un client dont l’exécution nécessite l’exécution de n sous
requêtes sur n serveur (n > 1)
•
•
•
•
gestion de transactions réparties
gestion de la cohérence et de la sécurité
Autonomie locale des sites
Support de l’hétérogénéité
1.15
Evaluation de l'approche BDR
avantages
• Extensibilité
• partage des données hétérogènes et réparties
• performances avec le parallélisme (d’accès)
• Disponibilité des données à sur plusieurs sites (avec la réplication)
inconvénients
• administration complexe
• distribution du contrôle
• surcharge (l’échange de messages augmente le temps de calcul)
1.16
3. Architecture de schémas
Deux approches :
• Schéma global
• Schéma fédéré
application 1
application 2
Schéma global
Schéma local 1
Schéma local 2
1.17
Schéma local 3
Schéma global
schéma conceptuel global
• donne la description globale et unifiée de toutes les données de la BDR (e.g., des
relations globales)
• indépendance à la répartition
schéma de placement
• règles de correspondance avec les données locales
• indépendance à la localisation, la fragmentation et la duplication
Le schéma global fait partie du dictionnaire de la BDR et peut être conçu comme une BDR
(dupliqué ou fragmenté)
1.18
Exemple de schéma global
Schéma conceptuel global
Client
(nclient, nom, ville)
Cde
(ncde, nclient, produit, qté)
Schéma de placement
Client
= Client1 @ Site1 U Client1 @ Site2
Cde
= Cde @ Site3
1.19
Architecture fédérée
application 1
application 2
Schéma fédéré 1
Schéma fédéré 2
Schéma local 1
Schéma local 2
1.20
Schéma local 3
Exemple de schéma fédéré
On considère deux bases de données :
La première est la BD préfecture composée de 3 tables : (Installée sur le site 1)
PERSONNE (NOM, PRÉNOM, ADRESSE,...)
VOITURE (N-VEH, MARQUE, TYPE,... )
CONDUCTEUR (N-PERS, N-VEH, NBACC,...)
La deuxieme est la BD SAMU composée de 2 tables (Installée sur le site 2)
ACCIDENT (N-ACC, DATE, DEPT, N-VEH, N-PERS, ...)
BLESSÉ (N-ACC, N-PERS, GRAVITÉ, ...)
Une application a besoin de la requête suivante :
On souhaite trouver la Liste des blessés graves dans une R18 dans la préfecture du site 1
Solution :
1.21
Pour migration vers une BDR la question qui se pose ici est comment répartir les données et comment
on peut les reintégrer :
- Décomposition en BD locales
- Intégration logique des BDs locales existantes
BDR
décomposition
BD1
intégration
BDn
BD2
…
1.22
Méthode de conception d’une BD répartie
•
•
METHODE DESCENDANTE
->
Schéma conceptuel global de la base
->
Fragmentation des relations
->
Allocation des fragments
METHODE ASCENDANTE
->
N schémas conceptuels locaux
->
Intégration des n vues locales afin d'obtenir un unique schéma
conceptuel global
->
Modification éventuelle de la fragmentation et de la réplication
1.23
METHODE DESCENDANTE : Conception par décomposition
Table globale
fragmentation
allocation
Site 1
Site 2
1.24
Exemple
1.25
Objectifs de la décomposition
Fragmentation
•
trois types : horizontale, verticale, mixte
•
performances en favorisant les accès locaux
•
équilibrer la charge de travail entre les sites (parallélisme)
Duplication (ou réplication)
•
favoriser les accès locaux
•
augmenter la disponibilité des données
1.26
Fragmentation horizontale
Client
Fragments définis par sélection
• Client1 = Client where ville = "Paris"
• Client2 = Client where ville ≠ "Paris"
nclient
C1
C2
C3
C4
nom
ville
Dupont
Martin
Martin
Smith
Paris
Lyon
Paris
Lille
nom
ville
Dupont
Martin
Paris
Paris
nom
ville
Martin
Smith
Lyon
Lille
Client1
nclient
C1
C3
Reconstruction
Client =Client1 U Client2
Client2
nclient
C2
C4
1.27
Fragmentation horizontale dérivée
Fragments définis par jointure
Cde1 = Cde where
Cde.nclient = Client1.nclient
Cde2 = Cde where
Cde.nclient = Client2.nclient
Cde
ncde
D1
D2
D3
D4
nclient
C1
C1
C2
C4
produit
qté
P1
P2
P3
P4
10
20
5
10
Reconstruction
Cde = Cde1 U Cde2
Cde1
ncde
D1
D2
Cde2
nclient
C1
C1
produit
qté
ncde
P1
P2
10
20
D3
D4
1.28
nclient
C2
C4
produit
qté
P3
P4
5
10
Fragmentation verticale
Fragments définis par projection
• Cde1 = Cde (ncde, nclient)
• Cde2 = Cde (ncde, produit, qté)
Reconstruction
• Cde = [ncde, nclient, produit, qté] where
Cde1.ncde = Cde2.ncde
Cde
ncde
D1
D2
D3
D4
Utile si forte affinité d'attributs
D1
D2
D3
D4
1.29
C1
C1
C2
C4
produit
qté
P1
P2
P3
P4
10
20
5
10
Cde2
Cde1
ncde
nclient
nclient
ncde
produit
qté
C1
C1
C2
C4
D1
D2
D3
D4
P1
P2
P3
P4
10
20
5
10
Allocation des fragments aux sites
Non-dupliquée
• partitionnée : chaque fragment réside sur un seul site
Dupliquée
• chaque fragment sur un ou plusieurs sites
• maintien de la cohérence des copies multiples
Règle intuitive:
• si le ratio est [lectures/màj] > 1, la duplication est avantageuse
1.30
Exemple d'allocation de fragments
Client2
Client1
nclient
nom
ville
nclient
nom
ville
C1
C3
Dupont
Martin
Paris
Paris
C2
C4
Martin
Smith
Lyon
Lille
Cde2
Cde1
ncde
client
D1
D2
C1
C1
produit
P1
P2
qté
ncde
client
produit
qté
10
20
D3
D4
C2
C4
P3
P4
5
10
Site 2
Site 1
1.31
METHODE ASCENDANTE :
Création d'un schéma unique partant de plusieurs schémas
Conception BDR par intégration
BD2
BD1
Traduction
de schémas
Traducteur 1
S local 1
Intégration
de schémas
Traducteur 2
S local 2
Intégrateur
Schéma Global
1.32
BD3
Traducteur 3
S local 3
Les étapes
La création d'un schéma unique passe par les quatre étapes suivantes :
1. pré-intégration
•
identification des éléments reliés (e.g. domaines équivalents) et établissement des
règles de conversion (e.g. 1 inch = 2,54 cm)
• Pbs : hétérogénéité des modèles de données, des puissances d’expression, des
modélisations
2. comparaison
• identification des conflits de noms (synonymes, homonymes) et des conflits structurels
(types, clés, dépendances)
3. conformance
• résolution des conflits de noms (renommage) et des conflits structurels (changements
de clés, tables d'équivalence)
• Définition de règles de traduction entre le schéma intégré et les schémas initiaux.
4. fusion et restructuration
• fusion des schémas intermédiaires et restructuration pour créer un schéma intégré
optimal.
Exemple : Exercice 1 de TD1
1.33
5. Requêtes réparties
Requête sur tables globales
Fragmentation
Schéma
de fragmentation
Requête sur fragments
Optimisation
Plan d'exécution réparti
1.34
Schéma
d'allocation
Exemple : On considère le schéma relationnel suivant :
- Produit(NP, Designation, PrixUnit, ...)
- Client(NCL, Nom, Ville)
- Commande(NP, NCL, Date, Qte,...)
On cherche à exécuter la requête :
select NCL,Nom,Date, Sum(Qte*PrixUnit)
from (Cmd join Client using (NCL)) join Produit using (NP)
group by NCL,Nom,Date;
L’implementation de la BD repartie est comme suite :
1.35
On sait que les commandes concernent les produits qui sont enregistrer dans le site3 et le site 4
(produit1).
L’exécution de cette requête peut se faire par le schéma :
1.36
La fragmentation de l ’arbre d’exécution donne :
1.37
Allocation des fragments de l ’arbre
1.38
Plan d ’exécution d’une requête repartie
ensemble des Sous-Requêtes sur les schémas locaux et des opérations de transferts des
résultats intermédiaires.
L’objectif est de recherche un plan d ’exécution de coût minimal
Coût = f ( temps de réponse, $ )
est une fonction sur l ’espace des plans d ’exécution
Coût = a*Coût CPU + b*Coût ES + d*Coût Comm
En WAN, le coût de communication est majoritaire
d*Coût Comm >> a*Coût CPU + b*Coût ES
1.39
6. Notion de Transaction Répartie
Begin
Read
Write
Abort
Commit
(un chapitre concernant cette partie est assurée par B. Sadeg)
application
résultats
Gérant de
Transactions Globales
STrans.
STrans.
Gérant de
Transactions Locales
Gérant de
Transactions Locales
1.40
7. Les produits industriels des SGBDR
Sur pc
• SQL Server 2000, Sybase (Mode réparti, Two-phase commit, Triggers, Librairie de
fonctions enrichie, Intégrité des données)
• Informix(Consultation multiserveur)
• Ingres(Mode réparti avec : Ingres Star, 2 phases commit).
• MS ACCESS
Sur mainframe
• DB2 : Transaction distribuée,
Définition de données global gestion d’intégrité des données externes,
Données externe (non DB2)
• Oracle
1.41
Oracle/Star
SGBD Oracle
• gestion du dictionnaire de la BDR
SQL*Net
• transparence au réseau
• connexion client-serveur, login à distance automatique
• évaluation de requêtes réparties
• validation en deux étapes et réplication
SQL*Connect : passerelle vers les bases non-Oracle
1.42
8. Database link (sous oracle)
Lien à une table dans une BD distante
Syntaxe :
SQL> CREATE [PUBLIC] DATABASE LINK <nom de lien de base de données> [CONNECT TO
<utilisateur oracle> IDENTIFIED BY <mot de passe utilisateur oracle distant>]
USING '<chaîne de connection>' ;
'chaîne de connection' est une chaîne de connexion SQL*NET définie dans le fichier
(tnsnames.ora).
Exemple : la chaîne de connection 'db2' peut être définie comme suite :
db2=(DESCRIPTION= (ADDRESS_LIST = (ADDRESS=(PROTOCOL=TCP)
(HOST=193.48.166.221)(PORT= 1521)))
(CONNECT_DATA= (SID=distante_db)))
Exemple de creation de lien :
CREATE [PUBLIC] DATABASE LINK nomdb CONNECT TO scott IDENTIFIED BY tiger USING
'db2' ;
select * from Emp@nomdb;
Synonyme: pseudo table locale = table distante
Exemple : create synonym Emp_db2 for Emp@nomdb;
select * from Emp_db2
1.43
Autres requêtes et exemple relatives à Database link
SQL> decribe dba_db_links;
SQL> select owner, db_link, username from dba_db_links;
exemple
SQL> CREATE DATABASE LINK compta_bordeaux CONNECT TO compta IDENTIFIED BY
xyz USING 'la_base_de_bordeaux' ;
SQL> SELECT * FROM balance@compta_bordeaux ;
-- on peut le rendre transparent grace aux synonymes
SQL> CREATE SYNONYM balance FOR balance@compta_bordeaux ;
SQL> SELECT * FROM balance ;
Références
G. Gardarin, O. Gardarin , Le Client-Serveur , Eyrolles, 2e édition, 1996
Bases de données : Introduction et Objectifs, G. Gardarin et L. Bouganim, support de cours, http://georges.gardarin.free.fr/
S. Miranda, A. Ruols , Client-Serveur, Moteurs SQL, middleware, et architectures parallèles Eyrolles, 2e édition, 1996.
M.T.Ozsu, P.Valduriez , Principles of Distributed DataBase Systems Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1991.
G.Gardarin, P.Valduriez , SGBD avancés, BD objets, déductives, réparties, Eyrolles, Paris, 1990.
Didier DONSEZ Répartition, Réplication, Nomadisme, Hétérogénéité dans les SGBDs, polycopié, IMAG, Université Grenoble.