史上最も包括的な分散データベースの概要

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1. はじめに

従来のデータベース技術の成熟度が高まり、コンピュータ ネットワーク技術が急速に発展し、その適用範囲が拡大するにつれて、データベース アプリケーションは一般的にコンピュータ ネットワーク上に構築されるようになりました。現時点では、集中型データベース システムには欠点があります。データは実際のニーズに応じてネットワーク上に分散されて保存されており、集中処理では必然的に通信オーバーヘッドが大きくなってしまいます。アプリケーションプログラムが 1 台のコンピュータに集中しており、そのコンピュータに障害が発生するとシステム全体に影響が及び、信頼性が高くありません。集中処理では、システムの規模と構成に柔軟性がなくなり、システムのスケーラビリティが低下します。このような状況下で、集中型 DB の「集中コンピューティング」という概念は、「分散コンピューティング」という概念へと発展しました。分散コンピューティングは、主にクライアント/サーバー モデルと分散データベース アーキテクチャという 2 つの側面に反映されます。

2. 分散データベースシステムの概要

伝統的なデータベース技術が成熟するにつれて、コンピュータネットワーク技術が急速に発展し、その適用範囲が拡大し、分散を主な特徴とするデータベースシステムの研究開発が注目を集めています。分散データベースは、データベース技術とネットワーク技術の組み合わせの産物であり、データベース分野の一分野を形成しています。分散データベースの研究は 1970 年代半ばに始まりました。世界初の分散データベース システム SDD-1 は、1979 年に Computer Corporation of America (CCA) によって DEC コンピュータに実装されました。1990 年代以降、分散データベース システムは商用アプリケーションの段階に入りました。従来のリレーショナル データベース製品は、コンピュータ ネットワークとマルチタスク オペレーティング システムを中核とする分散データベース製品へと発展しました。同時に、分散データベースは徐々にクライアント/サーバー モデルへと進化してきました。

3. DDBS（分散データベースシステム）の分類

（１）同種DDBS：すべてのサイトで同じタイプのデータモデル（たとえば、すべてがリレーショナル）と同じタイプのDBMSを使用します。

（2）同種DDBS：各サイトは同じタイプのデータモデルを使用しますが、DBMSモデルはDB2、ORACLE、SYBASE、SQL Serverなど異なります。

（３）異種DDBS：異なるサイトのデータモデルは、モデルもタイプも異なります。コンピュータ ネットワーク技術の発展により、異機種マシンのネットワーク化の問題は十分に解決されました。このとき、異種 DDBS を使用して、ネットワーク全体のさまざまな異種ローカル ライブラリにデータを保存およびアクセスできます。

4. DDBSの特徴、利点、欠点

DDBS の基本機能:

（１）物理的な分散：データは１か所に保存されるのではなく、コンピュータネットワーク上の複数の場所に保存されます。

（２）論理的整合性：データは物理的には複数のサイトに分散されているが、論理的には一体となっている。すべてのユーザー（グローバル ユーザー）で共有され、DDBMS によって一元的に管理されます。

（３）サイトの自律性：各サイトのデータは、サイトのアプリケーション（ローカルアプリケーション）を完了するための自律的な処理機能を備えたローカルDBMSによって管理されます。

（４）会場間の連携：各会場は高い自治権を持ちながらも、互いに連携し全体を形成している。

DDBSのその他の機能

（１）データの独立性

（２）中央集権と自律性を組み合わせた制御機構

（３）データの冗長性を適切に高める

（４）取引管理の分散

DDBSの利点

（１）柔軟なアーキテクチャ

（２）分散型管理統制組織への適応

（３）優れた経済パフォーマンス

（４）高いシステム信頼性と優れた可用性

（５）ローカルアプリケーションの応答速度が速い

（５）優れた拡張性と既存システムとの容易な統合

DDBSの欠点

（１）システムオーバーヘッドは、主に通信部分で比較的大きい。

（２）複雑なアクセス構造（補助索引やファイルリンク技術など）は、集中型DBSにおける効率的なデータアクセスのための重要な技術であるが、分散型システムでは効果的でない可能性がある。

（３）データのセキュリティと機密性の取り扱いが難しい。

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5. データシャーディング

タイプ：

（１）水平シャーディング：特定の条件に従って、グローバルリレーションのすべてのタプルを複数の重複しないサブセットに分割し、各サブセットはリレーションのフラグメントです。

（２）垂直シャーディング：グローバルリレーションの属性セットを複数のサブセットに分割し、これらのサブセットに対して射影演算を実行する。各突起は垂直シャードと呼ばれます。

（３）エクスポートシャーディング：エクスポート水平シャーディングとも呼ばれ、水平シャーディングの条件はこの関係の属性の条件ではなく、他の関係属性の条件です。

（４）ハイブリッドシャーディング：上記３つの方法を組み合わせたもの。最初に水平にシャーディングしてから垂直にシャーディングすることも、最初に垂直にシャーディングしてから水平にシャーディングすることも、その他の方法でシャーディングすることもできますが、結果は異なります。

状態：

（１）完全性条件：グローバルリレーションのすべてのデータはフラグメントにマッピングされなければならず、グローバルリレーションに属しているがそのフラグメントのいずれにも属さないデータを持つことは許可されない。

（２）再構築条件：同一のグローバル関係の断片からグローバル関係を再構築できることが保証されなければならない。水平シャーディングの場合、結合操作を使用してグローバル関係を再構築できます。垂直シャーディングの場合、結合操作を使用してグローバル関係を再構築できます。

（３）非交差条件：グローバルリレーションシップを分割した後に得られるデータフラグメントが互いに重複しないことを要求する（垂直シャーディングの主キーを除く）。

6. データ配信方法

（１）集中化：すべてのデータ断片が同じ場所に配置されます。

（２）パーティション化：すべてのデータのコピーは１つだけ存在し、複数の論理フラグメントに分割され、各論理フラグメントは特定の場所に割り当てられます。

（4）完全複製：データは各場所に繰り返し保存されます。つまり、各サイトにはデータの完全なコピーが存在します。

（５）ハイブリッド：分割型と完全複製型の中間の分散方式です。

7. 建築

• データ シャーディングとデータ分散の概念を分離することで、「独立したデータ分散」という概念が形成されます。
• データの冗長性の明示的な制御。分散モードでは各サイトのデータの分散が明確に表示されるため、システム管理が容易になります。
• ローカル DBMS の独立性。この機能は「ローカル マッピングの透明性」とも呼ばれます。この機能により、ローカル DBMS 固有のデータ モデルを考慮せずに、DDB 管理に関連する問題を調査できます。

8. 分散データベース管理システム

• ユーザー要求を受け入れ、その要求をどこに送信するか、または要求を満たすためにどのコンピューターにアクセスする必要があるかを決定します。
• ネットワーク データ ディクショナリにアクセスして、そこに含まれる情報を要求および使用する方法を学習します。
• 対象データがシステム内の複数のコンピュータに保存されている場合は、分散処理を行う必要があります。
• 通信インターフェース機能。ユーザー、ローカル DBMS、および他のコンピュータ上の DBMS 間の調整。
• 異機種分散処理環境では、データとプロセスの移行のサポートも必要です。ここでの異質性とは、各サイトのハードウェアとソフトウェアの違いを指します。

IX.まとめ

（１）「分散コンピューティング」という概念は、集中型DBSの枠組みを打ち破ります。データ分散によりシステムは分散 DB へと移行し、機能分散によりシステムは C/S へと移行します。これらは DBS の 2 つの開発です。

（２）C/Sシステムは、通常、ローカルエリアネットワークによって接続されたコンピュータネットワークで構成される。ほとんどの場合、クライアントはマイクロコンピュータです。サーバーはミニコンピュータやメインフレームである場合もありますが、ほとんどの場合、マイクロコンピュータやハイエンドのマイクロコンピュータも使用されます。アプリケーションはクライアント上で処理され、DBMS と OS のデータ管理はサーバー上に置かれます。

（３）C/S構造は2層、3層から多層へと進化した。一般的な傾向としては、クライアントをより薄くし、ブラウザに似たものにすることです。サーバーの種類も増え、システムの構築も容易になりました。

（4）C/Sシステムはアプリケーションをユーザーに近づけ、より優れたパフォーマンスとより複雑なインターフェースをユーザーに提供します。

（５）集中型システムをベースに開発された分散型システム。 DDB は、データベース テクノロジとネットワーク テクノロジを組み合わせた製品です。コンピュータネットワーク技術の急速な発展に伴い、DDBS はデータベース分野の主流になりつつあります。

（６）DDBはデータ分散と論理整合性の特性を持つ。 DDBS は、複数のサイトを含むグローバル アプリケーションをサポートできます。 DDB には、データ シャーディングとデータ分散という 2 つのデータ ストレージ戦略があります。

（７）DDBスキーマ構造はDDBSを理解するための共通の概念構造を提供します。流通の透明性は DDBS が追求する目標です。 DDBMS は、分散環境における論理的に統合されたデータのアクセス、一貫性、有効性、完全性を管理するソフトウェア システムです。

（８）DDBSでは、データはさまざまなサイトに分散されており、システムの最も重要なパフォーマンス目標は、ネットワーク内で情報が送信される回数と送信されるデータの量を最小限に抑えることです。セミ結合ベースの最適化戦略は、分散クエリでよく使用される手法です。

（９）同時実行制御と回復に関しては、集中型DBMS環境では発生しない多くの問題がDDBMS環境で発生します。分散同時実行制御には、プライマリ サイト方式とプライマリ コピー方式が含まれ、バックアップ サイト テクノロジによって補完されます。