بخشی از مقاله
چکیده
پرداش موازی اجرای یک فرایند به طور همزمان، عموماً با تقسیم عملیات پردازش بر روی چندین پردازنده به منظور افزایش کارایی و در نهایت سرعت بخشیدن به داده ها می شود، پس پردازش موازی در پرسوجو در سیستمهای پایگاه داده، یکی از راههای کاهش زمان پاسخ پرسوجوها و افزایش توان سیستم در پاسخگویی به پرسوجوهای بیشتر است. با رشد اینترنت، توانایی ما برای تولید بسیار مقادیر زیادی از داده به طور چشمگیری افزایش یافته است. این حجم عظیم اطلاعات که باید مدیریت شود و به طور گسترده در جهان منجر به سیستم های پایگاه داده موازی شده است.
سیستم پایگاه داده موازی به دنبال بهبود کارایی سیستم از طریق موازیسازی اپراتورهای مختلف، مانند بارگزاری دادهها، ایجاد اندیکسها و پاسخ به پرسشها است. پایگاه داده موازی فرایندهای پردازش و همچنین ورود و خروج دادهها را برای افزایش سرعت با استفاده از چندین پردازنده و دیسکهای موازی بهبود میبخشد.سیستمهای کامپیوتری مدرن منابع سخت افزاری که سیستم های پایگاه داده را قادر می سازند تا به اجرای وظایف به صورت موازی فراهم شوند.
با این حال هیچ سیستم نرم افزاری به صورت کامل مقیاس پذیر نیست، و سیستم پایگاه داده از این قاعده مستثنی نیستند. ما در این مقاله معماری اصلی سیستمهای پایگاه داده موازی را با هم مقایسه می کنیم. توازن بار پویا پیش نیاز عامل موثری برای بهرهوری سیستم پایگاه داده موازی بزرگ هستند. توازن بار در سطوح مختلف لازم هستمخصوصاٌ تراکنشها و پرسوجو به صورت منحصر به فرد به خوبی زیر پرسوجو به گره باشند.
-1 مقدمه
با گسترش روزافزون استفاده از فناوری اطلاعات، همچنین فراگیر شدن مسائلی مانند اتوماسیون در فرایند کسب و کار و نیز استفاده از تجهیزات دیجیتال که در همه، همواره تولید دادهها وجود دارد، امروزه با مسئلهای به نام انفجار حجم داده مواجه هستیم.
حجم اطلاعاتی که به وسیله سیستمها پردازش می شود، نیاز به افزایش عملکرد سیستم پایگاه داده را ضروری می داند. یک سیستم پایگاه داده موازی به دنبال بهبود کارایی سیستم از طریق موازیسازی اپراتورهای مختلف و افزایش سرعت با استفاده از چندین پردازنده و دیسکهای موازی بهبود میبخشد. برنامههای کاربردی که با پایگاه داده بزرگ سر و کار دارند یا برنامههایی که بایستی تعداد بسیار زیادی ترکنش در واحد زمان - ثانیه - پردازش کند
بیشتر متقاضی سیستم پایگاه داده موازی هستند.
سیستمهای پایگاه داده موازی نسل جدیدی از سیستمهای پایگاه داده و خوشهبندی محیط محاسبات موازی هستند. این سیستمها بر اساس سیستم پایگاه داده MPP - Massively Parallel Processors - با عملکرد بالاتر است.
مطالعه فنآوری پایگاه داده موازی که سرچشمه آن به سال 1970 برمیگردد، به مطالعه عمدتا در عملیات جبر رابطهها و تحقق عملیات رابطهای موازی متمرکز طراحی شده بود. همچنین طراحی سختافزار، پیادهسازی سخت افزاری اختصاص داده شده بر اساس این نوع از معماری پایگاه داده نیز در آن سالها مورد مطالعه قرار گرفت. اواخر 1980، جهت پژوهش فنآوری پایگاه داده موازی به تدریج دستگاه موازی چند منظوره، مطالعه با تمرکز بر سازمان فیزیکی پایگاه داده های موازی، الگوریتمها با پردازنده، حافظه، شبکه و فنآوری، عامل، بهینهسازی و سیاستهای برنامهریزی انجام پذیرفت.
از آنجا که در سالهای 1990 فنآوری پایگاه داده موازی به همراه فن-آوریهای دیگر مرتبط با زیرساخت، پژوهش فنآوری پایگاه داده موازی به یک سطح جدید، مطالعه منتقل شدند، به موازات دستکاری دادههای زمان و فضا در پایگاه داده موازی عملکرد سیستم هدف - عملکرد بالا - و در دسترس بودن بالا از طریق گرههای پردازش متعدد به صورت موازی به انجام کارهای پایگاه داده برای بهبود عملکرد سیستم پایگاه داده به طور کلی و در دسترس بودن پرداختند.
در پایگاه داده موازی فقط یک سیستم مدیریت پایگاه داده وجود دارد که پرسوجوهای مستقل را به بخشهایی تقسیم و به صورت موازی اجرا میکند. کنترل دسترسی به دادهها، مستقل از مکانی است که دادههای موجود در سیستم در حال حاضر در آنجا مستقر شده اند. مؤلفههای پردازش و بهینهسازی پرسوجو در سیستم پایگاه داده موازی فرض میکنند تمام پردازندهها از ابتدا سیستم حاضر و قابل استفاده بوده و در اجرای کارایی پرسوجو مشارکت می کنند. مشارکت پردازندهها در اجرای یک پرسوجو، یا اجباری بوده و یا توسط یک مدیر منبع عمومی کنترل میشود.
معماری سیستمهای پایگاه داده موازی
منظور ازمعماری سیستم پایگاه دادهها موازی، نحوه پیکربندی اجزای سیستمی و یا طرز ترکیب اجزاء سیستم و چگونگی تعامل اجزاء با یکدیگر است، که در آن حداقل یکپایگاه داده، یک سیستم مدیریت پایگاه داده، یک سیستم عامل، یک کامپیوتر با دستگاههایجانبی و تعدادی کاربر وجود دارد و خدمات پایگاهی به کاربران ارائه میکنند. معماری پایگاه داده موازی به نوعی از معماری گفته میشود که در این نوع معماری سعی شده است که با پیاده سازی روشهای کار موازی کارایی سیستم را افزایش دهیم.
الف - معماری بر پایه حافظه مشترک - shared memory -
در این معماری، چند پردازنده از طریق یک شبکه پر سرعت به هم متصل هستند، اطلاعات مورد استفاده خود را در یک حافظه مشترک بین هم قرار می دهد. هزینه ارتباطی در این معماری صفر درنظر گرفته شده است، قابلیت توسعه بیشتر از یک مقدار پردازنده را ندارد زیرا Bus یا ارتباط داخلی شبکه به گلوگاه تبدیل می شوند.
مزایا: هماهنگ سازی فرآیندها سادهتر است- حداقل سربار برای اصلاح تعادل بار - با افزایش تعداد کاربران مشخص می شود - - بالا رفتن تعداد پردازنده استفاده از فضای مشترک بیشتر میشود، از آنجایی اطلاعات منتقل شده در شبکه زیادتر می شود سرعت و در نتیجه کارایی کل کاهش پیدا می کند.
ب - معماری بر پایه دیسک مشترک - shared disk -
در این معماری، چند پردازنده با حافظه مخصوص خود متصل شده اند توسط یک شبکه پرسرعت و با دیسک مشترک با هم در ارتباطند. از نظر تعداد پردازنده توسعه پذیر هستند اما مسئله ارتباط داخلی شبکه، باعث کاهش سرعت می گردد.
مزایا: عدم بروز تنگنا در باس های حافظه - تسهیل تحمل خرابی- هزینه تجهیزاتی کمتر نسبت به روش قبل معایب : دشواری در گسترش سیستم - هزینه بالای گسترش سیستم
ج - معماری بر پایه بدون عنصر مشترک - shared nothing -
در این معماری هر پردازنده، حافظه و دیسک سخت خود دارند و هیچ حافظه ای را به اشتراک نمی گذارند. تمامی ارتباطات میان پردازنده از طریق شبکه بین آنها تولید می شود.
شبکه حسگر بیسیم - WSN - شامل تعدادی از گره حسگر مستقل و پلتفرم طبیعی برای ساختار بدون عنصر مشترک فراهم می کند تا پردازش موازی را انجام دهد. حداقل هزینه ارتباطی که مشتری از انرژی باتری استفاده می کند را کاهش میدهد.
مزایا: صدها پردازنده در یک سیستم واحد ترکیب میشوند.-پیاده سازی آسانتر - استقلال گره معایب: هزینه ارتباطی بین گرهها زیاد است - هزینه دستیابی غیر محلی زیاد
د - معماری بر پایه چند سطحی - hierarchical -
در این معماری که در واقع ترکیبی از روشهای بالا است که قسمت به قسمت به از طریق روش بدون اشتراک گذاشتن منابع به هم متصل شدهاند، اما داخل هر قسمت از پردازندهها با هم منابع را به اشتراک میگذارند.
مزایا: سرعت بالا - حل مشکلات معماریهای بالا معایب: هزینه تجهیزات، پیادهسازی، نگهداری بالاست.[4]
سیستمهای تجاری پایگاه داده موازی - Ebay-PayMadlib - بر پایه معماری سلسله مراتبی استوار است.
شکل1 انواع معماری سیستم پایگاه داده موازی
تخصیص حجم بار
به تقسیم عادلانه محاسبات بر روی همه پردازندهها، عمل موازنه بار گفته میشود. عمل موازنه بار - Load - balancing نیز کمک میکند تا از همه پردازندهها به طور یکنواخت استفاده شود.
