分布式数据库管理系统 - 复制控制

本章探讨复制控制，这是在所有站点中维护一致数据所必需的。 我们将研究复制控制技术以及复制控制所需的算法。

如前所述，复制是分布式数据库中使用的一种技术，用于在不同站点存储数据表的多个副本。 在多个站点中拥有多个副本的问题是维护数据一致性的开销，特别是在更新操作期间。

为了保持所有站点的数据相互一致，需要采用复制控制技术。 复制控制有两种方法，即 −

• 同步复制控制
• 异步复制控制

同步复制控制

在同步复制方法中，数据库是同步的，因此所有复制始终具有相同的值。 请求数据项的事务将有权访问所有站点中的相同值。 为了确保这种一致性，更新数据项的事务被扩展，以便它在数据项的所有副本中进行更新。 一般采用两阶段提交协议来达到此目的。

例如，让我们考虑一个数据表 PROJECT(PId, PName, PLocation)。 如果 PLocation 是"Bombay"，我们需要运行事务 T1 将 PLocation 更新为"Mumbai"。 如果没有复制，则事务 T1 中的操作将是 −

Begin T1: 
   Update PROJECT Set PLocation = 'Mumbai' 
   Where PLocation = 'Bombay'; 
End T1;

如果数据表在站点 A 和站点 B 中有两个副本，则 T1 需要生成与这两个站点对应的两个子项 T1A 和 T1B。 扩展后的事务T1将是 −

Begin T1: 
   Begin T1A : 
      Update PROJECT Set PLocation = 'Mumbai' 
      Where PLocation = 'Bombay'; 
   End T1A;  
	
   Begin T2A : 
      Update PROJECT Set PLocation = 'Mumbai'
      Where PLocation = 'Bombay'; 
   End T2A; 
	
End T1;

异步复制控制

在异步复制方法中，副本并不总是保持相同的值。 一个或多个副本可能存储过时的值，并且事务可以看到不同的值。 将所有副本调整为当前值的过程称为同步。

一种流行的同步方法是存储转发方法。 在此方法中，将一个站点指定为主站点，其他站点指定为辅助站点。 主站点始终包含更新的值。 所有的事务首先进入主站点。 然后，这些事务将在辅助站点中排队等待应用。 仅当计划在辅助站点上执行事务时，才会使用 rollout 方法更新辅助站点。

复制控制算法

一些复制控制算法是 −

• 主从复制控制算法。
• 分布式投票算法。
• 多数一致算法。
• 流通令牌算法。

主从复制控制算法

有一个主站点和"N"个从站点。 主算法在主站点运行以检测冲突。 从属算法的副本在每个从属站点运行。 整体算法分以下两个阶段执行 −

• 事务接受/拒绝阶段 − 当事务进入从站点的事务监视器时，从站点向主站点发送请求。 主站点检查冲突。 如果没有任何冲突，主站将向从站发送"ACK+"消息，然后从站开始事务申请阶段。 否则，主设备会向从设备发送"ACK-"消息，然后从设备会拒绝该事务。

• 事务申请阶段 − 进入该阶段后，事务已进入的从站点向所有从站点广播执行事务的请求。 收到请求后，对等从属设备执行事务并在完成后向发出请求的从属设备发送"ACK"。 请求从站收到来自所有对等方的"ACK"消息后，它会向主站发送"DONE"消息。 主节点知道事务已完成并将其从待处理队列中删除。

分布式投票算法

这由"N"个对等站点组成，所有这些站点都必须在事务开始执行之前"确定"事务。 以下是该算法的两个阶段 −

• 分布式事务接受阶段 − 当事务进入某个站点的事务管理器时，它会向所有其他站点发送事务请求。 收到请求后，对等站点使用基于优先级的投票规则解决冲突。 如果所有对等站点都对事务"OK"，则请求站点开始申请阶段。 如果任何对等站点未"确定"事务，则请求站点将拒绝该事务。

• 分布式事务应用阶段 − 进入该阶段后，事务进入的站点向所有从站广播执行事务的请求。 收到请求后，对等从站执行事务并在完成后向发出请求的从站发送"ACK"消息。 当请求从属设备收到来自所有对等方的"ACK"消息后，它会让事务管理器知道事务已完成。

多数一致算法

这是分布式投票算法的一种变体，当大多数节点"OK"事务时，事务就被允许执行。 这分为三个阶段 −

• 投票阶段 − 当事务进入某个站点的事务管理器时，它会向所有其他站点发送事务请求。 收到请求后，对等站点使用投票规则测试冲突，并将冲突的事务(如果有)保留在待处理队列中。 然后，它发送"OK"或"NOT OK"消息。

• 事务接受/拒绝阶段 − 如果请求站点在事务中收到多数"OK"，则它接受该事务并向所有站点广播"ACCEPT"。 否则，它向所有站点广播"REJECT"并拒绝事务。

• 事务申请阶段 − 当对等站点收到"REJECT"消息时，它会从其待处理列表中删除该事务并重新考虑所有推迟的事务。 当对等站点收到"ACCEPT"消息时，它会应用该事务并拒绝挂起队列中与该事务冲突的所有延迟事务。 完成后，它会向发出请求的从属设备发送"ACK"。

流通令牌算法

在这种方法中，系统中的事务使用循环令牌进行序列化，并针对数据库的每个副本相应地执行。 因此，所有事务均被接受，即没有事务被拒绝。 这有两个阶段 −

• 事务序列化阶段 − 在此阶段，所有事务都计划按序列化顺序运行。 每个站点中的每笔事务都会被分配一个来自连续序列的唯一票证，指示事务的顺序。 一旦事务被分配了票证，它就会被广播到所有站点。

• 事务申请阶段 − 当站点收到事务及其票证时，它会根据其票证放置该事务以供执行。 事务完成执行后，该站点会广播适当的消息。 当事务在所有站点中完成执行时结束。