并行數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)

1、并行數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)author:skatetime:2010-03-11并行數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)并行數(shù)據(jù)庫(kù)要求盡可能的并行執(zhí)行所有的數(shù)據(jù)庫(kù)操作，從而在整體上提高數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的性能。根據(jù)所在的計(jì)算機(jī)的處理器Processor）、內(nèi)存（Memory及存儲(chǔ)設(shè)備（Storage的相互關(guān)系，并行數(shù)據(jù)庫(kù)可以歸納為三種基本的體系結(jié)構(gòu)（這也是并行計(jì)算的三種基本體系結(jié)構(gòu)），即：共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)（Shared-Memory、共享磁盤(pán)結(jié)構(gòu)（Shared-Disk無(wú)共享資源結(jié)構(gòu)（Shared-Nothing。1、共享內(nèi)存（Shared-Memory結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)包括多個(gè)處理器、一個(gè)全局共享的內(nèi)存（主存儲(chǔ)器）和多個(gè)磁盤(pán)存儲(chǔ)，各個(gè)處理器

2、通過(guò)高速通訊網(wǎng)絡(luò)InterconnectionNetwork與共享內(nèi)存連接，并均可直接訪問(wèn)系統(tǒng)中的一個(gè)、多個(gè)或全部的磁盤(pán)存儲(chǔ)，在系統(tǒng)中，所有的內(nèi)存和磁盤(pán)存儲(chǔ)均由多個(gè)處理器共享。（1）提供多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)的處理器通過(guò)全局共享內(nèi)存來(lái)交換消息和數(shù)據(jù)，通訊效率很高，查詢內(nèi)部和查詢間的并行性的實(shí)現(xiàn)也均不需要額外的開(kāi)銷(xiāo)；2）數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在多個(gè)磁盤(pán)存儲(chǔ)上，并可以為所有處理器訪問(wèn)；（3）在數(shù)據(jù)庫(kù)軟件的編制方面與單處理機(jī)的情形區(qū)別也不大。這種結(jié)構(gòu)由于使用了共享的內(nèi)存，所以可以基于系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)荷來(lái)動(dòng)態(tài)地給系統(tǒng)中的各個(gè)處理器分配任務(wù)，從而可以很好地實(shí)現(xiàn)負(fù)荷均衡。這種結(jié)構(gòu)硬件資源之間的互連比較復(fù)雜，硬件成本較高；

3、由于多個(gè)處理器共享內(nèi)存，所以系統(tǒng)中的處理器數(shù)量的增加會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的內(nèi)存爭(zhēng)用，因此系統(tǒng)中處理器的數(shù)量受到限制，系統(tǒng)的可擴(kuò)充性較差；此外，由于共享內(nèi)存的機(jī)制，會(huì)導(dǎo)致共享內(nèi)存的任何錯(cuò)誤將影響到系統(tǒng)中的全部處理器，使得系統(tǒng)的可用性表現(xiàn)得也不是很好；其實(shí)shared-Memory吉構(gòu)也就是SMP結(jié)構(gòu)。2、共享磁盤(pán)（Shared-Disk結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)由多個(gè)具有獨(dú)立內(nèi)存（主存儲(chǔ)器）的處理器和多個(gè)磁盤(pán)存儲(chǔ)構(gòu)成，各個(gè)處理器相互之間沒(méi)有任何直接的信息和數(shù)據(jù)的交換，多個(gè)處理器和磁盤(pán)存儲(chǔ)由高速通信網(wǎng)絡(luò)連接，每個(gè)處理器都可以讀寫(xiě)全部的磁盤(pán)存儲(chǔ)。這種結(jié)構(gòu)常用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)集群，硬件成本低、可擴(kuò)充性好、可用性強(qiáng)，且可很容易地從單

4、處理器系統(tǒng)遷移，還可以容易地在多個(gè)處理器之間實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。這也就是MPP結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。缺點(diǎn)：A.這種結(jié)構(gòu)的一個(gè)明顯不足是多個(gè)處理器使用系統(tǒng)中的全部的磁盤(pán)存儲(chǔ)，因此，當(dāng)處理器增加時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致磁盤(pán)爭(zhēng)用而導(dǎo)致的性能問(wèn)題。B.系統(tǒng)中的每一個(gè)處理器可以訪問(wèn)全部的磁盤(pán)存儲(chǔ)，磁盤(pán)存儲(chǔ)中的數(shù)據(jù)被復(fù)制到各個(gè)處理器各自的高速緩沖區(qū)中進(jìn)行處理，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)多個(gè)處理器同時(shí)對(duì)同一磁盤(pán)存儲(chǔ)位置進(jìn)行訪問(wèn)和修改，最終導(dǎo)致數(shù)據(jù)的一致性無(wú)法保障，因此，在結(jié)構(gòu)中需要增加一個(gè)分布式緩存管理器來(lái)對(duì)各個(gè)處理器的并發(fā)訪問(wèn)進(jìn)行全局控制與管理，這會(huì)帶來(lái)額外的通信開(kāi)銷(xiāo)。Oracle的RAC就是樣的結(jié)構(gòu)3、無(wú)共享資源（Shared-Nothing結(jié)構(gòu)該

5、結(jié)構(gòu)由多個(gè)完全獨(dú)立的處理節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，每個(gè)處理節(jié)點(diǎn)具有自己獨(dú)立的處理器、獨(dú)立的內(nèi)存（主存儲(chǔ)器）和獨(dú)立的磁盤(pán)存儲(chǔ)，多個(gè)處理節(jié)點(diǎn)在處理器級(jí)由高速通信網(wǎng)絡(luò)連接，系統(tǒng)中的各個(gè)處理器使用自己的內(nèi)存獨(dú)立地處理自己的數(shù)據(jù)。這種結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)處理節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)小型的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，多個(gè)節(jié)點(diǎn)一起構(gòu)成整個(gè)的分布式的并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。由于每個(gè)處理器使用自己的資源處理自己的數(shù)據(jù)，不存在內(nèi)存和磁盤(pán)的爭(zhēng)用，提高的整體性能。另外這種結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的可擴(kuò)展性一一只需增加額外的處理節(jié)點(diǎn)，就可以以接近線性的比例增加系統(tǒng)的處理能力。這種結(jié)構(gòu)中，由于數(shù)據(jù)是各個(gè)處理器私有的，因此系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的分布就需要特殊的處理，以盡量保證系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載基本平衡，但在目前的數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域，這個(gè)數(shù)據(jù)分布問(wèn)題已經(jīng)有比較合理的解決方案。由于數(shù)據(jù)是分布在各個(gè)處理節(jié)點(diǎn)上的，因此，使用這種結(jié)構(gòu)的并行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，在擴(kuò)展時(shí)不可避免地會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)在整個(gè)系統(tǒng)范圍內(nèi)的重分布（Re-Distributior）問(wèn)題。目前，在并行數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域，Shared-Memory吉構(gòu)很少被使用了，Shared-Disk結(jié)構(gòu)和Shared-Nothing吉構(gòu)則由于其各自的優(yōu)勢(shì)而得以應(yīng)用