arquitectura de sistemas de bases de datos

5/10/2018 Arquitectura de Sistemas de Bases de Datos - slidepdf.com

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Arquitecturas de Sistemas de Bases de DatosBases de Datos

Ingeniería de SistemasUIA

Marianne Ulate ArburolaUniversidad Internacional De Las Americas

I






II

INDICE

Introducción……………………………………………………………………IIArquitecturas de Sistemas de Bases de Datos………………………………VSistemas Centralizados…………………………………………………………VI

Características Funcionales……………………VICaracterísticas Físicas………………………….VIICaracterísticas Lógicas…………………………VIIVentajas e Inconvenientes……………………...VII

Sistemas Cliente-Servidor…………………………………………………..….IXCaracterísticas de la arquitectura ………………IX

Niveles de la arquitectura………………...…..XTipos de Arquitectura Cliente-Servidor…….….XIVentajas e Inconvenientes…………………...…XIIIFases de Implantación………………………….XVServidor de Transacciones……………….……..XVIIIServidor de Datos……………………………….XIX

Sistemas Paralelos………………………………………………………………XXVariaciones de la arquitectura………………….XXGanancia de ampliabilidad………………...…….XXIIProcesamiento de consultas y optimización……..XXIIProblemas del Paralelismo……………………….XXIII

Redes de Interconexión……………………..….XXIIISistemas Distribuidos………………………………………………………….XXIV

Objetivo Primordial………………………………XXVCaracterísticas Inmediatas……………………….XXVComo distribuir la información?........................XXVLa Arquitectura Cuenta Con……………….…….XXVVentajas de un sistema distribuido………………XXVIDesventajas de un sistema distribuido…………...XXVIProblemas de los sistemas distribuidos…..……XXVIRedes de comunicación utilizadas………….…..XXVII

Conclusión………………………………………..………………………………XXVIII

Bibliografía……………………………………………………………………….XXX






III

INDICE DE TABLAS Y FIGURAS

Fig. 1 Sistema centralizado …………………………………………….…..VIIIFig.2 Cliente-Servidor……………………………………………...…….….IXFig.3 Niveles de arquitectura cliente-servidor…………………………..….XFig.4 Arquitectura dos capas…………………………………………..…….XIFig.5 Arquitectura 3 capas….........................................................................XIIFig.6 Memoria Compartida……………………………………...….………XXFig.7 Disco compartido……………………………………………..………XXI

Fig.8 Sin compartimiento…………………………………………..….……XXIFig.9 Jerárquico………………………………………………………..……XXIFig.10 Que es un sistema distribuido………………………………..……...XXIVFig.11 Arquitectura distribuida………………………………………………XXVI






IV

Introducción

El tema que estudiaremos a continuación es la arquitectura de sistemas de bases

de datos, exploraremos los distintos tipos de arquitecturas de bases de datos,comenzaremos por los sistemas centralizados, pasando a los sistemas cliente-servidor, paralelos y distribuidos.

Como tendremos la oportunidad de ver a continuación, la arquitectura de un sistemade base de datos esta influenciada en gran parte por el sistema informáticosubyacente en el que se ejecuta el sistema de bases de datos.

En la arquitectura de un sistema de bases de datos se manifiestan aspectos como la

conexión en red, el paralelismo y la distribución, cada uno de estos temas loestaremos retomando en el transcurso del trabajo.






V

Arquitecturas de Sistemas de Bases de Datos

Como se fue mencionado anterior mente en la arquitectura de bases de datos haydiferentes influencias una de las principales es sistema informático subyacente enel cual se va a encontrar la bases de datos, a continuación explicaremos algunosaspectos sobresalientes de las arquitectura de bases de datos:

• Conexión en red: en esta conexión de computadoras se vera la ejecución detareas en un sistema servidor y en sistemas clientes. De aquí se deriva elsistema Cliente-Servidor.

• Procesamiento paralelo dentro d e una computadora: Agiliza el proceso de lastareas dentro de una base d e datos.

• Distribución de datos: permite la accesibilidad de diferentes departamentos o puntos.






VI

Sistemas Centralizados

Nace en torno a una concepción tradicional de la organización, con estructuracentralizada y jerárquica, dividida en departamentos. Cada departamento tiene unasactividades muy concretas, las relaciones que pueda establecer con otros departamentosestán muy definidas y limitadas y suelen realizarse a través de la jerarquía.

El sistema de la base de datos centralizados se ejecuta en el único sistemainformático, sin interactuar con ningún otro sistema.

La arquitectura está centralizada en un servidor central al que sólo tienen acceso losusuarios del departamento correspondiente, no puede estar ubicada en varias partessino en su totalidad en un solo equipo, a el podrán ingresar los usuarios quenecesiten hacer uso de ella.

Estos sistemas abarcan a los típicos equipos monopuestos1, y a los equipos consistemas multipuesto2, donde la base de datos esta centralizada en el sistema principal.

Las tareas de gestión y control son mas sencillas pero no suelen ofrecer solucionesexcesivamente avanzadas en la gestión de bases de datos.

Características funcionales

• El ordenador central es el único ordenador de la organización.• El contiene todos los datos y es el responsable de la consolidación de la

información.• Desde el ordenador central se controla el acceso a múltiples terminales

conectados a través de productos integrados en la arquitectura de red delsuministrador.• Los terminales funcionan como "esclavos" del ordenador central.• Cada usuario tiene un número asignado, y unos derechos y prioridades de

ejecución en la máquina de sus programas o peticiones.

1 Monopuesto: Computadoras personales y estaciones de trabajo.2 Multipuesto: Más componentes físicos trabaja con un sistema operativo multiusuario.






VII

Características físicas

• Único ordenador corporativo dimensionado para soportar todos los procesos de laorganización, todos los datos y las posibles comunicaciones con las delegaciones.

• Una gran base de datos donde residen todos los datos del organismo.• Impresoras y terminales (u ordenadores personales con emulación de terminal)

como puestos de trabajo conectados en grupos (clusters) al ordenador central.

Características lógicas

• Ejecución de todos los procesos en el ordenador corporativo.• Si la empresa está dispersa geográficamente y dispone de comunicaciones, todos

los puestos de trabajo están conectados al ordenador formando una "estrella".Ventajas e Inconvenientes

• Entre las principales ventajas se encuentran:

• Alto rendimiento transaccional.• Alta disponibilidad.• Entorno probado y personal experimentado.• Control total del ordenador, al ser éste único y residente en un único Centro de

Proceso de Datos.•

Concentración de todo el personal de explotación y administración del sistemaen un único Centro de Proceso de Datos.• Alto nivel de seguridad

• Entre los inconvenientes destacan:

• Alto precio del ordenador, al requerirse mucha potencia de tratamiento paradar servicio a todos los usuarios que estén conectados y gran espacio en disco para albergar todos los datos del organismo.

• Alta dependencia de las comunicaciones si existen. En caso de caída de unalínea, todos los puestos de trabajo dependientes de dicha línea quedan

inoperantes.• Interfaces de usuario de caracteres (no gráficos) y, por lo tanto, pocoamigables.

• Arquitecturas propietarias.






VIII

Fig. 1 sistema centralizado

Disco Disco

UCP

Controlador de disco de

disco

Controlador de

impresora

Controlador de unidadde cinta

Impresora

Controlador dememoria

Memoria

Unidades de cinta






IX

Sistemas Cliente-Servidor

La Arquitectura Cliente/Servidor.- Es un modelo para el desarrollo de sistemas deinformación en el que las transacciones se dividen en procesos independientes quecooperan entre sí para intercambiar información, servicios o recursos. Se denominacliente al proceso que inicia el diálogo o solicita los recursos y servidor al proceso queresponde a las solicitudes.

Arquitecturas múltiples clientes / múltiples servidores .- Son mas flexibles, ya que la basede datos es distribuida en varios servidores. Cada cliente tiene un servidor directo al cualhace sus peticiones. La comunicación entre los servidores ejecuta las transacciones y peticiones de los usuarios y esta es transparente para ellos.

Arquitecturas de igual a igual.-Un DBMS verdadero no distingue entre cliente y servidor.Idealmente cada maquina puede desempeñar la funcionalidad de cliente y de servidor. La base de datos es físicamente distribuida en diferentes lugares fragmentado y replicandolos datos. La fragmentación es deseable ya que hace posible el poner los datos cerca delos usuarios que los necesitan, de esta forma reduciendo potencialmente el costo de latransmisión y reduciendo el tamaño de las relaciones involucradas en las consultas de losusuarios.

Entre las principales características de la arquitectura cliente/servidor se pueden destacar las siguientes:

• El servidor presenta a todos sus clientes una interfaz única y bien definida.• El cliente no necesita conocer la lógica del servidor, sólo su interfaz externa.• El cliente no depende de la ubicación física del servidor, ni del tipo de equipo

físico en el que se encuentra, ni de su sistema operativo.• Los cambios en el servidor implican pocos o ningún cambio en el cliente.

fig.2 Cliente servidor.

Cliente Cliente Cliente Cliente

Servidor






X

Niveles de la arquitectura: Esta arquitectura se puede clasificar en cinco niveles,según las funciones que asumen el cliente y el servidor, tal y como se puede ver en elsiguiente diagrama:

Fig. 3 Niveles de arquitectura Cliente-Servidor

Primer nivel: el cliente asume parte de las funciones de presentación de la aplicación, yaque en el servidor aun hay programas que se dedican a ese tipo de tareas. Dichadistribución se realiza mediante el uso de productos para el "maquillaje" de las pantallasdel mainframe3. Esta técnica no exige el cambio en las aplicaciones orientadas aterminales, pero dificulta su mantenimiento. Además, el servidor ejecuta todos los procesos y almacena la totalidad de los datos. En este caso se dice que hay una presentación distribuida o embellecimiento.

Segundo nivel: la aplicación está soportada directamente por el servidor, excepto la presentación que es totalmente remota y reside en el cliente. Los terminales del clientesoportan la captura de datos, incluyendo una validación parcial de los mismos y una presentación de las consultas. En este caso se dice que hay una presentación remota.

Tercer nivel: la lógica de los procesos se divide entre los distintos componentes delcliente y del servidor. El diseñador de la aplicación debe definir los servicios y lasinterfaces del sistema de información de forma que los papeles de cliente y servidor seanintercambiables, excepto en el control de los datos que es responsabilidad exclusiva delservidor. En este tipo de situaciones se dice que hay un proceso distribuido o cooperativo.

Cuarto nivel: el cliente realiza tanto las funciones de presentación como los procesos. Por su parte, el servidor almacena y gestiona los datos que permanecen en una base de datoscentralizada. En esta situación se dice que hay una gestión de datos remota.

3 Mainframe: ”gran ordenador" u "ordenador central"






XI

Quinto nivel: el reparto de tareas es como en el anterior y además el gestor de base dedatos divide sus componentes entre el cliente y el servidor. Las interfaces entre ambosestán dentro de las funciones del gestor de datos y, por lo tanto, no tienen impacto en el

desarrollo de las aplicaciones. En este nivel se da lo que se conoce como bases de datosdistribuidas.

Tipos de Arquitectura Cliente-Servidor:

Arquitectura de 2 capas:

La arquitectura cliente/ servidor tradicional es una solución de 2 capas. Laarquitectura de 2 capas consta de tres componentes distribuidos en dos capas: cliente(solicitante de servicios) y servidor (proveedor de servicios). Los tres componentes son:

- Interfaz de usuario.- Gestión del procesamiento.

- Gestión de la base de datos.

Fig. 4 Arquitectura 2 Capas.

Hay 2 tipos de arquitecturas cliente servidor de dos capas:

- Clientes obesos (thick clients): La mayor parte de la lógica de la aplicación (gestión del procesamiento) reside junto a la lógica de la presentación (interfaz de usuario) en elcliente, con la porción de acceso a datos en el servidor.

- Clientes delgados (thin clients): solo la lógica de la presentación reside en el cliente, conel acceso a datos y la mayoría de la lógica de la aplicación en el servidor.






XII

Es posible que un servidor funcione como cliente de otro servidor. Esto es conocidocomo diseño de dos capas encadenado.

Limitaciones:

- El número usuarios máximo es de 100. Más allá de este número de usuarios se excede lacapacidad de procesamiento.

- No hay independencia entre la interfaz de usuario y los tratamientos, lo que hacedelicada la evolución de las aplicaciones.

- Dificultad de relocalizar las capas de tratamiento consumidoras de cálculo.

- Reutilización delicada del programa desarrollado bajo esta arquitectura. Arquitectura de 3 capas:

La arquitectura de 3 capas surgió para superar las limitaciones de la arquitectura de 2capas. La tercera capa (servidor intermedio) está entre el interfaz de usuario (cliente) y elgestor de datos (servidor). La capa intermedia proporciona gestión del procesamiento yen ella se ejecutan las reglas y lógica de procesamiento. Permite cientos de usuarios (encomparación con sólo 100 usuarios de la arquitectura de 2 capas). La arquitectura de 3capas es usada cuando se necesita un diseño cliente / servidor que proporcione, encomparación con la arquitectura de 2 capas, incrementar el rendimiento, flexibilidad,mantenibilidad, reusabilidad y escalabilidad mientras se esconde la complejidad del procesamiento distribuido al usuario.

Fig. 5 Arquitectura 3 capas






XIII

Limitaciones:

Construir una arquitectura de 3 capas es una tarea complicada. Las herramientasde programación que soportan el diseño de arquitecturas de 3 capas no proporcionantodos los servicios deseados que se necesitan para soportar un ambiente de computacióndistribuida. Un problema potencial en el diseño de arquitecturas de 3 capas es que laseparación de la interfaz gráfica de usuario, la lógica de gestión de procesamiento y lalógica de datos no es siempre obvia. Algunas lógicas de procesamiento de transacciones pueden aparecer en las 3 capas. La ubicación de una función particular en una capa u otradebería basarse en criterios como los siguientes:

- Facilidad de desarrollo y comprobación.

- Facilidad de administración.

- Escalabilidad de los servidores.

- Funcionamiento (incluyendo procesamiento y carga de la red).

El middleware:

Como hemos visto, las capas están localizadas en máquinas diferentes que estánconectadas a través de la red. El middleware es el software que proporciona un conjuntode servicios que permite el acceso transparente a los recursos en una red. El middlewarees un módulo intermedio que actúa como conductor entre dos módulos de software. Paracompartir datos, los dos módulos de software no necesitan saber cómo comunicarse entreellos, sino cómo comunicarse con el módulo de middleware.

Es el encargado del acceso a los datos: acepta las consultas y datos recuperadosdirectamente de la aplicación y los transmite por la red. También es responsable de enviar de vuelta a la aplicación, los datos de interés y de la generación de códigos de error.

Ventajas e Inconvenientes:

Ventajas

• Aumento de la productividad:

• Los usuarios pueden utilizar herramientas que le son familiares, comohojas de cálculo y herramientas de acceso a bases de datos.

• Mediante la integración de las aplicaciones cliente/servidor con lasaplicaciones personales de uso habitual, los usuarios pueden construir soluciones particularizadas que se ajusten a sus necesidades cambiantes.






XIV

• Una interfaz gráfica de usuario consistente reduce el tiempo deaprendizaje de las aplicaciones.

•

Menores costos de operación:• Permiten un mejor aprovechamiento de los sistemas existentes,

protegiendo la inversión. Por ejemplo, la compartición de servidores(habitualmente caros) y dispositivos periféricos (como impresoras) entremáquinas clientes permite un mejor rendimiento del conjunto.

• Proporcionan un mejor acceso a los datos. La interfaz de usuario ofreceuna forma homogénea de ver el sistema, independientemente de loscambios o actualizaciones que se produzcan en él y de la ubicación de lainformación.

• El movimiento de funciones desde un ordenador central hacia servidores o

clientes locales origina el desplazamiento de los costes de ese procesohacia máquinas más pequeñas y por tanto, más baratas.

• Mejora en el rendimiento de la red:

• Las arquitecturas cliente/servidor eliminan la necesidad de mover grandes bloques de información por la red hacia los ordenadores personales oestaciones de trabajo para su proceso. Los servidores controlan los datos, procesan peticiones y después transfieren sólo los datos requeridos a lamáquina cliente. Entonces, la máquina cliente presenta los datos al usuariomediante interfaces amigables. Todo esto reduce el tráfico de la red, lo que

facilita que pueda soportar un mayor número de usuarios.• Tanto el cliente como el servidor pueden escalarse para ajustarse a lasnecesidades de las aplicaciones. Las UCPs utilizadas en los respectivosequipos pueden dimensionarse a partir de las aplicaciones y el tiempo derespuesta que se requiera.

• La existencia de varias UCPs proporciona una red más fiable: un fallo enuno de los equipos no significa necesariamente que el sistema deje defuncionar.

• En una arquitectura como ésta, los clientes y los servidores sonindependientes los unos de los otros con lo que pueden renovarse paraaumentar sus funciones y capacidad de forma independiente, sin afectar alresto del sistema.

• La arquitectura modular de los sistemas cliente/servidor permite el uso deordenadores especializados (servidores de base de datos, servidores deficheros, estaciones de trabajo para CAD, etc.).

• Permite centralizar el control de sistemas que estaban descentralizados,como por ejemplo la gestión de los ordenadores personales que antesestuvieran aislados.






XV

Inconvenientes

• Hay una alta complejidad tecnológica al tener que integrar una gran variedad de

productos.• Requiere un fuerte rediseño de todos los elementos involucrados en los sistemasde información (modelos de datos, procesos, interfaces, comunicaciones,almacenamiento de datos, etc.). Además, en la actualidad existen pocasherramientas que ayuden a determinar la mejor forma de dividir las aplicacionesentre la parte cliente y la parte servidor.

• Es más difícil asegurar un elevado grado de seguridad en una red de clientes yservidores que en un sistema con un único ordenador centralizado.

• A veces, los problemas de congestión de la red pueden degradar el rendimientodel sistema por debajo de lo que se obtendría con una única máquina (arquitecturacentralizada). También la interfaz gráfica de usuario puede a veces ralentizar el

funcionamiento de la aplicación.• El quinto nivel de esta arquitectura (bases de datos distribuidas) es técnicamentemuy complejo y en la actualidad hay muy pocas implantaciones que garanticen unfuncionamiento totalmente eficiente.

Fases de implantation

• Fase de Iniciación

Esta etapa se centra sobre todo en la distribución física de los componentes entre plataformas. Los dos tipos de plataforma son:

• Una plataforma cliente para la presentación (generalmente un ordenador personal de sobremesa).

• Una plataforma servidora (como por ejemplo el servidor de una base dedatos relacional) para la ejecución de procesos y la gestión de los datos.

Un ejemplo sería el de una herramienta de consulta que reside en un ordenador personal amodo de cliente y que genera peticiones de datos que van a través de la red hasta elservidor de base de datos. Estas peticiones se procesan, dando como resultado un

conjunto de datos que se devuelven al cliente.En esta fase pueden surgir los siguientes problemas:

• Cómo repartir la lógica de la aplicación entre las plataformas cliente yservidor de la forma más conveniente.

• Cómo gestionar la arquitectura para que permita que cualquier cliente seconecte con cualquier servidor.






XVI

• Fase de Proliferación

La segunda etapa de una arquitectura cliente/servidor se caracteriza por la proliferación

de plataformas clientes y servidoras. Ahora, el entorno para la interacción entre clientes yservidores se hace mucho más complejo. Puede hacerse una distinción entre:

• Datos de servidores a los que se accede a través de una red de área extensa(WAN) y

• Datos a los que se accede a través de una red de área local (RAL).

Los mecanismos de conexión son muy variados y suelen ser incompatibles.

En esta fase los problemas que se pueden plantear son:

•

La gestión de accesos se convierte en crítica y compleja debido a laestructura del organismo donde se está implantando la arquitectura. Elmercado ofrece algunas soluciones que mejoran la interoperabilidad y quese basan en conexiones modulares que utilizan entre otros:

• Drivers en la parte cliente• Pasarelas ( gateways) a bases de datos• Especificaciones de protocolos cliente/servidor, etc.

• Los requisitos de actualización de datos pasan a formar parte de losrequisitos solicitados al sistema cliente/servidor. Ahora no sólo se

consultan datos, sino que se envían peticiones para actualizar, insertar y borrar datos.

• Fase de Control

En esta fase se consolidan los caminos de acceso desde una plataforma cliente particular a una plataforma servidora particular.

Los conceptos en los que se debe poner especial énfasis son los siguientes:

• Transparencia en la localización. Significa que la aplicación cliente no

necesita saber nada acerca de la localización (física o lógica) de los datoso los procesos. La localización de los recursos debe estar gestionada por servidores y estar representada en las plataformas adecuadas de forma quese facilite su uso por parte de las plataformas cliente.

• Gestión de copias. El sistema se debe configurar de forma que se permitacopiar la información (datos o procesos) de los servidores.

• Especialización de los equipos servidores en servidores de bases de datoso en servidores de aplicaciones. Los servidores de bases de datos






XVII

continúan ofreciendo servicios orientados a datos a través de llamadasSQL o a través de procedimientos almacenados. En cualquier caso, losservicios se orientan a mantener la integridad de los datos. Por otro lado,

los servidores de aplicaciones se centran en los procesos implementando partes de la lógica de la aplicación en la parte servidora.

• Fase de Integración

Esta etapa se caracteriza por el papel conjunto que juegan la gestión de accesos, lagestión de copias y la gestión de recursos. La gestión de la información se debe realizar de forma que se pueda entregar la información controlada por los servidores quecontienen los datos a las plataformas clientes que los requieran. El concepto en que se basa este tipo de gestión es la distinción entre dos tipos de datos: datos de operación ydatos de información. Para ajustarse a los posibles cambios en los procesos, los datos de

operación varían continuamente mientras que los datos de información son invariables porque son de naturaleza histórica y se obtienen tomando muestras en el tiempo de losdatos de operación.

• Fase de Madurez

Esta es la etapa final de una arquitectura cliente/servidor. Se caracteriza por una visiónmás flexible de las plataformas físicas del sistema que se contemplan como una únicaunidad lógica. Este estado también se caracteriza porque la tecnología cliente/servidor seha generalizado en la empresa. Ya no es un problema saber qué componentes sedistribuyen en qué plataformas, porque los recursos se pueden redistribuir para equilibrar

la carga de trabajo y para compartir los recursos de información. Lo fundamental aquí essaber quién ofrece qué servicios. Para ello es necesario distinguir qué tipo de servicios yrecursos se demandan y conocer las características de esta arquitectura basada enservicios.

En la fase de integración veíamos que se establecía una distinción entre datos deoperación y datos de información histórica. Por contra, en un entorno de operacióncliente/servidor que se encuentre en la fase de madurez, lo interesante es distinguir entredos nuevos términos: organismo y grupo de trabajo. Esta distinción se establece basándose en sus diferencias organizativas. El grupo de trabajo es el entorno en el quegrupos organizados de personas se centran en tareas específicas de la actividad del

organismo al que pertenecen. Estos equipos de personas requieren una información propia y unas reglas de trabajo particulares, que pueden ser diferentes de las delorganismo en su globalidad.






XVIII

Una arquitectura basada en servicios es la que se contempla como una colección deconsumidores de servicios poco relacionados entre sí y los productores de dichosservicios. La utilización de este tipo de arquitectura permite pensar en nuevos retos de

diseño:• Desarrollo de componentes reutilizables entre distintas aplicaciones y distintos

grupos de trabajo• Desarrollo de aplicaciones distribuidas• Gestión del desarrollo de aplicaciones entre distintos equipos, etc.

Los sistemas Cliente-Servidor utilizan varios tipos de servidores los cuales son:

•

Servidor de transacciones: tambien llamados sistemas servidores deconsultas, proporcionan una interfaz a través de la cual los clientesconsultan a la base de datos. Se pueden usar con SQL o Procedimientosalmacenados.

• Servidor de datos: permiten que los clientes puedan interactuar con losservidores realizando peticiones de lectura o modificación de datos enunidades tales como archivos o paginas.

Servidor de Transacciones

Estos servidores se ocupan de la interacción con los Clientes, desocupando al servidor de datos de ello.

El servidor de transacciones se encarga de mantener un alto rendimiento, disponibilidad eintegridad de datos. Asimismo, se asegura de que ninguna computadora tenga demasiadoo muy poco que hacer.

Cuando un servidor de transacciones ve que a una computadora se le ha dado demasiadotrabajo, automáticamente divide el trabajo entre todas las computadoras disponibles,haciendo que las mismas compartan recursos para evitar que alguna de las máquinas se

colapse.

Cuando actualiza bases de datos, el servidor de transacciones también ejecuta lo que seconoce como el manejo de estados. Esto quiere decir que si el servidor de transacciones percibe que una computadora no puede completar una transacción, hace que el softwareabandone el trabajo y regrese a su estado original sin que ocurra corrupción de datos.






XIX

Se basa en distintas normas, como pueda ser la ODBC4. Utiliza SQL para lacomunicación con los clientes y ofrece la ejecución de procedimientos remotos.

Son una parte intrínseca de los servidores de datos centralizados.

Servidor de datos

Estos no so necesariamente servidores de bases d e datos relacionales, pueden ser servidores d e archivos, servidores de directorios, de objetos, etc.

Tienen una comunicación directa con los clientes, de forma que el cliente debe tener todas las funcionalidades del sistema servidor.

Sus características son:• Envió de páginas o elementos.5 • Bloqueo: gestionado por el servidor.• Cache de datos: agiliza el envió de datos muy comunes.• Cache de bloqueos.

4 Open DataBase Connectivity5 Coste de comunicacion






XX

Sistemas Paralelos

El concepto de paralelismo supone la introducción de varios procesadores para resolver un problema. Sabemos que un procesador diez veces más potente que un procesador de potencia normal para una fecha es mucho más caro que diez procesadores de potencianormal para dicha fecha. Por ello, si paralelizamos nuestro programa -es decir, dividimosla carga computacional entre varios procesadores distintos- vamos a obtener una mejoraen la relación entre costo y rendimiento. Con menos inversión en hardware estamosobteniendo mucha más potencia computacional.

6Los sistemas paralelos mejoran la velocidad d e procesamiento y E\S mediante lautilización de UCP7 y discos en paralelo.

Las arquitecturas de sistemas paralelos varían entre dos extremos:

• No compartir nada.- Cada procesador tiene acceso exclusivo a su memoria principal y a sus unidades de disco.

• Memoria compartida.- Cualquier procesador tiene acceso a cualquier módulo dememoria o unidad de disco a través de una interconexión rápida.

• Un punto intermedio lo es discos compartidos - donde cualquier procesador tieneacceso a cualquier unidad de disco a través de la interconexión, pero solo tieneacceso exclusivo a su memoria principal.

• Jerárquico- Es un híbrido de las anteriores.

También se le llama grano grueso (varios computadores independientes) y granofino (varios computadores integrados al mismo sistema)

Fig. 6 Memoria Compartida.

6 Pág. 444 Fundamentos de Bases de Datos.7 Unidades Centrales de Procesamiento

M






XXI

Fig. 7 Disco Compartido.

Fig. 8 Sin Compartimiento.

Fig. 9 Jerárquico

P

P

P

P

P

M P

M P MP

MP

PM

MP

P

P

P

P

MM






XXII

Cuando trabajamos con paralelismo debemos tener muy en cuenta que se trabajacon recursos dependientes entre si, claro lo deseable son los recursos independientes

que permitan la ganancia de velocidad lineal.Ganancia de ampliabilidad

Es la capacidad para procesar tareas mas largas en el mismo tiempo mediante unincremento de los recursos.

Existen dos tipos de ampliabilidad:1. Ampliabilidad por lotes:

a. Aumenta el tamaño de la base d e datos, y las tareas son trabajos maslargos, cuyos tiempos de ejecución dependen d el tamaño de la base d

e datos (Ej.: recorrido secuencial) b. El problema es el tamaño.2. Ampliabilidad de transacciones:

a. Aumenta la velocidad a la que se envían las peticiones a la base d edatos, y el tamaño crece proporcionalmente a la tasa de transacción.(Ej.: reserva una butaca en el cine: -> mas butaca, mas reservas)

b. Se adapta muy bien a la ejecución paralela, ya que las transaccionesse ejecutan de forma concurrente.

c. Las transacciones duran lo mismo, por lo que e s factible un paralelismo lineal.

Procesamiento de consultas y optimización

La optimización de consultas paralelas toma ventaja del paralelismo intra operación y del paralelismo Inter. Operación.

Paralelismo intra operación.- Esta consiste en ejecutar una operación en varios nodos deuna maquina con varios procesadores. Paralelismo Inter. Operación.- Ocurre cuando dos o mas operaciones son ejecutadas en paralelo, sea utilizando independientemente. Paralelismo Independiente.- Ocurre cuando las operaciones al mismo tiempo o en ordenarbitrario. El paralelismo independiente es posible solo cuando las operaciones noinvolucran los mismos datos.






XXIII

Problemas del paralelismo

• Costes de inicio:o

El inicio de un único proceso lleva asociado un coste de inicio. En unaoperación paralela compuesta por miles de procesos, el tiempo deinicio puede ser mayor que el de procesamiento.

• Interferencia:o Problema en el ascenso a recursos compartidos, que traen consigo

bloqueos y abrazos mortales.• Sesgo:

o Al dividir cada tarea en un cierto numero de pasos paralelos serédese el tamaño del paso medio, pero el tiempo para completar latarea viene dada por el tiempo de completar el paso mas lento.

o Dado que rara vez se puede dividir una tarea en Pazos iguales, es

difícil que se consiga un aumento del rendimiento lineal.

Redes de Interconexión de Arquitecturas Paralelas

Entre las interconexiones de arquitecturas paralelas tenemos las siguientes:

• Bus: todos los componentes del sistema pueden enviar o recibir datos de unúnico bus d e comunicaciones. El bus solo puede gestionar la comunicaciónde un elemento en un momento dado8.

• Malla: los componentes se organizan como nodos d e una retícula9. Se utilizael paso de mensajes.

• Hipercubo: sistema de conexión n-dimensional basado en la representación binaria de los componentes. Es un sistema de altas prestaciones y maseficiente que el d e malla.

8 Cuellos de botella.9 Conectividad adyacente.






XXIV

Sistemas Distribuidos

En un sistema de datos distribuidos, la información s e almacena en varios

ordenadores, dichos ordenadores están conectados por redes de comunicación de altavelocidad o líneas telefónicas. Por lo que pueden realizar transacciones globales ,según tenga que acceder solo a sus datos o a los datos almacenados en las bases dedatos distribuidas.

Fig. 10 Que es un sistema Distribuido

S iste m a s D i s tr ib u i d o s In tro d u c c i ó n - 3

¿ Q u é e s u n S is t e m a D is t r ib u id o ?

L A NW A N

A ñ o s 6 0 - 7 0 : S i st e m a s C e n t ra l iz a d o s ( C a r o s)

A ñ o s 8 0 : O r d e n a d o r e s P e r s o n a l es A c c e s o r i o sC a r o s

P o c oA p r o v e c h a b l e s

y

O B J E T IV O S .D .

C o m p a r ti r R e c u r s o sF á c i l m e n t e

O r d e n a d o r e sI n d e p e n d i e n t e s

+L A N a lt a v elo c id a d

S is t em a s e n R e d

S i s t e m a sD i s t r i b u i d o s

S O NT R A N S P A R E N T E S¡ !






XXV

Objetivo primordial de los sistemas distribuidos es el compartimiento fácil y eficiente

de los recursos entre múltiples usuarios. Por esto, no se les debe confundir con lossistemas paralelos, cuyo propósito es acelerar la ejecución de un cierto programa en un

único ordenador (normalmente aplicaciones científicas), y están compuestos por múltiples procesadores que suelen compartir memoria y reloj.

Un sistema distribuido puede verse como un sistema formado por varios ordenadoreshaciendo algo conjuntamente, de lo que se desprenden tres características inmediatas:

-Compuesto por múltiples ordenadores. Un sistema distribuido está compuesto de másde un sistema independiente, cada uno con una o más CPU’s, memoria local, memoriasecundaria (discos) y, en general, conexiones con periféricos de acceso inmediato (on

line).-Hay interconexión entre ellos. Parece claro que si varios ordenadores distintos van a

colaborar en la realización de tareas, deben comunicarse y sincronizarse entre ellos, por lo que debe haber alguna línea o red de interconexión.-Tienen un estado compartido. Si los ordenadores realizan un trabajo conjuntamente,deben mantener un estado compartido, es decir, todos los ordenadores tienen la mismavisión del estado del sistema distribuido (tablas, bases de datos del sistema, de servidores,etc.

Como distribuir la información?

• Se debe seguir razonamientos lógicos al respecto, como puede ser lautilización, la dispersión geográfica de los ordenadores, las líneas decomunicación entre ellos, su potencia, etc.

La arquitectura de sistemas distribuidos cuenta con:

• Compartimiento de datos: los datos de un emplazamiento10 pueden ser accedidos por otro usuario de otro emplazamiento en cualquier momento.

• Autonomía: cada emplazamiento tiene un cierto grado de control sobre losdatos que tiene almacenados.

• Disponibilidad: si uno de los emplazamientos de la base d e datos distribuidafalla, el resto de emplazamientos puede seguir funcionando.

10 Emplazamiento : nombre que se usa para referirse a las computadoras que forman parte de unsistema distribuidos.






XXVI

Fig. 11

Ventajas de un sistema distribuido:

• El compartimiento de recursos• Apertura• Concurrencia• Escalabilidad• Tolerancia de fallas• Transparencia

Desventajas de un sistema distribuido:

• Complejidad• Seguridad• Manejabilidad• Impredecibilidad

Problemas de los sistemas distribuidos:

- Mayor costo de desarrollo del software: al tener que reunir una serie decaracterísticas especiales.

- Mayor probabilidad de errores: como los emplazamientos operan en paralelo, esmás difícil asegurar la corrección de los algoritmos.






XXVII

- Mayor sobrecarga de procesamiento: el intercambio de mensajes y el cómputoadicional necesario para conseguir la coordinación entre los distintosemplazamientos constituyen una forma especial de sobrecarga.

Redes de comunicación utilizadas:

- En la interconexión de los sistemas distribuidos y cliente servidor, se utilizan lasredes de comunicación entre ordenadores.

- 11LAN: son redes de pequeño tamaño (T<2km) y debajo costo utilizadas enedificios. Arquitecturas en bus o paso de testigo.

- 12MAN: Redes de fibra, de tamaño inferior a 10-20km, se utilizan para unir distintas sucursales de una entidad, son las más utilizadas en sistemas

distribuidos de alto rendimiento.- 13WAN: Redes Globales que abarcan grandes áreas. Suelen basarse en esquemas punto a punto, con routers y gateways para dar acceso a las mismas. No sesuele tener conexiones directas.

11 LAN: Local Area Network.12 MAN: Metropolitan area network.13 WAM: Wide Area Network






XXVIII

Conclusión

Al terminar este trabajo de arquitectura de sistemas de bases de datos hemoslogrado entender y analizar en gran parte su estructura física, lógica, y funcional.

Al hablar de arquitecturas centralizadas si dio a relucir que se trabaja con un solosistema informático y no interactúa con ningún otro, estos sistemas abarcanmonopuesto y multipuestos.

Las arquitecturas centralizadas no suelen ofrecer soluciones excesivamente avanzadasen la gestión de bases de datos.

El advenimiento de los sistemas de gestión de bases de datos relaciónales (RDBMS),

Relational Database Management System fue, realmente, la tecnología clave que hizo posible la arquitectura informática cliente-servidor. El RDBMS servia como almacéncentralizado para los datos de la organización. El RDBMS estaba diseñado para gestionar el acceso multiusuario a un conjunto compartido de datos. Toda la gestión de bloqueos yconexiones es llevada a cabo por el RDBMS, que también se encarga de la seguridad. Ellenguaje SQL (Structured Query Language), fue creado como lenguaje universal de programación para solicitar datos específicos a un RDBMS.

La arquitectura cliente-servidor fue realmente una combinación de las mejores funcionesdel entorno basado en host y del entorno de red de área local basado en PC. Estaarquitectura utiliza la potencia del PC para realizar la presentación de los datos, junto con

el complicado procesamiento relativo a la lógica de negocio que añade valor a dichosdatos. El RDBMS proporciona un área de almacenamiento centralizada par los datos. Laarquitectura cliente-servidor puede tomar muchas formas, dependiendo de cómo se elijaseparar los niveles de presentación, lógica de negocio y datos.

Las bases de datos distribuidas y paralelas han permitido que los sistemas de base dedatos puedan crecer considerablemente en la cantidad de información que manejan, yaque permiten sistemas integrados con múltiples computadoras, las cuales pueden estar distribuidas en distintas partes del mundo y cada una tener los recursos suficientes paracontener y manejar por si sola grandes cantidades de información. El empleo de sistemas paralelos y distribuidos nos permite también dividir las consultas para que sean realizadas

a una mayor velocidad por distintas máquinas o procesadores, incrementandoenormemente el rendimiento del sistema de base de datos.

Sin embargo, no obstante las ventajas que presenta la distribución de la información y elempleo de sistemas paralelos para manejarla, estos esquemas presentan algunosinconvenientes, no triviales, que deben ser manejados adecuadamente, tales como lasdecisiones de la distribución física de la información; de que manera será fragmentada, siexistirán copias de los fragmentos en distintas localidades, de que manera se va a manejar






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la posibilidad de modificaciones concurrentes de la misma información, como secontrolarán las actualizaciones a información duplicada para mantener la consistencia,como se manejará la posibilidad de que, debido a fallas en la comunicación, el sistema

quede dividido en dos o más sub-redes fragmentadas y otros problemas más.






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Bibliografía

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arquitectura de sistemas de bases de datos

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