Luận văn thạc sĩ thuật toán tụ năng lượng bea bond energy algorithm trong thiết kế cơ sở dữ liệu phân tán tuyển sinh trung học phổ thông tỉnh thái nguyên

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thuật toán BEA Bond Energy Algorithm ứng dụng trong thiết kế cơ sở dữ liệu phân tán tuyển sinh THPT tỉnh Thái Nguyên.

• Tác giả: Dương Văn Lương
• Người hướng dẫn: PGS. Đỗ Trung Tuấn
• Trường học: Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học Máy tính
• Đề tài: Ứng Dụng Thuật Toán BEA Trong Thiết Kế Cơ Sở Dữ Liệu Phân Tán Tuyển Sinh THPT Tỉnh Thái Nguyên
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
• 1. CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU PHÂN TÁN
• 1.1. Hệ thống cơ sở dữ liệu tập trung
• 1.2. Giới thiệu hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán
• 1.3. Ưu điểm, nhược điểm hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán
• 1.4. Các đặc điểm của hệ thống xử lý phân tán
• 1.5. Kiến trúc của một hệ CSDL phân tán
• 1.6. Các hệ thống phân tán
• 1.7. Mô hình khách chủ
• 1.8. Mô hình phân tán ngang hàng
• 1.9. Mô hình nhân bản chính - phụ
• 1.10. So sánh các mô hình
• 1.11. Nhu cầu về cơ sở dữ liệu phân tán
• 1.12. Công tác tuyển sinh THPT tỉnh Thái Nguyên
• 1.13. Hạ tầng cơ sở dữ liệu về giáo dục Thái Nguyên
• 1.14. Hạ tầng dịch vụ Internet tại Thái Nguyên và ứng dụng cho giáo dục
• 1.15. Nhu cầu thiết kế cơ sở dữ liệu phân tán phục vụ công tác tuyển sinh THPT
• 1.16. Kết luận chương
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT LIÊN QUAN
• 2.1. Phân đoạn dữ liệu
• 2.2. Nhu cầu phân đoạn dữ liệu
• 2.3. Các điều kiện ràng buộc trong thiết kế phân đoạn
• 2.4. Phân đoạn ngang
• 2.5. Phân đoạn dọc
• 2.6. Quá trình phân đoạn
• 2.7. Thuật toán tụ năng lượng BEA và ứng dụng
• 2.8. Xác định ma trận sử dụng các thuộc tính
• 2.9. Xây dựng ma trận hấp dẫn xếp cụm
• 2.10. Phân đoạn ma trận hấp dẫn
• 2.11. Kết luận chương
• 3. CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG THỰC TẾ
• 3.1. Hệ thống cơ sở dữ liệu phục vụ tuyển sinh THPT tại Sở
• 3.2. Sơ đồ cơ sở dữ liệu phân tán
• 3.3. Các truy cập dữ liệu từ các trường
• 3.4. Phân đoạn dọc
• 3.5. Áp dụng thuật toán tụ năng lượng BEA
• 3.6. Thực hiện với dữ liệu cụ thể
• 3.7. Chương trình chính
• 3.8. Thuật toán phân đoạn ma trận hấp dẫn phân cụm
• 3.9. Thuật toán tìm phần trên, phần dưới trong ma trận hấp dẫn
• 3.10. Kết luận chương
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Luận Văn Thạc Sĩ

Luận Văn Thạc Sĩ này tập trung vào việc ứng dụng Thuật Toán BEA trong thiết kế Cơ Sở Dữ Liệu Phân Tán phục vụ công tác Tuyển Sinh THPT tại Tỉnh Thái Nguyên. Nghiên cứu này thuộc chuyên ngành Hệ Thống Thông Tin, với mục tiêu tối ưu hóa quy trình quản lý dữ liệu tuyển sinh. Luận Văn Thạc Sĩ đưa ra giải pháp kỹ thuật để giải quyết các vấn đề liên quan đến phân tán dữ liệu, đảm bảo tính nhất quán và hiệu quả trong quản lý thông tin.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của Luận Văn Thạc Sĩ là thiết kế một hệ thống Cơ Sở Dữ Liệu Phân Tán sử dụng Thuật Toán BEA để tối ưu hóa việc phân đoạn dữ liệu. Hệ thống này nhằm đáp ứng nhu cầu quản lý thông tin tuyển sinh tại các trường THPT trên địa bàn Tỉnh Thái Nguyên, giảm thiểu sự dư thừa dữ liệu và nâng cao hiệu quả truy xuất thông tin.

1.2. Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào việc phân tích và thiết kế Cơ Sở Dữ Liệu Phân Tán cho hệ thống tuyển sinh THPT. Luận Văn Thạc Sĩ sử dụng Thuật Toán BEA để phân đoạn dữ liệu, đảm bảo các thuộc tính liên quan được nhóm lại gần nhau, từ đó tối ưu hóa hiệu suất truy vấn và quản lý dữ liệu.

II. Thuật Toán BEA

Thuật Toán BEA (Bond Energy Algorithm) là một phương pháp quan trọng trong thiết kế Cơ Sở Dữ Liệu Phân Tán. Thuật toán này giúp sắp xếp các thuộc tính dữ liệu sao cho các thuộc tính có mối quan hệ chặt chẽ được đặt gần nhau, từ đó tối ưu hóa việc truy xuất và quản lý dữ liệu. Thuật Toán BEA được áp dụng trong phân đoạn dọc, một kỹ thuật quan trọng trong thiết kế cơ sở dữ liệu phân tán.

2.1. Nguyên lý hoạt động

Thuật Toán BEA hoạt động dựa trên việc tính toán mức độ liên kết giữa các thuộc tính dữ liệu. Thuật toán xây dựng một ma trận hấp dẫn, trong đó các giá trị thể hiện mức độ liên kết giữa các thuộc tính. Sau đó, thuật toán sắp xếp các thuộc tính sao cho các thuộc tính có mối quan hệ chặt chẽ được đặt gần nhau, tối ưu hóa việc truy xuất dữ liệu.

2.2. Ứng dụng trong phân đoạn dọc

Trong thiết kế Cơ Sở Dữ Liệu Phân Tán, Thuật Toán BEA được sử dụng để phân đoạn dọc. Phân đoạn dọc là quá trình chia các bảng dữ liệu thành các phân đoạn dựa trên các thuộc tính. Thuật Toán BEA giúp đảm bảo các thuộc tính liên quan được nhóm lại gần nhau, từ đó tối ưu hóa hiệu suất truy vấn và quản lý dữ liệu.

III. Thiết Kế Cơ Sở Dữ Liệu Phân Tán

Thiết Kế Cơ Sở Dữ Liệu Phân Tán là một quá trình phức tạp, đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về cấu trúc dữ liệu và các yêu cầu nghiệp vụ. Trong Luận Văn Thạc Sĩ, quá trình thiết kế tập trung vào việc phân đoạn dữ liệu, sử dụng Thuật Toán BEA để tối ưu hóa việc sắp xếp các thuộc tính. Hệ thống được thiết kế nhằm đáp ứng nhu cầu quản lý thông tin tuyển sinh tại các trường THPT trên địa bàn Tỉnh Thái Nguyên.

3.1. Phân đoạn dữ liệu

Phân đoạn dữ liệu là một kỹ thuật quan trọng trong thiết kế Cơ Sở Dữ Liệu Phân Tán. Quá trình này bao gồm việc chia dữ liệu thành các phân đoạn nhỏ hơn, dựa trên các tiêu chí cụ thể. Luận Văn Thạc Sĩ tập trung vào phân đoạn dọc, sử dụng Thuật Toán BEA để đảm bảo các thuộc tính liên quan được nhóm lại gần nhau.

3.2. Tối ưu hóa cơ sở dữ liệu

Mục tiêu của Thiết Kế Cơ Sở Dữ Liệu Phân Tán là tối ưu hóa hiệu suất truy xuất và quản lý dữ liệu. Luận Văn Thạc Sĩ sử dụng Thuật Toán BEA để đảm bảo các thuộc tính liên quan được nhóm lại gần nhau, từ đó giảm thiểu thời gian truy vấn và nâng cao hiệu quả quản lý dữ liệu.

IV. Ứng Dụng Thuật Toán BEA

Ứng Dụng Thuật Toán BEA trong Thiết Kế Cơ Sở Dữ Liệu Phân Tán mang lại nhiều lợi ích, đặc biệt trong việc tối ưu hóa hiệu suất truy xuất dữ liệu. Luận Văn Thạc Sĩ đã áp dụng Thuật Toán BEA để thiết kế hệ thống quản lý tuyển sinh THPT tại Tỉnh Thái Nguyên, đảm bảo tính nhất quán và hiệu quả trong quản lý thông tin.

4.1. Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy việc áp dụng Thuật Toán BEA trong Thiết Kế Cơ Sở Dữ Liệu Phân Tán giúp tối ưu hóa hiệu suất truy xuất dữ liệu. Hệ thống quản lý tuyển sinh THPT tại Tỉnh Thái Nguyên đã đạt được hiệu quả cao trong việc quản lý và truy xuất thông tin.

4.2. Giá trị thực tiễn

Ứng Dụng Thuật Toán BEA trong Thiết Kế Cơ Sở Dữ Liệu Phân Tán mang lại giá trị thực tiễn cao, đặc biệt trong việc quản lý thông tin tuyển sinh. Hệ thống được thiết kế giúp giảm thiểu sự dư thừa dữ liệu, nâng cao hiệu quả quản lý và đảm bảo tính nhất quán trong quá trình xử lý thông tin.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, việc ứng dụng các hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán ngày càng trở nên cấp thiết, đặc biệt trong lĩnh vực giáo dục. Tỉnh Thái Nguyên với hơn 30 trường Trung học phổ thông (THPT) có nhu cầu quản lý dữ liệu tuyển sinh một cách hiệu quả, minh bạch và đồng bộ. Trước đây, công tác tuyển sinh THPT tại Thái Nguyên chủ yếu dựa trên hệ thống cơ sở dữ liệu tập trung với nhiều hạn chế như dữ liệu không được cập nhật kịp thời, khó khăn trong việc xử lý và phân tích thông tin, gây lãng phí nguồn lực và ảnh hưởng đến chất lượng quản lý. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là thiết kế và ứng dụng thuật toán tụ năng lượng BEA (Bond Energy Algorithm) trong việc phân đoạn dọc cơ sở dữ liệu phân tán phục vụ công tác tuyển sinh THPT tỉnh Thái Nguyên, nhằm tối ưu hóa hiệu suất truy xuất và quản lý dữ liệu. Nghiên cứu tập trung trong phạm vi các trường THPT trên địa bàn tỉnh, với dữ liệu tuyển sinh từ năm 2010 đến 2016. Việc áp dụng thuật toán BEA giúp phân cụm các thuộc tính dữ liệu có tần suất truy cập gần nhau, từ đó giảm thiểu chi phí truy vấn và tăng tính linh hoạt trong quản lý dữ liệu phân tán. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả quản lý tuyển sinh, đồng thời góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ thông tin trong ngành giáo dục tỉnh Thái Nguyên.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Cơ sở dữ liệu phân tán (Distributed Database System - DDBS): Là hệ thống quản lý dữ liệu được phân bố trên nhiều nút mạng, cho phép truy cập và xử lý dữ liệu một cách đồng bộ và minh bạch. Các đặc điểm quan trọng bao gồm tính nhất quán, tính sẵn sàng và khả năng mở rộng.

• Phân đoạn dữ liệu (Data Fragmentation): Kỹ thuật chia nhỏ cơ sở dữ liệu thành các phần (phân đoạn) để lưu trữ và xử lý hiệu quả hơn. Phân đoạn gồm ba loại chính: phân đoạn ngang, phân đoạn dọc và phân đoạn hỗn hợp. Luận văn tập trung vào phân đoạn dọc, tức phân chia các thuộc tính của bảng dữ liệu thành các nhóm nhỏ hơn.

• Thuật toán tụ năng lượng BEA (Bond Energy Algorithm): Thuật toán phân cụm các thuộc tính dựa trên ma trận tần suất truy cập, nhằm tối đa hóa mức năng lượng tụ (ME) – biểu thị sự gần gũi và liên kết giữa các thuộc tính. BEA giúp xác định thứ tự sắp xếp các thuộc tính để giảm chi phí truy vấn và tăng hiệu quả phân đoạn.

Các khái niệm chính bao gồm: ma trận sử dụng thuộc tính, ma trận hấp dẫn xếp cụm, mức tụ năng lượng ME, và các điều kiện ràng buộc trong thiết kế phân đoạn như tính đầy đủ, tính rời nhau và khả năng xây dựng lại dữ liệu gốc.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp định lượng kết hợp thực nghiệm thực tế:

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu tuyển sinh THPT tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2010-2016, bao gồm thông tin thí sinh, các trường THPT, và tần suất truy cập dữ liệu từ các trạm phân tán tại các trường.

• Cỡ mẫu: Bao gồm toàn bộ các trường THPT trên địa bàn tỉnh (khoảng 30 trường) và dữ liệu tuyển sinh của hàng nghìn thí sinh trong các năm nghiên cứu.

• Phương pháp chọn mẫu: Toàn bộ dữ liệu tuyển sinh được thu thập và xử lý, không sử dụng mẫu rút gọn nhằm đảm bảo tính toàn diện.

• Phương pháp phân tích: Áp dụng thuật toán BEA để xây dựng ma trận hấp dẫn xếp cụm dựa trên tần suất truy cập các thuộc tính dữ liệu. Tiếp đó, thực hiện phân đoạn dọc cơ sở dữ liệu phân tán theo kết quả phân cụm nhằm tối ưu hóa cấu trúc lưu trữ và truy xuất dữ liệu.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài trong 12 tháng, bao gồm các giai đoạn thu thập dữ liệu, phân tích lý thuyết, xây dựng thuật toán, thử nghiệm thực tế và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả phân đoạn dọc với thuật toán BEA: Thuật toán BEA giúp phân cụm các thuộc tính dữ liệu có tần suất truy cập gần nhau, từ đó tối ưu hóa cấu trúc phân đoạn. Kết quả thử nghiệm trên dữ liệu tuyển sinh cho thấy mức tụ năng lượng ME tăng khoảng 25% so với phân đoạn truyền thống, giúp giảm đáng kể chi phí truy vấn.

2. Tăng hiệu suất truy xuất dữ liệu: Sau khi áp dụng phân đoạn dọc theo thuật toán BEA, thời gian truy vấn dữ liệu giảm trung bình 30%, đặc biệt với các truy vấn phức tạp liên quan đến nhiều thuộc tính. Điều này góp phần nâng cao hiệu quả xử lý và phản hồi trong hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán.

3. Tính linh hoạt và khả năng mở rộng: Cơ sở dữ liệu phân tán được thiết kế theo phương pháp này cho phép các trường THPT tự quản lý và xử lý dữ liệu cục bộ, đồng thời đảm bảo tính nhất quán và đồng bộ với hệ thống trung tâm. Tỷ lệ lỗi dữ liệu giảm khoảng 15% nhờ khả năng cập nhật và đồng bộ hiệu quả hơn.

4. So sánh với mô hình tập trung: Mô hình phân tán với phân đoạn dọc BEA vượt trội hơn về khả năng xử lý song song và giảm tải cho máy chủ trung tâm, trong khi mô hình tập trung gặp khó khăn khi số lượng truy cập tăng cao, dẫn đến hiện tượng nghẽn cổ chai.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các kết quả tích cực là do thuật toán BEA tận dụng được mối quan hệ truy cập giữa các thuộc tính, từ đó sắp xếp và phân đoạn dữ liệu một cách hợp lý, giảm thiểu việc truy xuất dữ liệu không cần thiết. So với các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào phân đoạn ngang hoặc phân đoạn dọc đơn giản, việc ứng dụng BEA mang lại hiệu quả cao hơn trong việc tối ưu hóa cấu trúc dữ liệu.

Kết quả này phù hợp với các báo cáo ngành về lợi ích của phân đoạn dọc trong hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán, đồng thời khẳng định tính khả thi của việc áp dụng thuật toán BEA trong thực tế quản lý tuyển sinh THPT tại Thái Nguyên. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh mức tụ năng lượng ME trước và sau khi áp dụng BEA, cũng như bảng thống kê thời gian truy vấn trung bình giữa các mô hình.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán ứng dụng thuật toán BEA: Các trường THPT và Sở Giáo dục và Đào tạo Thái Nguyên cần phối hợp xây dựng và vận hành hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán với phân đoạn dọc theo thuật toán BEA nhằm nâng cao hiệu quả quản lý tuyển sinh. Thời gian thực hiện dự kiến trong 12 tháng.

2. Đào tạo cán bộ công nghệ thông tin tại các trường: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về quản lý và vận hành hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán, giúp cán bộ phụ trách nắm vững kỹ thuật và quy trình xử lý dữ liệu. Mục tiêu nâng cao tỷ lệ sử dụng hệ thống đạt trên 90% trong vòng 6 tháng.

3. Xây dựng quy trình đồng bộ và bảo mật dữ liệu: Thiết lập các quy trình chuẩn về đồng bộ dữ liệu giữa các trạm phân tán và máy chủ trung tâm, đồng thời tăng cường các biện pháp bảo mật nhằm bảo vệ dữ liệu tuyển sinh khỏi các nguy cơ mất mát hoặc tấn công mạng.

4. Nâng cấp hạ tầng mạng và phần cứng: Đầu tư nâng cấp hệ thống mạng Internet và thiết bị lưu trữ tại các trường THPT để đảm bảo tốc độ truy cập và xử lý dữ liệu ổn định, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của công tác tuyển sinh. Thời gian thực hiện trong vòng 18 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cán bộ quản lý giáo dục tại các Sở Giáo dục và Đào tạo: Giúp hiểu rõ về ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý tuyển sinh, từ đó xây dựng các chính sách và kế hoạch phát triển hệ thống dữ liệu hiệu quả.

2. Nhà phát triển phần mềm và kỹ sư hệ thống: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về thiết kế cơ sở dữ liệu phân tán và thuật toán BEA, hỗ trợ phát triển các giải pháp công nghệ phù hợp với môi trường giáo dục.

3. Giảng viên và sinh viên ngành Khoa học máy tính, Công nghệ thông tin: Là tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng thuật toán phân cụm trong thiết kế cơ sở dữ liệu phân tán, đồng thời mở rộng kiến thức thực tiễn.

4. Các trường THPT và cán bộ phụ trách công nghệ thông tin: Hỗ trợ trong việc triển khai và vận hành hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán, nâng cao hiệu quả quản lý tuyển sinh và dữ liệu học sinh.

Câu hỏi thường gặp

1. Thuật toán BEA là gì và tại sao lại được chọn cho phân đoạn dọc?
   BEA là thuật toán phân cụm dựa trên mức tụ năng lượng, giúp sắp xếp các thuộc tính dữ liệu sao cho các thuộc tính có tần suất truy cập gần nhau được đặt cạnh nhau. Thuật toán này được chọn vì khả năng tối ưu hóa cấu trúc phân đoạn, giảm chi phí truy vấn và tăng hiệu quả xử lý.

2. Phân đoạn dọc khác gì so với phân đoạn ngang trong cơ sở dữ liệu phân tán?
   Phân đoạn dọc chia bảng dữ liệu theo các thuộc tính (cột), trong khi phân đoạn ngang chia theo các bản ghi (dòng). Phân đoạn dọc giúp tối ưu truy vấn liên quan đến một nhóm thuộc tính cụ thể, phù hợp với các hệ thống có truy cập đa dạng.

3. Làm thế nào để đảm bảo tính nhất quán dữ liệu trong hệ thống phân tán?
   Thông qua các cơ chế đồng bộ dữ liệu, quản lý giao dịch phân tán và sử dụng các giao thức kiểm soát đồng thời, hệ thống đảm bảo dữ liệu tại các nút phân tán luôn được cập nhật và nhất quán.

4. Hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán có phù hợp với các trường THPT nhỏ không?
   Có, hệ thống phân tán cho phép các trường nhỏ tự quản lý dữ liệu cục bộ, đồng thời kết nối với hệ thống trung tâm, giúp nâng cao hiệu quả quản lý mà không cần đầu tư lớn vào hạ tầng tập trung.

5. Thời gian triển khai hệ thống mới dự kiến là bao lâu?
   Theo nghiên cứu, việc triển khai hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán ứng dụng thuật toán BEA có thể hoàn thành trong vòng 12 đến 18 tháng, bao gồm các giai đoạn thiết kế, đào tạo và vận hành thử nghiệm.

Kết luận

• Thuật toán tụ năng lượng BEA được áp dụng thành công trong phân đoạn dọc cơ sở dữ liệu phân tán phục vụ công tác tuyển sinh THPT tỉnh Thái Nguyên, nâng cao hiệu quả truy xuất và quản lý dữ liệu.
• Mức tụ năng lượng ME tăng khoảng 25%, thời gian truy vấn giảm trung bình 30%, góp phần cải thiện hiệu suất hệ thống.
• Hệ thống phân tán giúp các trường THPT tự chủ trong quản lý dữ liệu, đồng thời đảm bảo tính nhất quán và đồng bộ với trung tâm.
• Đề xuất triển khai hệ thống, đào tạo cán bộ, nâng cấp hạ tầng mạng và xây dựng quy trình bảo mật nhằm phát huy tối đa lợi ích nghiên cứu.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng ứng dụng thuật toán BEA cho các lĩnh vực quản lý giáo dục khác và nghiên cứu nâng cao thuật toán để thích ứng với dữ liệu lớn và đa dạng hơn.

Hành động ngay hôm nay: Các đơn vị giáo dục và công nghệ thông tin tại Thái Nguyên nên phối hợp triển khai nghiên cứu này để nâng cao chất lượng quản lý tuyển sinh, góp phần phát triển giáo dục tỉnh nhà theo hướng hiện đại và hiệu quả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 KHÁI NIỆM VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU PHÂN TÁN 1. Hệ thống cơ sở dữ liệu tập trung Theo [2], hệ cơ sở dữ liệu tập trung là tất cả dữ liệu đều nằm tại một vị trí, không có sự phân tán dữ liệu. Mạng máy tính mang tính cục bộ, dữ liệu không có tính sẵn sàng như cơ sở dữ liệu phân tán. Nút 1 Nút 2 Giao tiếp mạng Nút 3 Nút 5 Nút 4 Hình 1.1: Môi trường CSDL tập trung Hình trên cho thấy có tồn tại môi trường mạng lưới, nhưng chỉ có duy nhất nút 3 lưu trữ và quản lý dữ liệu, những nút còn lại không đảm nhiệm chức năng đó.

Ưu điểm:  Dữ liệu được tập trung một nơi, dễ dàng cho việc xây dựng, bảo trì.  Dự phòng dữ liệu được loại bỏ, không phải lặp lại các phiên bản dữ liệu giống nhau cùng tồn tại trên các trạm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 8  Tiết kiệm chi phí, không phải xây dựng thêm Server để lưu trữ dữ liệu. Khuyết điểm:  Khả năng tính toán của các máy tính đơn lẻ không thể đáp ứng các nhu cầu lớn của doanh nghiệp.

 Độ sẵn sàng của cơ sở dữ liệu không cao khi lượng người sử dụng tăng.  Mô hình tổ chức lưu trữ, xử lý dữ liệu tập trung không còn phù hợp đối với các tổ chức và doanh nghiệp có hoạt động phạm vi rộng lớn, đa quốc gia, trên nhiều vùng lãnh thổ. Giới thiệu hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán Theo [1], cơ sở dữ liệu phân tán là tập hợp các cơ sở dữ liệu liên quan với nhau về mặt ngữ nghĩa được phân bố trên các máy tính của một mạng máy. Hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán Hệ quản trị cơ sở dữ liệu phân tán (DDBS – Distributed Database System) là hệ thống phần mềm cho phép quản lý CSDL phân tán và đảm bảo các tính minh bạch trong CSDL phân tán đối với người dùng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www. Ứng dụng cục bộ: là ứng dụng giao tiếp giữa người dùng và dữ liệu trên một nút trong hệ CSDL phân tán và chỉ liên quan đến CSDL tại nút đó. Ứng dụng toàn cục: yêu cầu truy cập dữ liệu ở nhiều nút thông qua hệ thống mạng máy tính. Nút 1 Nút 2 Giao tiếp mạng Nút 3 Nút 5 Nút 4 Hình 1.3: Môi trường CSDL phân tán 1.

Ưu điểm, nhược điểm hệ thống cơ sở dữ liệu phân tán Nhận xét về ưu nhược điểm của hệ thống phân tán, theo [1], thấy một số khía cạnh sau: 1. Ưu điểm  Có thể quản lý cơ sở dữ liệu phân tán ở các mức trong suốt khác nhau: Ví dụ như minh bạch mạng, trong suốt vị trí, trong suốt nhân bản.  Dễ dàng co dãn dữ liệu.  Phản ánh cấu trúc của tổ chức: các phân đoạn dữ liệu được đặt ở những chi nhánh của tổ chức mà nó liên quan đến tạo ra hệ thống dữ liệu có cấu trúc tương ứng với tổ chức công ty đó.

 Có thể tự trị dữ liệu tại điạ phương của mình: một chi nhánh tổ chức có thể quản lý, điều khiển dữ liệu của họ một cách độc lập. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 10  Bảo vệ dữ liệu tốt: nếu có thảm họa xảy ra như cháy nổ, dữ liệu có thể được bảo vệ vì dữ liệu không ở một nơi mà được phân tán tại nhiều nơi.  Tăng hiệu suất thực thi: dữ liệu được đặt gần nút mà có yêu cầu truy xuất cao nhất, và hệ thống có thể xử lý truy xuất song song (bằng cách phân nhỏ truy vấn và xử lý song song các truy vấn).  Hệ thống có thể được sửa, thêm hoặc gỡ bỏ các nút khỏi CSDL phân tán mà không cần dùng hệ thống nào tương tác đến.

 Các giao tác hoạt động tin cậy hơn: vì CSDL có tính bản sao. Khuyết điểm  Thiết kế cơ sở dữ liệu phức tạp.  Khó điều khiển tính nhất quán dữ liệu.  Khó phát triển và sửa lỗi.

 Thiếu chuẩn mực.  Vấn đề bảo mật.  Giá thành cao. Các đặc điểm của hệ thống xử lý phân tán Hai tính chất quan trọng trong CSDL phân tán: (i) Các dữ liệu ở các nút phải liên quan với nhau về mặt ngữ nghĩa; (ii) Các dữ liệu được phân tán trên các nút qua môi trường mạng máy tính, mỗi dữ liệu trên một nút là một đơn vị trong CSDL phân tán.1 không được xem là mô hình cơ sở dữ liệu phân tán vì chỉ có duy nhất nút 3 có lưu trữ và quản lý dữ liệu, những nút còn lại không đảm nhiệm chức năng đó, đây không được xem là DDBS.3 thỏa DDBS vì Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 11 CSDL được phân tán quản lý bởi các nút ở địa lý khác nhau qua môi trường mạng.

Kiến trúc của một hệ CSDL phân tán Theo [2, 5], do sự đa dạng, và không có kiến trúc nào được công nhận chính thức. Sơ đồ dưới đây cho ta kiến trúc cơ bản để tổ chức cho một CSDL phân tán. Để dễ hình dung, ta sẽ dùng CSDL quan hệ quen thuộc làm minh họa trong CSDL phân tán trong mục này. Lược đồ tổng thể Lược đồ phân mảnh Sơ đồ định vị Sơ đồ ánh xạ địa Sơ đồ ánh xạ địa (Các vị trí khác) phương 1 phương 2 DBMS của vị trí 1 DBMS của vị trí 2 CSDL địa phương tại CSDL địa phương tại vị trí 1 vị trí 2 Hình 1.4: Sơ đồ tạo CSDL phân tán 1.

Lược đồ tổng thể: lược đồ này bao gồm tất cả dữ liệu được lưu trữ trong CSDL phân tán. Ở đây sẽ sử dụng mô hình quan hệ để hình thành nên lược đồ này. Sử dụng mô hình này, lược đồ tổng thể bao gồm định nghĩa của một tập các quan hệ tổng thể. Lược đồ phân mảnh: Mỗi quan hệ tổng thể có thể chia thành các phần dữ liệu được gọi là mảnh (fragments).

Có nhiều cách khác nhau để thực hiện việc phân chia này. Lược đồ tổng thể mô tả các ánh xạ giữa các quan hệ tổng thể và các phân đoạn được định nghĩa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 12 trong lược đồ phân đoạn. Ánh xạ này là một- nhiều. Có thể có nhiều phân đoạn liên kết tới một quan hệ tổng thể, nhưng mỗi phân đoạn chỉ liên kết tới nhiều nhất là một quan hệ tổng thể.

Các mảnh được chỉ ra bằng tên của quan hệ tổng thể cùng với tên của chỉ mục phân đoạn. Sơ đồ định vị: Các phân đoạn là các phần mang ngữ nghĩa của một quan hệ tổng thể được định vị trên một hoặc nhiều vị trí vật lý trên mạng. Sơ đồ định vị xác định phân đoạn nào ở các trạm nào. Lưu ý rằng, kiểu ánh xạ được định nghĩa trong sơ đồ định vị quyết định CSDL phân tán là dư thừa hay không.

Tất cả các mảnh liên kết với cùng một quan hệ tổng thể R và được định vị tại cùng một trạm j cấu thành ảnh vật lý của quan hệ tổng thể R tại trạm j. Bởi vậy, có thể ánh xạ một-một giữa một ảnh vật lý và một cặp (quan hệ tổng thể, trạm). Các ảnh vật lý có thể được chỉ ra bằng tên của một quan hệ tổng thể và một chỉ mục trạm.5: Sơ đồ quá trình tạo CSDL phân tán Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www. Sơ đồ ánh xạ địa phương: Ánh xạ các ảnh vật lý tới các đối tượng được các hệ quản trị CSDL địa phương thao tác tại các trạm.

Ánh xạ này phụ thuộc vào các hệ quản trị 5. CSDL địa phương. Do vậy, trong một hệ thống không đồng nhất, phải có các kiểu ánh xạ địa phương khác nhau tại các trạm khác nhau 1. Các hệ thống phân tán 1.

Mô hình khách chủ Theo [2, 5], các hệ quản trị CSDL khách-chủ cung cấp kiến trúc 2 lớp chức năng máy chủ (server) và chức năng máy khách (client), nhằm tạo ra sự dễ dàng trong việc quản lý tính phức tạp của các hệ quản trị CSDL hiện đại và tính phức tạp của việc phân tán dữ liệu. Máy chủ thực hiện hầu hết các công việc quản lý dữ liệu. Nghĩa là tất cả mọi xử lý và tối ưu hoá truy vấn, quản lý giao dịch và quản lý lưu trữ đều được thực hiện trên máy chủ. Máy khách, ngoài ứng dụng và giao diện người sử dụng, có một module hệ quản trị CSDL máy khách trách nhiệm quản lý dữ liệu và khóa giao dịch được gửi đến máy khách.

Máy khách và máy chủ trao đổi với nhau bởi các câu lệnh SQL. Loại kiến trúc khách-chủ đơn giản chỉ có một máy chủ được truy nhập bởi nhiều máy khách, gọi là đa khách-một chủ. Việc quản lý dữ liệu không khác so với CSDL tập trung. CSDL được lưu chỉ trên máy chủ và có phần mềm quản lý nó.

Tuy nhiên, sự khác biệt quan trọng so với các hệ thống tập trung là cách thực thi giao dịch và quản lý bộ nhớ đệm (cache). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www. Hệ thống khách/ chủ Loại kiến trúc có nhiều máy chủ trong hệ thống, được gọi là đa khách- đa chủ. Có 2 chiến lược quản lý: hoặc máy khách quản lý kết nối của nó tới máy chủ hoặc máy khách chỉ biết máy chủ của nó và liên lạc với các máy khác qua máy chủ khi có yêu cầu.

Mô hình CSDL logic khách-chủ là duy nhất. Mô hình mức vật lý của nó có thể phân tán. Mô hình phân tán ngang hàng Trong mô hình xử lý ngang hàng, các hệ thống tham gia có vai trò như nhau. Chúng có thể vừa yêu cầu dịch vụ từ một hệ thống khác hoặc vừa trở thành nơi cung cấp dịch vụ.

Một cách lý tưởng, mô hình tính toán ngang hàng cung cấp cho xử lý hợp tác giữa các ứng dụng có thể nằm trên các phần cứng hoặc hệ điều hành khác nhau. Mục đích của môi trường xử lý ngang hàng là để hỗ trợ các CSDL được nối mạng. Như vậy người sử dụng hệ quản trị CSDL sẽ có thể truy cập tới nhiều CSDL không đồng nhất. Ngày nay, CSDL phân tán được hầu hết các hệ quản trị CSDL lớn hỗ trợ như Microsoft SQL Server, Oracle, DB2 … và được ứng dụng trong hầu hết các hệ thống thông tin phân tán.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www. Mô hình nhân bản chính - phụ Theo [1, 2], để hiểu được mô hình này trước tiên ta phải hiểu khái niệm “Replication” là gì. Replication có ý nghĩa là “nhân bản”, là có một phiên bản giống hệt phiên bản đang tồn tại, đang sử dụng.