Phân tích thiết kế csdl phân tán và xây dựng ứng dụng quản lý bán hàng siêu thị vinmart trên địa bàn quận ngũ hành sơn

Phân tích thiết kế CSDL phân tán ứng dụng quản lý bán hàng Vinmart quận Ngũ Hành Sơn. Tìm hiểu giải pháp hiệu quả cho hệ thống bán lẻ hiện đại.

• Tác giả: Đặng Bá Anh Quân
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hà Huy Cường
• Trường học: Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông Việt - Hàn
• Chuyên ngành: Khoa học máy tính
• Đề tài: Phân tích, thiết kế CSDL phân tán và xây dựng ứng dụng “Quản lý bán hàng siêu thị Vinmart trên địa bàn quận Ngũ Hành Sơn”
• Loại tài liệu: Báo cáo học phần
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Tổng quan thiết kế CSDL phân tán cho chuỗi siêu thị VinMart

Trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào quản lý doanh nghiệp là yếu tố sống còn, đặc biệt với các chuỗi bán lẻ quy mô lớn như hệ thống WinMart. Hệ thống quản lý bán hàng hiệu quả đòi hỏi một nền tảng dữ liệu vững chắc, có khả năng xử lý lượng giao dịch khổng lồ và đảm bảo tính sẵn sàng cao. Cơ sở dữ liệu phân tán (distributed database) nổi lên như một giải pháp công nghệ ưu việt, khắc phục những nhược điểm cố hữu của CSDL tập trung truyền thống như nguy cơ tắc nghẽn, rủi ro khi có sự cố tại trung tâm và độ trễ truy cập. Đề tài “Phân tích, thiết kế CSDL phân tán và xây dựng ứng dụng quản lý bán hàng siêu thị VinMart trên địa bàn quận Ngũ Hành Sơn” tập trung vào việc áp dụng công nghệ này vào thực tiễn. Mục tiêu chính là xây dựng một hệ thống thông tin quản lý cho phép các chi nhánh siêu thị tại Đà Nẵng hoạt động độc lập nhưng vẫn đảm bảo dữ liệu được đồng bộ, nhất quán trên toàn hệ thống. Bằng cách kết hợp công nghệ cơ sở dữ liệu và mạng máy tính, một hệ quản trị CSDL phân tán không chỉ giúp chia sẻ tài nguyên hiệu quả mà còn tăng tốc độ xử lý, nâng cao độ tin cậy và tạo điều kiện mở rộng hệ thống trong tương lai.

1.1. Khái niệm và mục tiêu cốt lõi của hệ phân tán trong bán lẻ

Một hệ phân tán bao gồm nhiều máy tính tự trị kết nối qua mạng, hợp tác để thực hiện một mục tiêu chung. Theo tài liệu nghiên cứu, mục tiêu chính của hệ phân tán trong quản lý bán hàng là kết nối người dùng (nhân viên, quản lý) với tài nguyên (dữ liệu sản phẩm, khách hàng) một cách hiệu quả. Điều này được thực hiện thông qua mô hình Client-Server, nơi các máy trạm (client) gửi yêu cầu đến máy chủ (server) để xử lý. Các nguyên tắc xây dựng nền tảng bao gồm: chia sẻ tài nguyên, liên lạc giữa các điểm, độ tin cậy cao (sự cố ở một điểm không làm sập toàn hệ thống) và khả năng tăng tốc xử lý song song. Việc áp dụng kiến trúc hệ thống phân tán giúp giảm tải cho máy chủ trung tâm và tăng tốc độ phản hồi tại các điểm bán hàng.

1.2. Các dạng trong suốt và tính mở của distributed database

Một trong những ưu điểm lớn nhất của distributed database là tính trong suốt, tức là che giấu sự phức tạp của hệ thống đối với người dùng cuối. Tiêu chuẩn ISO/IS/10746 đã định nghĩa tám dạng trong suốt, bao gồm trong suốt truy cập, vị trí, di trú, và sự cố. Điều này có nghĩa là một nhân viên bán hàng tại một chi nhánh VinMart có thể truy vấn thông tin sản phẩm mà không cần biết dữ liệu đó đang được lưu trữ vật lý ở đâu. Bên cạnh đó, tính mở cho phép hệ thống dễ dàng mở rộng, tích hợp phần cứng và phần mềm từ nhiều nhà cung cấp khác nhau, miễn là tuân thủ một tiêu chuẩn chung. Điều này rất quan trọng khi hệ thống WinMart muốn thêm chi nhánh mới hoặc nâng cấp công nghệ mà không phá vỡ cấu trúc hiện có.

1.3. Kiến trúc cơ bản của một hệ quản trị CSDL phân tán

Một hệ quản trị CSDL phân tán (DDBMS) điển hình có kiến trúc nhiều lớp. Lớp trên cùng là sơ đồ tổng thể, định nghĩa toàn bộ dữ liệu của hệ thống. Tiếp theo là sơ đồ phân đoạn, nơi dữ liệu được chia thành các mảnh nhỏ hơn (fragments) dựa trên một logic nhất định, ví dụ như phân chia dữ liệu khách hàng theo khu vực địa lý. Sơ đồ định vị sẽ xác định các mảnh dữ liệu này được lưu trữ tại trạm (site) vật lý nào. Cuối cùng, sơ đồ ánh xạ địa phương sẽ chuyển đổi các yêu cầu truy vấn từ logic sang các thao tác cụ thể trên hệ quản trị CSDL tại từng trạm. Kiến trúc này cho phép quản lý dữ liệu linh hoạt, tối ưu hóa truy vấn cục bộ và hỗ trợ sao chép dữ liệu để tăng độ tin cậy.

II. Thách thức quản lý bán hàng VinMart với CSDL tập trung

Mô hình cơ sở dữ liệu tập trung, dù đơn giản trong triển khai ban đầu, lại bộc lộ nhiều hạn chế khi áp dụng cho một chuỗi siêu thị có nhiều chi nhánh như VinMart tại quận Ngũ Hành Sơn. Thách thức lớn nhất là hiệu năng hệ thống. Khi tất cả các giao dịch từ nhiều chi nhánh cùng đổ về một máy chủ trung tâm, tình trạng tắc nghẽn và quá tải là khó tránh khỏi, đặc biệt vào giờ cao điểm. Điều này trực tiếp ảnh hưởng đến quy trình bán hàng tại siêu thị, gây chậm trễ trong việc thanh toán và làm giảm trải nghiệm khách hàng. Một vấn đề nghiêm trọng khác là tính sẵn sàng. Nếu máy chủ trung tâm gặp sự cố phần cứng, lỗi phần mềm hoặc mất kết nối mạng, toàn bộ hoạt động của các chi nhánh sẽ bị đình trệ. Rủi ro này đặt ra yêu cầu cấp thiết về một giải pháp có khả năng chịu lỗi tốt hơn. Hơn nữa, chi phí truyền thông cũng là một yếu tố đáng cân nhắc. Việc mọi truy vấn, dù là nhỏ nhất, đều phải gửi về trung tâm và nhận phản hồi sẽ làm tăng băng thông mạng và chi phí vận hành. Bài toán quản lý chuỗi cung ứng và quản lý kho hàng cũng trở nên phức tạp hơn khi dữ liệu không được xử lý gần nơi phát sinh.

2.1. Rủi ro về điểm lỗi duy nhất Single Point of Failure

Với CSDL tập trung, máy chủ trung tâm chính là một điểm lỗi duy nhất. Báo cáo gốc chỉ ra rằng "khi trung tâm lưu trữ và xử lý dữ liệu có sự cố thì toàn hệ thống sẽ ngừng hoạt động". Điều này có nghĩa là một sự cố mất điện, hỏng ổ cứng hay lỗi mạng tại trung tâm đều có thể khiến mọi hệ thống POS (Point of Sale) tại các siêu thị VinMart ngưng hoạt động. Hậu quả là doanh thu bị thất thoát, uy tín thương hiệu bị ảnh hưởng và gây bất tiện lớn cho khách hàng. Đây là rủi ro không thể chấp nhận được trong môi trường kinh doanh bán lẻ cạnh tranh cao.

2.2. Vấn đề về độ trễ và hiệu năng truy cập dữ liệu từ xa

Các chi nhánh siêu thị VinMart tại quận Ngũ Hành Sơn được phân bố về mặt địa lý. Khi sử dụng CSDL tập trung, mọi thao tác như kiểm tra tồn kho, truy xuất thông tin khách hàng thân thiết, hay tạo hóa đơn đều yêu cầu kết nối đến máy chủ trung tâm. Độ trễ mạng (network latency) sẽ làm tăng thời gian phản hồi của ứng dụng. Trong giờ cao điểm, hàng trăm truy vấn đồng thời có thể gây ra "tắc nghẽn khi có quá nhiều yêu cầu truy xuất dữ liệu". Việc này không chỉ ảnh hưởng đến quản lý nhân viên bán hàng mà còn làm chậm toàn bộ quy trình thanh toán.

III. Phương pháp phân tích và thiết kế CSDL cho siêu thị VinMart

Để xây dựng một hệ thống quản lý bán hàng hiệu quả, bước đầu tiên và quan trọng nhất là phân tích yêu cầu nghiệp vụ và thiết kế cấu trúc dữ liệu một cách logic và chặt chẽ. Quá trình này bắt đầu bằng việc xác định rõ các tác nhân tương tác với hệ thống và các chức năng (use case) mà họ thực hiện. Đối với bài toán quản lý siêu thị VinMart, các tác nhân chính bao gồm Khách hàng, Nhân viên và Quản trị viên, mỗi đối tượng có những vai trò và quyền hạn khác nhau. Dựa trên việc phân tích các Usecase như Đăng nhập, Quản lý sản phẩm, Quản lý đơn hàng, và quản lý khách hàng CRM, các thực thể dữ liệu cốt lõi đã được xác định. Các thực thể này bao gồm NguoiDung, KhachHang, SanPham, DonHang, ChiTietDonHang, HangThanhVien, và nhiều thực thể khác. Việc thiết kế mô hình ERD quản lý bán hàng (Entity-Relationship Diagram) giúp trực quan hóa mối quan hệ giữa các thực thể này, chẳng hạn như một khách hàng có thể có nhiều đơn hàng, và một đơn hàng có thể bao gồm nhiều sản phẩm. Giai đoạn này đảm bảo rằng thiết kế database cho siêu thị phản ánh đúng quy trình nghiệp vụ thực tế, tạo nền tảng vững chắc cho việc triển khai CSDL phân tán.

3.1. Phân tích tác nhân và Usecase trong quy trình bán hàng

Tài liệu gốc đã xác định ba tác nhân chính: Khách hàng (người mua hàng), Nhân viên (người thao tác trực tiếp trên hệ thống tại chi nhánh), và Quản trị viên (người có quyền cao nhất, quản lý toàn bộ hệ thống). Từ đó, các Usecase chi tiết được xây dựng, ví dụ: U3: Quản lý khách hàng (thêm, xóa, sửa), U5: Quản lý sản phẩm, và U6: Quản lý đơn hàng. Việc phân tích này giúp định hình các chức năng cần có trong phần mềm quản lý bán hàng và xác định các yêu cầu về dữ liệu cho từng chức năng, từ đó làm cơ sở để thiết kế các bảng trong cơ sở dữ liệu.

3.2. Xây dựng các thực thể và thuộc tính cốt lõi của hệ thống

Sau khi phân tích Usecase, các thực thể chính được hình thành. Ví dụ, thực thể KhachHang bao gồm các thuộc tính như MAKHACHHANG, HOTEN, DIEMTHUONG, MAHANG. Thực thể SanPham có MASANPHAM, TENSANPHAM, DONGIA. Mỗi thuộc tính được định nghĩa rõ ràng về kiểu dữ liệu và vai trò. Quá trình chuẩn hóa dữ liệu được áp dụng để loại bỏ sự dư thừa và đảm bảo tính nhất quán. Ví dụ, thông tin về hạng thành viên được tách ra thành một thực thể riêng (HangThanhVien) thay vì lưu trực tiếp trong bảng khách hàng, giúp hệ thống dễ dàng quản lý và mở rộng các chính sách ưu đãi.

3.3. Thiết kế biểu đồ quan hệ ERD cho hệ thống quản lý

Biểu đồ quan hệ (ERD) là công cụ trực quan hóa cấu trúc của cơ sở dữ liệu. Dựa trên tài liệu (Hình 13 Biểu đồ mối quan hệ), mô hình ERD cho thấy rõ mối liên kết giữa các bảng như DonHang và ChiTietDonHang (quan hệ một-nhiều), hay DonHang và KhachHang. Biểu đồ này không chỉ giúp đội ngũ phát triển hiểu rõ cấu trúc dữ liệu mà còn là tài liệu quan trọng để xác định chiến lược phân mảnh dữ liệu sau này. Ví dụ, có thể quyết định phân mảnh bảng DonHang theo khu vực của chi nhánh để tối ưu hóa truy vấn cục bộ.

IV. Hướng dẫn xây dựng CSDL phân tán với SQL Server Replication

Sau khi hoàn tất giai đoạn thiết kế, bước tiếp theo là triển khai cơ sở dữ liệu phân tán trên nền tảng công nghệ cụ thể. Trong dự án này, Microsoft SQL Server được lựa chọn làm hệ quản trị CSDL, và kỹ thuật SQL Server Replication được sử dụng để đồng bộ hóa dữ liệu giữa các máy chủ. Phương pháp phân tán được chọn là partition (phân hoạch), cụ thể là phân mảnh ngang (horizontal fragmentation). Điều này có nghĩa là bảng dữ liệu tổng thể (ví dụ: bảng đơn hàng) được chia thành các phân mảnh nhỏ hơn, mỗi phân mảnh chứa một tập hợp các dòng dữ liệu dựa trên một tiêu chí nhất định (ví dụ: theo mã chi nhánh), sau đó định vị các phân mảnh này tại các máy chủ tương ứng. Kỹ thuật Merge Replication được áp dụng, cho phép cả máy chủ gốc (Publisher) và các máy chủ chi nhánh (Subscriber) đều có thể cập nhật dữ liệu. Merge Agent sẽ có nhiệm vụ liên kết và hòa trộn những thay đổi này, đảm bảo đồng bộ hóa dữ liệu trên toàn hệ thống. Quá trình này bắt đầu bằng việc tạo một snapshot khởi tạo, sau đó các thay đổi sẽ được theo dõi và đồng bộ định kỳ, giúp hệ thống vừa có tính tự trị tại mỗi chi nhánh, vừa đảm bảo tính nhất quán chung.

4.1. Lựa chọn phương pháp phân mảnh dữ liệu Data Fragmentation

Phương pháp được lựa chọn là phân mảnh ngang cơ sở. Cụ thể, dữ liệu của các bảng lớn như DonHang, KhachHang sẽ được phân chia dựa trên khu vực địa lý hoặc mã chi nhánh. Ví dụ, tất cả đơn hàng phát sinh tại chi nhánh A sẽ được lưu trữ tại máy chủ của chi nhánh A, và tương tự cho chi nhánh B. Kỹ thuật data fragmentation này giúp các truy vấn liên quan đến hoạt động hàng ngày của một chi nhánh (như in báo cáo doanh thu cuối ngày) được thực hiện hoàn toàn trên dữ liệu cục bộ, giảm đáng kể độ trễ mạng và tăng tốc độ xử lý.

4.2. Kỹ thuật sao chép và đồng bộ hóa dữ liệu Data Replication

Data replication là quá trình tạo và quản lý các bản sao dữ liệu trên nhiều máy chủ. Trong dự án này, Merge Replication của SQL Server là công nghệ chủ đạo. Nó cho phép các chi nhánh hoạt động ngay cả khi mất kết nối tạm thời với máy chủ trung tâm. Khi kết nối được khôi phục, Merge Agent sẽ tự động so sánh dữ liệu và đồng bộ hóa các thay đổi từ cả hai phía, giải quyết các xung đột có thể xảy ra. Cơ chế này đảm bảo tính sẵn sàng cao và linh hoạt cho hệ thống, một yếu tố cực kỳ quan trọng đối với hoạt động bán lẻ liên tục.

4.3. Cài đặt và cấu hình các Server phân tán trên SQL Server

Tài liệu mô tả chi tiết quá trình cài đặt 3 server: MSSQLSERVER1 (server gốc), MSSQLSERVER2 và MSSQLSERVER3 (server phân đoạn cho các chi nhánh). Quá trình này bao gồm các bước như tạo một SQL Server instance mới, kích hoạt dịch vụ SQL Server Agent (cần thiết cho replication), đặt tên và cấu hình bảo mật cho từng server. Việc cấu hình đúng các Publisher, Distributor và Subscriber trong mô hình replication là chìa khóa để đảm bảo đồng bộ hóa dữ liệu diễn ra một cách chính xác và hiệu quả, tạo nên một hệ thống thông tin quản lý hoàn chỉnh.

V. Xây dựng ứng dụng quản lý bán hàng tối ưu cho VinMart

Từ nền tảng cơ sở dữ liệu phân tán đã được thiết kế và xây dựng, một phần mềm quản lý bán hàng hoàn chỉnh đã được phát triển để phục vụ các nghiệp vụ tại siêu thị VinMart. Ứng dụng này được xây dựng bằng công nghệ .NET hoặc Java, cung cấp giao diện đồ họa trực quan và thân thiện cho người dùng cuối là nhân viên và quản lý. Các chức năng chính của ứng dụng bám sát vào các Usecase đã phân tích, bao gồm: Quản lý Bán hàng (tạo hóa đơn, thanh toán), Quản lý Sản phẩm (thêm/sửa/xóa sản phẩm, quản lý tồn kho), Quản lý Khách hàng (quản lý thông tin khách hàng thân thiết, hạng thành viên), Quản lý Đơn hàng, và các chức năng báo cáo, thống kê. Giao diện đăng nhập cho phép phân quyền người dùng, đảm bảo chỉ những người có thẩm quyền mới có thể truy cập các chức năng tương ứng. Giao diện bán hàng được thiết kế để tối ưu hóa thao tác tại quầy, tích hợp với hệ thống POS, cho phép nhân viên nhanh chóng tìm kiếm sản phẩm, thêm vào giỏ hàng và thực hiện thanh toán. Việc xây dựng ứng dụng .NET hoặc sử dụng lập trình Java quản lý bán hàng trên nền tảng CSDL phân tán đã hiện thực hóa mục tiêu của đề tài, mang lại một công cụ mạnh mẽ để vận hành chuỗi siêu thị.

5.1. Giao diện và chức năng chính của phần mềm quản lý

Ứng dụng cung cấp đầy đủ các module chức năng cần thiết. Giao diện đăng nhập (Hình 20) đảm bảo an toàn và phân quyền. Giao diện bán hàng (Hình 21) là trung tâm của hệ thống, hỗ trợ các thao tác thanh toán nhanh chóng. Các giao diện khác như Quản lý sản phẩm (Hình 22), Quản lý đơn hàng (Hình 23), và Quản lý hạng thành viên (Hình 24) giúp nhân viên và quản lý dễ dàng thực hiện các tác vụ chuyên môn. Mỗi chức năng đều được thiết kế để tương tác mượt mà với CSDL tại chi nhánh, đảm bảo hiệu suất cao.

5.2. Tối ưu hóa quy trình bán hàng và quản lý kho hàng

Ứng dụng giúp số hóa và tự động hóa nhiều công đoạn trong quy trình bán hàng tại siêu thị. Nhân viên có thể dễ dàng lập hóa đơn, áp dụng chương trình khuyến mãi cho khách hàng thân thiết và in hóa đơn. Về quản lý kho hàng, hệ thống cho phép cập nhật số lượng tồn kho theo thời gian thực mỗi khi có giao dịch bán hàng hoặc nhập hàng mới. Điều này giúp người quản lý nắm bắt chính xác tình hình hàng hóa, đưa ra quyết định nhập hàng kịp thời và giảm thiểu tình trạng hết hàng hoặc tồn kho quá mức.

5.3. Hệ thống báo cáo doanh thu và quản lý khách hàng CRM

Một tính năng quan trọng của ứng dụng là khả năng tạo báo cáo doanh thu. Hệ thống có thể tổng hợp dữ liệu bán hàng theo ngày, tuần, tháng hoặc theo từng sản phẩm, nhân viên, giúp ban quản lý đánh giá hiệu quả kinh doanh. Chức năng quản lý khách hàng CRM cho phép lưu trữ thông tin khách hàng, lịch sử mua hàng, và điểm tích lũy. Dựa vào dữ liệu này, siêu thị có thể triển khai các chiến dịch marketing, chăm sóc khách hàng cá nhân hóa, và xây dựng lòng trung thành của khách hàng đối với thương hiệu VinMart.

VI. Đánh giá hệ thống và hướng phát triển CSDL phân tán tương lai

Dự án đã thành công trong việc phân tích, thiết kế và xây dựng một hệ thống CSDL phân tán cùng ứng dụng quản lý bán hàng cho mô hình chuỗi siêu thị VinMart tại một địa bàn cụ thể. Hệ thống đã đạt được mục tiêu quan trọng nhất là phân bổ dữ liệu trên 3 server và đảm bảo đồng bộ hóa dữ liệu, giúp các chi nhánh có thể hoạt động tự trị mà vẫn duy trì tính nhất quán. Cấu trúc CSDL với các bảng liên kết chặt chẽ đã đáp ứng được các yêu cầu nghiệp vụ từ khâu nhập hàng đến bán hàng và chăm sóc khách hàng. Tuy nhiên, hệ thống vẫn còn một số nhược điểm cần cải thiện. Về mặt chức năng, ứng dụng vẫn còn thiếu một số tính năng nâng cao để có thể tối ưu hóa hoàn toàn hoạt động của siêu thị. Về quy mô, hệ thống hiện tại được thiết kế cho phạm vi nhỏ, việc mở rộng ra toàn thành phố hoặc toàn quốc đòi hỏi phải có những cải tiến và tối ưu hóa sâu hơn. Hướng phát triển trong tương lai cần tập trung vào việc hoàn thiện các chức năng còn thiếu, tối ưu hóa hiệu năng truy vấn trên quy mô lớn và có thể tích hợp thêm các công nghệ mới như phân tích dữ liệu lớn (Big Data) để hỗ trợ ra quyết định kinh doanh.

6.1. Ưu điểm nổi bật của hệ thống quản lý bán hàng đã xây dựng

Ưu điểm lớn nhất của hệ thống là đã giải quyết được bài toán về tính sẵn sàng và hiệu năng so với mô hình tập trung. Dữ liệu được phân bổ hợp lý, gần với nơi sử dụng, giúp tăng tốc độ truy vấn và giảm tải cho mạng. Việc đồng bộ hóa dữ liệu thông qua replication đảm bảo tính nhất quán mà không làm gián đoạn hoạt động của các chi nhánh. Cấu trúc CSDL được thiết kế chặt chẽ, hỗ trợ đầy đủ các nghiệp vụ cốt lõi của một siêu thị tại Đà Nẵng.

6.2. Các nhược điểm và hạn chế còn tồn tại của dự án

Báo cáo đã thẳng thắn chỉ ra các nhược điểm. Thứ nhất, "hệ thống vẫn còn thiếu một vài chức năng", chưa thể tối ưu hóa toàn diện. Thứ hai, hệ thống mới được thử nghiệm ở "phạm vi nhỏ", hiệu năng và khả năng quản lý khi mở rộng quy mô lớn hơn (ví dụ, cho toàn bộ hệ thống WinMart toàn quốc) vẫn là một câu hỏi cần được kiểm chứng và cải thiện. Sự phức tạp trong việc quản trị và bảo trì một hệ CSDL phân tán cũng là một thách thức so với hệ tập trung.

6.3. Tiềm năng và hướng phát triển mở rộng trong tương lai

Hướng phát triển của dự án rất rõ ràng. Để hệ thống hoạt động trên quy mô lớn, cần tối ưu hóa các câu lệnh truy vấn, chi tiết hóa các quy trình đồng bộ và có thể xem xét các giải pháp phân mảnh dữ liệu linh hoạt hơn. Việc phát triển thêm các module quản lý nâng cao như quản lý chuỗi cung ứng, phân tích hành vi khách hàng, hoặc tích hợp với các nền tảng thương mại điện tử sẽ làm tăng giá trị của hệ thống, biến nó thành một công cụ quản trị toàn diện và thông minh hơn trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ PHÂN TÁN 4.1 Hệ phân tán Hệ phân tán gồm một nhóm các máy tính được kết nối với nhau thông qua mạng máy tính, cùng với một tập phần mềm hệ thống được thiết kế nhằm điều khiển liên kết các tài nguyên, các chức năng và dữ liệu trên mạng. Hình 1 Các thực thể của hệ tin học phân tán Phần mềm phân tán cung cấp công cụ thích hợp cho phép các máy tính phối hợp các hoạt động với nhau, cùng chia sẻ tài nguyên phần cứng. Ngoài hệ thống phần cứng, phần mềm, dữ liệu thì hệ phân tán còn có hệ thống truyền thông được mô tả như ở trên. Song điều cơ bản để phân biệt hệ tin học phân tán với mạng máy tính và hệ điều hành mạng chính là nguyên tắc xây dựng hệ 1.2 Nguyên tắc xây dựng hệ phân tán STT Tên gọi Thuyết minh Thực tế phát triển mạng máy tính đặt ra một vấn đề lớn là cần phải dùng chung tài nguyên.

Một tiến trình 1 Chia sẻ tài nguyên trên một trạm nào đó có thể cung cấp tài nguyên dùng chung ở một trạm khác. Khi các hệ thống đã được mắc nối với nhau, các thực 2 Liên lạc thể trong hệ có thể trao đổi thông tin với nhau. 3 Tin cậy Một trạm trong hệ bị sự cố không làm cho toàn hệ ảnh hưởng, mà ngược lại, công việc đó được phân cho các trạm khác đảm nhận. Ngoài ra, trạm bị sự cố 1 có thể tự động phục hồi lại trạng thái ban đầu trước khi có sự cố hay trạng thái ban đầu của nó.

Đây là khái niệm mới về phân tán tải. Một tính toán lớn nào đó, nếu chỉ sử dụng một trạm thì thời gian 4 Tăng tốc cho kết quả lâu. Tính toán này được chia nhỏ và thực hiện song song trên các trạm. Điều này cũng cần thiết đối với các trạm quá tải.

Bảng 1 Nguyên tắc xây dựng hệ phân tán 1.3 Mục tiêu của hệ phân tán 1.1 Kết nối người sử dụng với tài nguyên Giải quyết bài toán chia sẻ tài nguyên trong hệ thống (resource sharing). Việc chia xẻ tài nguyên trên hệ phân tán - trong đó tài nguyên bị lệ thuộc về mặt vật lý với một máy tính nào đó - được thực hiện thông qua truyền thông. Để chia xẻ tài nguyên một cách hiệu quả thì mỗi tài nguyên cần phải được quản lý bởi một chương trình có giao diện truyền thông, các tài nguyên có thể truy nhập, cập nhật được một cách tin cậy và nhất quán. Quản lý tài nguyên ở đây bao gồm lập kế hoạch và dự phòng, đặt tên các lớp tài nguyên, cho phép tài nguyên được truy cập từ nơi khác, ánh xạ tên tài nguyên vào địa chỉ truyền thông.

Mô hình mạng máy tính thường được sử dụng là: Mô hình xử lý Client-Server. Mô hình xử lý Client-Server: Là một mô hình trong đó có việc xử lý hợp tác đối với các yêu cầu của Client nêu ra với máy Server. Máy Server tiến hành xử lý và gửi trả kết quả về cho Client. Việc xử lý hợp tác Client- Server thực tế là một dạng riêng của xử lý phân tán với tài nguyên (và nhiệm vụ ảnh hưởng tới tài nguyên) đợc trải qua hai hay nhiều hệ thống tính toán rời rạc.

Hình 2 Mô hình tương tác chung giữa một client với một server 2 Mô hình xử lý Client-Server đã nổi lên như một mức cao hơn của việc xử lý dùng chung thiết bị đã có trong mang cục bộ (LAN). Trong môi trờng xử lý dùng chung thiết bị, các máy tính cá nhân (PC) đợc gắn với thiết bị hệ thống để cho phép các PC này dùng chung tài nguyên tệp trên đĩa cứng và máy in là các thí dụ tiêu biểu. Theo thuật ngữ LAN, các thiết bị dùng chung nh vậy đợc gọi là các Server (phục vụ). Tên phục vụ là thích hợp hơn cả vì các thiết bị dùng chung này dùng để nhận các yêu cầu cần phục vụ từ các PC.

Trong xử lý dùng chung thiết bị trên LAN, các yêu cầu của PC này thờng bị giới hạn về các dịch vụ liên quan tới tệp dùng chung hay tệp xử lý in. Nhược điểm hiển nhiên của cách tiếp cận nh vậy là ở chỗ mọi xử lý ứng dụng đều đợc thực hiện trên các PC riêng lẻ, và chỉ một chức năng nào đó (in, vào ra tệp) mới là phân tán. Do đó, toàn bộ tệp phải được gửi cho một PC đã ban ra yêu cầu READ tệp đó. Nếu tệp đợc cập nhật thì toàn bộ tệp đó bị khoá bởi PC đã tạo ra yêu cầu cập nhật tệp đó.

Chính vì các lý do trên mà mô hình xử lý Client-Server là việc mở rộng tự nhiên của việc dùng chung thiết bị và vai trò của các trạm làm việc trở thành khách của máy chủ. Phần có ý nghĩa nhất của mô hình này là xử lý ứng dụng đợc phân chia (không nhất thiết phải chia đều) giữa Client và Server. Xử lý thực tế đợc khởi đầu và kiểm soát một phần bởi nơi yêu cầu dịch vụ là Client nhng không phải theo kiểu chủ-khách. Thay vì điều đó, cả Client và Server đều hợp tác để thực hiện thành công ứng dụng.

Chẳng hạn nếu PC chạy chơng trình cần một bản ghi đặc biệt nào đó từ một tệp dùng chung thì nó sẽ chuyển yêu cầu cho Server CSDL tiến hàng xử lý cục bộ rồi nhận lại đúng bản ghi đã yêu cầu. Như vậy về mặt kiến trúc xử lý Client-Server cho thấy: - Đường liên lạc tin cậy, chắc chắn giữa Client và Server. - Các trờng hợp tương tác Client-Server do Client khởi xướng. - Phân tán xử lý ứng dụng giữa Client và Server.

- Server kiểm soát các dịch vụ mà Client yêu cầu. - Server làm trọng tài cho các yêu cầu tranh chấp. Với Hệ CSDL phân tán, mô hình Client-Server có các ưu điểm: - Các công ty lợi dụng được công nghệ tính toán của PC. PC ngày nay cung cấp một năng lực tính toán đáng kể (mà trước đây chỉ các máy tính lớn mới có được) nhưng lại với một giá thành nhỏ.

3 - Cho phép xử lý được thực hiện tại gần nguồn dữ liệu cần xử lý (các CSDL trên Server). Do đó lưu lượng và thời gian đáp ứng của mạng giảm đi rất nhiều, hiệu năng và khả năng chuyển tải của mạng đợc tăng lên. - Tạo điều kiện cho việc dùng giao diện đồ hoạ (GUI) có sẵn trên các trạm làm việc hiện có. - Cho phép và hỗ trợ hệ thống mở: Client và Server có thể chạy trên các nền phần cứng và phần mềm khác nhau.

Tuy nhiên không phải là mô hình Client-Server đã hoàn chỉnh, nó vẫn còn các nhợc điểm sau đây: - Nếu có khá nhiều thành phần logic của ứng dụng đợc chuyển về Server thì Server sẽ trở thành cổ chai y như máy tính lớn (main frame) mô hình thiết bị đầu cuối. Các tài nguyên hạn chế của Server sẽ ở trạng thái bị đòi hỏi làm việc ở mức cao hơn do việc tăng số ngời tiêu thụ tài nguyên (End User). - Các ứng dụng phân tán, đặc biệt là những ứng dụng đợc thiết kế cho xử lý hợp tác thường phức tạp hơn các ứng dụng không phân tán. Tuy nhiên có thể giảm bớt độ phức tạp bằng cách thu nhỏ vấn đề lớn thành một tập hợp vấn đề nhỏ hơn, có thể được tính độc lập nhau, tương tự như trong hệ thiết kế đơn thể.1 Tính trong suốt Ẩn giấu sự rời rạc và những nhược điểm nếu có của hệ phân tán đối với người sử dụng (end-user) và những nhà lập trình ứng dụng (application programmer).

Theo tiêu chuẩn ISO cho hệ phân tán ISO / IS / 10746 tên là "Open distributed processing reference model" 1995 đã cụ thể hóa tám dạng trong suốt: Trong suốt truy cập (Access transparency): che giấu sự khác biệt về cách biểu diễn và cách truy cập tài nguyên. Trong suốt về vị trí (Location transparency): che giấu vị trí của tài nguyên. Hai dạng trong suốt vừa trình bày được gọi chung là trong suốt mạng (network transparency). Trong suốt di trú (Migration transparency): che giấu khả năng chuyển vị trí của tài nguyên.

Trong suốt về việc định vị lại (Relocation transparency): che giấu việc di chuyển của tài nguyên khi đang được sử dụng. Trong suốt nhân bản (Replication transparency): che giấu tình trạng tình trạng sử dụng bản sao của tài nguyên. 4 Che giấu sự che sẻ tài nguyên tương tranh (Concurency transparency). Trong suốt sự cố (Failure transparency): che giấu lỗi hệ thống nếu có.

Trong suốt khả năng di chuyển tài nguyên (Persistence transparency): che giấu việc di chuyển tài nguyên từ bộ nhớ ngoài vào bộ nhớ trong và ngược lại 1.2 Tính mở Tính mở của một hệ thống máy tính là tính dễ dàng mở rộng phần cứng (thiết bị ngoại vi, bộ nhớ, các giao diện truyền thông .) và phần mềm (các mô hình HĐH, các giao thức truyền thông, các dịch vụ chia xẻ tài nguyên. Nói một cách khác, tính mở của hệ thống phân tán mang ý nghĩa bao hàm tính dễ dàng cấu hình cả phần cứng lẫn phần mềm của nó. Tính mở của hệ phân tán được thể hiện là hệ thống có thể được tạo nên từ nhiều loại phần cứng và phần mềm của nhiều nhà cung cấp khác nhau với điều kiện các thành phần này phải theo một tiêu chuẩn chung (liên quan đến HĐH là tính đa dạng tài nguyên; liên quan đến nhà cung cấp tài nguyên là tính chuẩn). Tính mở của Hệ phân tán được xem xét theo mức độ bổ sung thêm các dịch vụ chia sẻ tài nguyên mà không phá hỏng hay nhân đôi các dịch vụ đang tồn tại.

Tính mở được hoàn thiện bằng cách xác định hay phân định rõ các giao diện chính của hệ phân tán và làm cho nó tương thích với các nhà phát triển phần mềm (tức là các giao diện chính của HĐH phân tán cần phổ dụng). Tính mở của HĐH phân tán được thi hành dựa trên việc cung cấp cơ chế truyền thông giữa các QT và công khai các giao diện được dùng để truy cập tài nguyên chung.3 Tính co giãn Tính co giãn của hệ phán tán được thể hiện qua: Qui mô: Khi số lượng người dùng và tài nguyên thay đổi hệ phân tán phải thích nghi được. Không gian địa lý: Khi vùng địa lý có tài nguyên và người sử dụng thay đổi. Tổ chức: Khi tổ chức kết cấu của hệ thay đổi.

Nếu hệ phân tán có tính co giãn thường ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ thống (hiệu năng của hệ thống là hiệu quả năng lực hoạt động của đối tượng).Có ba giải pháp phổ biến: Ẩn giấu. 5 Phân tán: phân nhỏ thành phần hệ thống và phân bố chúng trên phạm vi của hệ thống (quản lý phân cấp).