Модели процессов согласования реплик в базах данных Nosql

---

---

2 
Содержание 
Содержание .............................................................................................................................................. 2
 
Введение ................................................................................................................................................... 5
 
Глава 1.
 
Анализ существующих методов оценки показателей качества согласования реплик в 
базах данных NoSQL ............................................................................................................................ 10
 
1.1.
 
Тенденции развития рынка Больших Данных (Big Data) ...................................................... 10
 
1.2.
 
Реляционные базы данных и хранилища NoSQL ................................................................... 11
 
1.2.1.
 
Преимущества и недостатки реляционных баз данных ................................................. 11
 
1.2.2.
 
Преимущества и недостатки баз данных NoSQL ............................................................ 14
 
1.2.3.
 
Классификация баз данных NoSQL .................................................................................. 17
 
1.3.
 
Функции согласования реплик в базах данных NoSQL ........................................................ 18
 
1.3.1.
 
Размещение реплик записей БД в кластере и обеспечение их согласования при 
обновлении записи ........................................................................................................................... 19
 
1.3.2.
 
Влияние параметров N, W, R на показатели согласования реплик ............................... 24
 
1.3.3.
 
Ведение версий реплики и их согласование .................................................................... 27
 
1.3.4.
 
Согласование реплик после устранения сбоя или отказа в узле ................................... 31
 
1.4.
 
Анализ существующих моделей и методов оценки показателей качества 
функционирования баз данных NoSQL .............................................................................................. 32
 
1.4.1.
 
Анализ методов повышения качества согласования данных ......................................... 32
 
1.4.2.
 
Анализ моделей и методов оценки характеристик согласования реплик NoSQL ....... 37
 
1.4.3.
 
Анализ методов оценки показателей отказоустойчивости в базах данных NoSQL .... 39
 
1.5.
 
Постановка задачи ..................................................................................................................... 41
 
Выводы по 1-й главе......................................................................................................................... 43
 
Глава 2.
 
Разработка моделей процессов согласования реплик в базах данных NoSQL ................. 45
 
2.1.
 
Разработка моделей процессов согласования реплик при обновлении какой-либо записи 
базы данных ........................................................................................................................................... 45
 
2.1.1.
 
Преобразование Лапласа-Стилтьеса................................................................................. 46
 
2.1.2.
 
Разработка модели процесса согласования реплик в конечном счете .......................... 47
 
2.1.3.
 
Разработка модели процесса строгого согласования реплик ......................................... 51
 
2.1.4.
 
Преобразование Лапласа-Стилтьеса функции распределения вероятностей времени 
обновления i-й реплики ................................................................................................................... 55
 
2.2.
 
Анализ моделей процессов согласования реплик при обновлении какой-либо записи базы 
данных .................................................................................................................................................... 59
 
2.2.1.
 
Анализ моделей согласования реплик в конечном счете ............................................... 59
 
2.2.2.
 
Анализ модели строгого согласования реплик ............................................................... 62
 
2.3.
 
Разработка модели процесса ведения версий записи ............................................................ 64
 
2.3.1.
 
Ведение вектора часов в базах данных NoSQL ............................................................... 64
 

---

3 
2.3.2.
 
Вариант 1 модели – время обработки версий записи клиентом зависит от текущего 
числа этих версий ............................................................................................................................. 66
 
2.3.3.
 
Анализ варианта 1 модели ведения версий записи ......................................................... 70
 
2.3.4.
 
Вариант 2 модели - время обработки версий записи клиентом зависит от числа 
обновлений, выполненных ранее другими клиентами ................................................................. 71
 
2.3.5.
 
Анализ варианта 2 модели ведения версий записи ......................................................... 74
 
2.3.6.
 
Анализ стационарности и эргодичности модели ведения версий записи .................... 75
 
2.4.
 
Разработка моделей отказов и восстановления доступа к записи в базах данных NoSQL 77
 
2.4.1.
 
Аналитическая модель отказов и восстановления доступа к записи в базах данных 
NoSQL 77
 
2.4.2.
 
Имитационная модель отказов и восстановления доступа к записи в базах данных 
NoSQL 78
 
2.4.3.
 
Оценка времени восстановления узла в базах данных NoSQL ...................................... 80
 
2.4.4.
 
Анализ и сравнение аналитической и имитационной моделей отказов и 
восстановления доступа к записи в базах данных NoSQL ........................................................... 84
 
Выводы по 2-й главе......................................................................................................................... 89
 
Глава 3.
 
Анализ адекватности моделей ............................................................................................... 91
 
3.1.
 
Описание экспериментальной установки ............................................................................... 91
 
3.2.
 
Анализ адекватности модели (1) процесса согласования реплик в конечном счете .......... 93
 
3.2.1.
 
Подготовка эксперимента 1 ............................................................................................... 93
 
3.2.2.
 
Проведение экспериментов и оценка адекватности модели (1) .................................... 95
 
3.3.
 
Анализ адекватности модели (2) процесса строгого согласования реплик ....................... 100
 
3.3.1.
 
Подготовка эксперимента 2 ............................................................................................. 100
 
3.3.2.
 
Проведение экспериментов и оценка адекватности модели (2) .................................. 102
 
3.4.
 
Анализ адекватности модели (3) процесса ведения версий записи ................................... 106
 
3.4.1.
 
Подготовка эксперимента 3 ............................................................................................. 106
 
3.4.2.
 
Проведение эксперимента и анализ адекватности модели (3) ..................................... 110
 
Выводы по 3-й главе....................................................................................................................... 113
 
Глава 4.
 
Разработка инструментального средства анализа процессов согласования реплик в 
базах данных NoSQL .......................................................................................................................... 114
 
4.1.
 
Подсистема для работы с моделями согласования реплик ................................................. 114
 
4.2.
 
Подсистема для работы с моделью ведения версий записи ................................................ 118
 
4.3.
 
Подсистема для работы с моделями отказов и восстановления доступа к записи ........... 122
 
Выводы по 4-й главе....................................................................................................................... 124
 
Глава 5.
 
Использование разработанных моделей и инструментального средства на этапе 
проектирования информационной системы ..................................................................................... 126
 
5.1.
 
Описание предметной области............................................................................................... 127
 
5.2.
 
Обоснование выбора технологии NoSQL ............................................................................. 131
 
5.3.
 
Анализ вариантов баз данных NoSQL для реализации аналитического модуля .............. 132
 
5.4.
 
Построение структуры хранилища данных аналитического модуля ................................. 135
 

---

4 
5.5.
 
Оценка показателей производительности, согласования реплик и отказа в доступе к 
записи базы данных ............................................................................................................................ 140
 
5.6.
 
Выбор параметров репликации сегментов хранилища........................................................ 144
 
Выводы по 5-й главе....................................................................................................................... 145
 
Заключение .......................................................................................................................................... 147
 
Литература ........................................................................................................................................... 149
 

---

5