Модели процессов согласования реплик в базах данных Nosql

1.3.2.
 
Влияние параметров N, W, R на показатели согласования реплик 
Параметры N, W, R были определены в пункте 1.3.1. Согласованность 
считает строгой, если W+R>N. Действительно, если обозначить набор узлов, на 
которые реплицируется запись, как множество Ws, набор узлов, с которых 
считывается запись, как Rs, а общий набор узлов как Ns, то:
, 
(1.1) 
Из выражения (1.1) видно, что при выполнении операции чтения хотя бы 
одна запись будет содержать новую версию записи. 
Существует три варианта обеспечения строгой согласованности [14]:
1. W = N, R = 1. В этом случае обновление выполняется сравнительно 
медленно, т.к. для завершения операции система должна согласовать все N 
реплик. Однако чтение выполняется быстро, т.к. запись читается из какой-либо 
одной доступной реплики. Такой вариант подходит для сегментов записей, 
которые редко обновляются, но часто читаются. Схематически процесс 
обновления и чтения записи представлен на рисунке 1.6. 
N = 3
W = N
R = 1
Верcия Б
Верcия Б
Верcия Б
Верcия Б
Верcия Б
Рисунок 1.6 – Строгая согласованность с параметрами W=N, R=1. 
2. W = 1, R = N. В этом случае обновление завершается быстро, однако 
чтение выполняется сравнительно медленно, т.к. для завершения операции 
система должна прочитать все N реплик записи. Такой вариант подходит для 
сегментов записей, для которых операция обновления выполняется часто и важно, 
чтобы она завершилась быстро. Однако при чтении может быть возвращено 
несколько версий записей, что осложняет обработку полученных данных. В этом 
случае приложение должно выбрать последнюю обновленную запись, 

---

25 
проанализировав векторы часов прочитанных записей. Схематически процесс 
обновления и чтения записи изображен на рисунке 1.7. 
N = 3
W = 1
R = N
Верcия Б
Верcия Б, А
Верcия Б
Верcия А
Верcия А
Рисунок 1.7 – Строгая согласованность с параметрами W=1, R=N. 
3. W = R = (N+1) /2 (если N нечетное) и W = R =N/2+1 (если N четное). В 
этом случае имеются задержки и при обновлении записи, и при ее чтении. Такой 
вариант подходит для сегментов записей, над которыми операции обновления и 
чтения выполняются примерно в равных пропорциях. При обработке 
прочитанных записей необходимо анализировать вектор часов. Схематически 
процесс обновления и чтения записи представлен на рисунке 1.8. 
N = 3
W = 2
R = 2
Верcия Б
Верcия Б, А
Верcия Б
Верcия Б
Верcия А
Рисунок 1.8 – Строгая согласованность за счет кворума. 
Согласованность считает согласованностью в конечно счете, если W+R≤N. 
Действительно, если принять вышеупомянутые обозначения, то:
(1.2) 
Из выражения (1.2) видно, что при выполнении операции чтения система 
может вернуть такой набор реплик, в котором ни одна запись не будет новой. То 

---

26 
есть, клиенту будут возвращены устаревшие данные. Такой вид согласованности 
подходит для сегментов записей, для которых основным свойством из теоремы 
CAP является свойство доступности. Этот сценарий схематически представлен на 
рисунке 1.9. 
N = 3
W = 1
R = 1
Верcия Б
Верcия А
Верcия Б
Верcия А
Верcия А
Рисунок 1.9 – Согласованность в конечном счете. 
Рассмотрим основные проблемы, связанные с выбором параметров 
репликации. 
1. Число реплик N велико: 
- отказоустойчивость выше, 
- при W+R≤N (слабая согласованность): увеличивается вероятность чтения 
устаревших данных, производительность выше (одновременное чтение из 
большего числа реплик), 
- при W+R>N (строгая согласованность): производительность ниже 
(увеличивается время выполнения операций обновления и чтения). 
Схематично проблемы при больших N представлены на рисунке 1.10. 
2. Если число реплик N мало картина меняется: 
- отказоустойчивость ниже, 
- при W+R≤N (слабая согласованность): уменьшается вероятность чтения 
устаревших данных, но и производительность ниже, 
- при W+R>N (строгая согласованность): производительность выше 
(уменьшается время выполнения операций обновления и чтения). 
Схематично проблемы при небольших N представлены на рисунке 1.11. 

---

27 
1
2
3
N
Write (1)
Распространение изменений
Read (1)
N/2+2
N
Распространение изменений
1
2
N/2+1
Write(N/2+1)
Read(N/2)
а) согласованность в конечном счете 
б) строгая согласованность 
Рисунок 1.10 – Проблемы, связанные с большим N. 
1
N
Уменьшено число реплик
Read(1)
1
3
N
Распространение изменений
Write
(N/2+1)
Отказ
Ожидание 
создания 
новой реплики
Новая 
реплика
а) согласованность в конечном счете 
б) строгая согласованность 
Рисунок 1.11 – Проблемы, связанные с небольшим числом реплик N. 
Из приведенных выше примеров следует, что задача выбора параметров 
репликации не является тривиальной: их изменение приводит к улучшению одних 
показателей и ухудшению других.