Модели процессов согласования реплик в базах данных Nosql

Введение 
Актуальность.
В последние несколько десятилетний в области обработки 
данных доминировали реляционные СУБД. В таких системах данные хранятся в 
виде таблиц, они также предполагают наличие схемы базы данных. Но при 
создании больших систем (Big Data) с использованием реляционных СУБД 
разработчики стали испытывать значительные затруднения: 1) осложнилась 
процедура агрегирования данных, т.к. это требует чтения записей из большого 
числа связанных таблиц (возникла проблема потери соответствия), 2) возникло 
противоречие 
между 
необходимостью 
хранения 
больших 
объемов 
неструктурированных данных и необходимостью их как-то структурировать 
посредством разработки схемы базы данных, 3) для хранения больших объемов 
информации необходимо покупать дорогие специализированные аппаратно-
программные комплексы параллельных систем баз данных (Teradata, Sun Oracle 
Database Machine и др.), 4) при наличии большого числа узлов возникает 
проблема обеспечения требуемой отказоустойчивости системы. 
Как попытка решить накопившиеся проблемы реляционных баз данных 
появились альтернативные средства хранения и обработки данных, получившие 
название «базы данных NoSQL». Пионерами в этой области выступили две 
компании: Google и Amazon. В БД NoSQL для обеспечения высокой 
отказоустойчивости используется многократная репликация (копирование) 
записей. Но базы данных NoSQL обладают недостатком: в этих системах не 
поддерживается режим ведения транзакций и блокировок, поэтому возникает 
проблема согласования реплик. В диссертации под согласованием реплик 
понимается 1) согласование реплик какой-либо записи после обновления одной из 
этих реплик (распространение обновлений), 2) согласование версий реплики 
(сведение нескольких версий записи к одной записи), 3) согласование 
(восстановление) реплик после устранения сбоя в узле. 
Важными показателями согласования реплик в системах баз данных NoSQL 
являются вероятность чтения устаревшей записи за время распространения 
обновлений по узлам системы, время ожидания начала чтения записи из 

---

6 
обновленного кворума серверов, число версий записи в базе данных NoSQL и 
время их обработки, вероятность отказа в доступе к записи БД и др. Эти 
характеристики необходимо оценивать на этапе проектирования системы, т.к. это 
позволяет избежать ручного подбора значений требуемых параметров для 
большого числа типов записей БД на этапе наладки системы и необходимости 
натурного моделирования экстремальной нагрузки на систему. 
Так как технология разработки информационных систем на основе баз 
данных NoSQL является достаточно новой, математические модели, необходимые 
для оценки показателей согласования реплик, либо отсутствуют, либо являются 
неадекватными. 
Поэтому разработка адекватных математических моделей и программных 
средств, позволяющих на этапе проектирования систем NoSQL оценивать 
показатели согласования реплик и выбирать требуемые параметры, является 
актуальной задачей.