СУБД UMS-FADтм

Системотехническое решение СУБД UMS-FADтм
Административный клиент GAI
Фреймворк UMS:
веб-сервер UNET
виртуальная машина UVM
компилятор байт-кода UBC
сетевой шлюз UGW
Двигатель FADтм
Драйвер LCD
База данных repoDB

Особенности
СУБД UMS-FADтм
Расширенная реляционная модель данных ERM
Денормализованные отношения
Ассоциативные массивы данных
Служебные домены первичных ключей данных
Мультиверсионная архитектура
Отсутствие блокировок объектов базы данных
Отсутствие журналов транзакций и сегментов отката
Сериализуемый уровень изоляции транзакций
Механизм поиска в виде матричных деревьев

Ассоциативный массив

Расширенная реляционная модель данных ERM
Денормализованные отношения – максимально полные информационные образы типов объектов предметной области
В типах объектов поддерживаются логические связи между составляющими доменами (в виде иерархий)
Первичные ключи – функционально независимые атрибуты служебного домена уникальных идентификационных номеров
Вторичные ключи – соответствуют вторичным ключам базовой реляционной модели данных RM
Манипуляционный и целостный аспекты модели ERM соответствуют подобным аспектам модели RM
Доменный состав отношений модели ERM соответствует атрибутному составу классов объектно-ориентированной модели данных прикладных решений

Кортеж данного -мультимножество
Фамилия - Кузнецов
Имя - Иван
Телефон - Рабочий
Номер - 495 365 2987
Телефон - Мобильный
Номер - 916 120 6582
Телефон - Неизвестно
Номер - 499 268 5049
УИН - 27498752063

Структура кортежей данных
Атрибуты каждого кортежа связаны в иерархическую структуру
Арность кортежей в общем случае не равна арности отношений
Кортежи могут содержать повторяющиеся атрибуты или группы атрибутов
Каждое отношение содержит головной кортеж, содержащий стандартный набор атрибутов, имеющих неопределенные значения, и соответствующий одному из типов объектов предметной области
Максимальный размер одного кортежа ограничен возможностями файловой системы
Кортеж может содержать ссылки на фрагменты неструктурированной информации, хранимые в файле базы данных или в отдельных файлах

Мультиверсионная архитектура СУБД UMS-FADтм
Значение УИН данного
Новое значение атрибута
ID атрибута
ID
Значение УИН данного
Старое значение атрибута
ID атрибута
Адрес УИН данного
Узлы М-дерева
Старая версия данного
Новая версия данного
Адрес атрибута

Структура версий данных
Каждое данное состоит из первичной версии и набора дельта-версий, логически связанных совпадающим уникальным идентификационным номером (УИН)
Версии содержат номера транзакций записи
Модифицированные атрибуты в составе версий данных логически связаны служебным идентификатором экземпляра атрибута (ID)
Запись новых версий данных осуществляется без чтения и блокировки старых версий, на основании УИН данных и ID атрибутов
Все версии данных хранятся в одном отношении
Очистка базы данных от устаревших версий данных производится в фоновом режиме путем консолидации версий

Двоичное сбалансированное матричное дерево поиска
Корневой указатель
7
3
11
1
5
9
13
8
4
12
2
6
10
14
Значение ключа четного поддерева = 2L x Y , где L – уровень дерева, Y - сомножитель
Позиция узла дерева на уровне = (Y + 1) / 2
Значение ключа нечетного поддерева = (2L x Y) - 1
Значение ключа общей вершины = (K1 + K2) / 2, где K1,2 – значение ключей нижних узлов

Особенности матричных деревьев поиска
Матричные деревья поиска относятся к самобалансирующимся двоичным деревьям
Включению элемента в матричное дерево предшествует присвоение номера элементу в порядке записи в базу данных
Отдельное матричное дерево состоит из четного и нечетного поддеревьев (поиск во вдвое меньшем числе элементов)
В процессе балансировки участвуют не более 4 элементов (в отличие от половины элементов любой другой разновидности самобалансирующихся деревьев)
В случае монотонно возрастающего порядка записи элементов матричные деревья не требуют балансировки
Механизм поиска состоит из нескольких ярусов матричных деревьев – типы данных, домены, дескрипторы атрибутов

Сравнение эффективности реализации RM и ERM моделей данных
Узлы B+деревьев
Узлы M-деревьев
Список данных, узлов M-деревьев, кодов и значений атрибутов
Список листьев B+деревьев
Словарь кодов и значений атрибутов
Таблицы данных
ER модель A – индексируемые атрибуты, N – нормальная форма, F – сканирование файлов
ERM модель A = max, N = 1, F = 0
Обращения к диску
Запись ~ L/2 Чтение ~ 0
Запись ~ 0 Чтение ~ 0
Запись ~ 0 Чтение ~ 0
Запись ~ 2 Чтение ~ 1
Запись ~ N Чтение ~ 1 (+ F)
Запись ~ 1 Чтение ~ 1
Запись = A x (L/2 + 2) + 2N Чтение = A x 3 + 2F x N
Запись = 1 Чтение = 1
Обращения к диску
Итого:
Итого:
Сегменты отката
Запись ~ N Чтение ~ 1 (+ F)
Оперативная память
Энергонезависимая память

Основные инновации
СУБД UMS-FADтм
Многомерная база данных, полностью размещенная на внешнем носителе
Физическая структура данных, включающая только значимую информацию
Схема базы данных, изменяемая в фоновом режиме

Компоновочные решения UMS-FADтм
Клиентское приложение
Фреймворк UMS
LCD
FAD
База данных
Веб-браузер
Веб-браузер
Триггеры, хранимые процедуры, пользовательские функции, представления, серверные приложения
Клиентское приложение
FAD
База данных
Библиотека функций
Библиотека функций
Библиотека функций
1
2
3
4
Способы реализации: 1 - клиент-серверная архитектура 2 - распределенные базы данных 3 - библиотеки расширения 4 - серверные приложения 5 и 6 - встраивание двигателя FAD
6
UNET
UVM
UGW
СУБД
СУБД
СУБД
5
4

работает на платформе 64-разрядных операционных систем UNIX/Linux
работает на платформе 32/64-разрядных операционных систем Unix/Linux и Microsoft Windows
обеспечивает обмен информацией с реляционными базами данных, аналитическими системами и табличными процессорами
Клиентская часть
Серверная часть
СУБД UMS-FADтм реализована
в клиент-серверной архитектуре

Масштабирование СУБД UMS-FADтм
Слейв-сервер
Реплика БД
Запись
Репликация
Чтение
Мастер-сервер
Слейв-сервер
Мастер БД
Реплика БД
Запись
Репликация
Запись
Запись
Чтение
Клиент
Клиент
Клиент
Клиент
Клиент
Клиент

Индустриальный тест ТРС-С
по оперативной обработке транзакций OLTP
Пиковая производительность СУБД UMS-FADтм составила 1 миллион транзакций в минуту в расчете на одно ядро процессора
Цена одной транзакции в минуту СУБД UMS-FADтм составила единицы центов США

Зависимость времени чтения от объема реляционной и многомерной баз данных:
5, 10 15 и 20 млн. данных
10
20
30
40
0,01
0,02
0,03
0,04
Время, секунды
Данные, млн. единиц
СУБД UMS-FADтм
Реляционная СУБД