Применение SPMD-технологии при построении сетевых баз данных с циркулирующей информацией

Сетевые базы данных с циркулирующими запросами-предложениями

Рассматриваемым ниже базам данных соответствует архитектура ЛВС с сервером типа "звезда" (рис. 2.5).

Рис. 2.5. База данных с циркуляцией запросов-предложений

Пусть централизованная БД, расположенная на сервере, содержит список свободных сегментов, которые не обрабатываются в данный момент ни одной РС, а также список занятых сегментов, т.е. обрабатываемых рабочими станциями. Не рассматривая сложные запросы либо предполагая их структурирование, требующее последовательного обращения к разным сегментам, допустим, что одна РС может обрабатывать одновременно лишь один сегмент. Таким образом, количество занятых сегментов совпадает с количеством РС, занятых их обработкой.

Располагая списком свободных сегментов, сервер последовательно и циклически опрашивает свободные, т.е. не обрабатывающие ни один сегмент, РС с запросом- предложением: нужен ли ей очередной сегмент из этого списка? Подготавливая запрос, сервер максимально обеспечивает связь с РС для передачи сегмента в случае его необходимости, т.е. производит маршрутизацию.

Если пользователь сформировал запрос к БД со своей РС, то запрос (а по нему определяется необходимый сегмент БД) ожидает прихода запроса-предложения сервера относительно нужного сегмента. Тогда сервер направляет сегмент (точнее, его копию) на РС и этот сегмент переходит в список занятых.

Рабочая станция, закончившая обработку запроса к БД, возвращает в общем случае измененный сегмент серверу. Сегмент переходит в список свободных и впредь участвует в циклическом предложении свободным РС.

Таким образом, время выполнения каждого запроса к БД зависит от состояния сегмента (свободен — занят), от среднего времени обработки сегмента используемой СУБД, от времени одного цикла циркуляции запросов-предложений, от организации и подготовки обмена информацией (маршрутизации) в сети и т.д.

Отметим важность средств обеспечения надежности, защиты данных, отображения и др.

Рассчитаем среднее время обслуживания запроса при рассматриваемой организации его обработки.

Пусть, как и прежде, m — количество сегментов БД, n — количество РС в ЛВС. Для поиска вероятности того, свободен ли требуемый сегмент или взят на обработку (занят), необходимо определить в стационарном режиме среднее число занятых сегментов БД.

Считая поток запросов простейшим, построим цепь Маркова (рис. 2.6), соответствующую многоканальной системе массового обслуживания с количеством n каналов [17].

Рис. 2.6. Цепь Маркова для нахождения предельных вероятностей состояния сегментов БД

Состояние S₀ соответствует отсутствию занятых сегментов, поток запросов при этом реализуется полностью, т.е. . На обратный переход в это состояние влияет поток обслуживания с интенсивностью формируемый копией СУБД единственной РС. Состояние S₁ соответствует наличию одного занятого сегмента. Так как одна РС оказывается занятой обработкой сегмента, то поток запросов к БД реализуется n - 1 свободными. Кроме того, из этого потока исключаются запросы к занятому сегменту. Тогда . Поток обслуживания, приводящий в это состояние из состояния S₂, характеризующегося двумя занятыми сегментами, определяется двумя копиями СУБД. Интенсивность этого потока обслуживания равна и т.д.

Таким образом, для состояния S_i, i = 0 , ..., n, когда занято i сегментов,

( 2.11)

Уравнения Колмогорова имеют вид

( 2.12)

Решая [17] эту систему, находим:

( 2.13)

Определим среднее число q занятых сегментов:

( 2.14)

Тогда вероятность обращения к занятому сегменту

( 2.15)

Пусть t_предл — цикл времени предъявления очередной заявки-предложения рабочей станции. Тогда среднее время ожидания свободного сегмента вычисляется следующим образом:

t_{ожид своб.} = 0,5 (m - q) t_предл. (2.16)

Если сегмент, к которому произведен запрос, занят, то время t_{ожид. зан.} его ожидания зависит от времени окончания его обработки, от времени t_возвр возврата серверу, от времени t_освоб включения в число свободных и от времени его ожидания как свободного сегмента:

t_{ожид.зан.} = 0,5 t_обсл. + t_возвр. + t_освоб. + t_{ожид своб.} (2.17)

Тогда полное время обслуживания запроса с РС вычисляется:

T_обсл = P_занят t_{ожид.зан} + (1 - P_занят)t_{ожид своб} + t_обсл. (2.18)

Полученная оценка, аналогично (2.5) и (2.10), является основой критерия эффективности данного способа организации сетевой БД.