Cơ sở dữ liệu phân tán là gì?

Cơ sở dữ liệu phân tán là một loại cơ sở dữ liệu không bị giới hạn trong một hệ thống duy nhất. Thay vào đó, nó được trải rộng trên nhiều vị trí vật lý, có thể là nhiều máy chủ hoặc thông qua một mạng lưới máy chủ. Nói cách khác, cơ sở dữ liệu phân tán bao gồm hai hoặc nhiều tệp được lưu trữ ở các vị trí khác nhau và được kết nối với nhau thông qua mạng. Điều này cho phép người dùng ở nhiều nơi trên thế giới, dù trên cùng một mạng hay các mạng khác nhau, đều có thể truy cập vào cơ sở dữ liệu. Việc phân tán này không chỉ áp dụng cho việc lưu trữ dữ liệu mà còn cho cả quá trình xử lý, được chia sẻ giữa nhiều máy chủ cơ sở dữ liệu. Mục tiêu là người dùng sẽ tương tác với cơ sở dữ liệu phân tán như thể nó là một cơ sở dữ liệu tập trung duy nhất.

Kiến trúc của cơ sở dữ liệu phân tán

Cơ sở dữ liệu phân tán có thể được phân loại thành hai loại chính: đồng nhất và không đồng nhất.

Cơ sở dữ liệu đồng nhất

Trong kiến trúc đồng nhất, cơ sở dữ liệu xuất hiện như một hệ thống duy nhất đối với người dùng, giúp việc thiết kế và quản lý dễ dàng hơn. Điểm mấu chốt của loại hình này là sự đồng nhất về cấu trúc dữ liệu và ứng dụng cơ sở dữ liệu trên tất cả các vị trí. Điều này bao gồm hệ điều hành, hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) và cấu trúc dữ liệu, giúp đơn giản hóa việc quản lý.

Cơ sở dữ liệu không đồng nhất

Ngược lại, cơ sở dữ liệu không đồng nhất cho phép sự đa dạng về phần cứng, hệ điều hành, ứng dụng cơ sở dữ liệu, và thậm chí cả mô hình dữ liệu tại mỗi vị trí. Tuy nhiên, sự khác biệt này có thể gây khó khăn trong việc xử lý các truy vấn phức tạp và giao dịch giữa các vị trí. Ví dụ, người dùng ở một vị trí có thể đọc dữ liệu ở vị trí khác, nhưng không thể chỉnh sửa hoặc cập nhật nó. Để khắc phục hạn chế này, cơ sở dữ liệu không đồng nhất cần các cơ chế dịch thuật giữa các vị trí, làm tăng độ phức tạp và chi phí.

Phương pháp lưu trữ dữ liệu phân tán

Có hai phương pháp chính để lưu trữ dữ liệu trong cơ sở dữ liệu phân tán: sao chép và phân mảnh.

Sao chép dữ liệu

Sao chép dữ liệu là việc tạo ra nhiều bản sao của dữ liệu và lưu trữ chúng trên nhiều máy chủ. Phương pháp này đảm bảo tính sẵn sàng cao của dữ liệu, vì nếu một máy chủ gặp sự cố, dữ liệu vẫn có thể được truy cập từ các máy chủ khác. Sao chép có thể là toàn bộ (tất cả dữ liệu được sao chép trên tất cả các máy chủ) hoặc một phần. Có hai loại dữ liệu sao chép: chỉ đọc và có thể ghi. Dữ liệu chỉ đọc chỉ cho phép thay đổi trên máy chủ chính, sau đó được đồng bộ với các máy chủ khác. Dữ liệu có thể ghi cho phép thay đổi trên bất kỳ máy chủ nào, nhưng máy chủ chính sẽ được cập nhật ngay lập tức. Mạng phân phối nội dung (CDN) là một ví dụ điển hình của việc sử dụng sao chép dữ liệu. Tuy nhiên, sao chép cũng có nhược điểm là cần phải đồng bộ hóa dữ liệu liên tục, gây áp lực lên hệ thống và mạng.

Phân mảnh dữ liệu

Phân mảnh dữ liệu là việc chia nhỏ cơ sở dữ liệu thành các phần nhỏ hơn, gọi là phân đoạn, và phân phối chúng trên nhiều máy chủ. Phương pháp này tránh việc sao chép dữ liệu, giúp tiết kiệm dung lượng lưu trữ và giảm thiểu chi phí đồng bộ hóa. Tuy nhiên, việc phân mảnh cần được thực hiện một cách thông minh để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu và khả năng khôi phục khi một máy chủ gặp sự cố. Trong thực tế, một số hệ thống sử dụng kết hợp cả sao chép và phân mảnh để tối ưu hóa hiệu suất và tính sẵn sàng.

Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu phân tán (DDBMS)

DDBMS là phần mềm chịu trách nhiệm quản lý cơ sở dữ liệu phân tán. Nó đảm bảo rằng người dùng có thể tương tác với cơ sở dữ liệu như thể nó là một hệ thống duy nhất, mặc dù dữ liệu được lưu trữ ở nhiều vị trí khác nhau. DDBMS đồng bộ hóa dữ liệu giữa các máy chủ, đảm bảo tính nhất quán và toàn vẹn của dữ liệu. Khác với cơ sở dữ liệu phân tán, cơ sở dữ liệu tập trung chỉ có một tệp dữ liệu duy nhất nằm trên một máy chủ và được truy cập thông qua một mạng.

Ưu điểm của cơ sở dữ liệu phân tán

Cơ sở dữ liệu phân tán

Cơ sở dữ liệu phân tán mang lại nhiều lợi ích so với cơ sở dữ liệu tập trung, bao gồm:

• Tính sẵn sàng cao: Nếu một máy chủ trong hệ thống phân tán gặp sự cố, hệ thống vẫn có thể hoạt động với hiệu suất giảm, khác với hệ thống tập trung, sẽ ngừng hoạt động hoàn toàn.
• Chi phí kết nối thấp: Dữ liệu có thể được đặt gần người dùng, giảm thiểu chi phí kết nối.
• Khả năng mở rộng: Hệ thống có thể được mở rộng dễ dàng bằng cách thêm máy chủ và dữ liệu mới vào mạng.