Объектно-ориентированные базы данных, работающие в распределенных сетях

      В ITASCA поддерживаются C, C++, Smalltalk, CLOS. Акцент делается на возможности динамического изменения схемы без остановки действия системы и без потребности в массовой повторной компиляции и редактирования связей. Доступ к программам на каждом из языков производится через функциональный API. В случае использования C++ автоматически создается файл заголовков, который сливается с исходными файлами программного кода при генерации приложения.

      Собственный механизм запросов ITASCA позволяет запрашивать  данные в частной базе данных, общей  базе данных или сразу в обеих  базах данных. Для повышения производительности применяются оптимизация запросов и методы распараллеливания.

2.4 Objectivity /DB 
 

      Компания Objectivity была образована в 1988г. В 1990 г. была выпущена первая версия системы, которая  представляла собой распределенную СУБД, основанную на использовании  объектной технологии, высокопропускных локальных сетей и симметричных мультипроцессоров. Система работает на всех основных UNIX -платформах и в среде Windows[10].

      Система основана на клиент-серверной архитектуре, в которой единицей обмена между  сервером и клиентом является страница базы данных. Тем самым многие системные функции, включая кэширование, поиск объектов и преобразование их форматов, выполняются на стороне клиента. Объектные идентификаторы представляются в 64-разрядном формате, что обеспечивает потенциальную возможность работы со сверхбольшими базами данных.

      Поддерживается  четырехуровневая структура хранения данных. Объекты содержатся в контейнерах, каждый из которых представляет собой  часть локальной базы данных. Локальные  же базы данных могут комбинироваться  в федеративную (распределенную) базу данных. Надежность хранения данных поддерживается механизмом репликации.

      Обеспечивается  возможность изменения классов  и автоматического образования  новых версий существующих объектов. Поддерживается механизм управления иерархиями версий объектов.

      Допускаются как короткие, так и долгие транзакции. Управление короткими транзакциями основано на синхронизационных блокировках  и распознавании тупиков. Долгие транзакции и коллективная работа с  базами данных основаны на многоверсионности объектов и механизме check -in / check -out.

      В системе поддерживаются языки C++ и Smalltalk, но способы использования языков сильно различаются. Это относится и к механизмам стабильности, и к средствам определения данных. В среде C++ стабильными являются объекты всех классов, являющихся наследниками специального системного класса. В среде Smalltalk стабильными являются все объекты, достижимые от именованных корневых объектов-словарей. Соответственно, в Smalltalk для удаления объектов используется механизм сборки мусора, а в C++ – явные операции.

      Естественно, базы данных, управляемые Objectivity /DB, основаны на одной объектной модели. Эта модель достаточно близка к модели ODMG и, в частности, включает возможность определения двунаправленных связей. Поддерживается возможность управления составными объектами с распространением на подобъекты операции удаления. Однако способы определения данных в средах C++ и Smalltalk различаются.

      В C++ включено специальное расширение языка, предназначенное для определения данных. Соответствующие конструкции обрабатываются специальным препроцессором, который генерирует код C++, содержащий соответствующие обращения к СУБД. В среде Smalltalk схема базы данных определяется как набор классов Smalltalk. Другими словами, при использовании Smalltalk приложения, работающие с базами данных Objectivity /DB, организуются более прозрачным образом, чем в случае C++.

      Имеется поддержка языка SQL /89 и, частично, SQL /92. Реляционный доступ к базам  данных, управляемых Objectivity /DB, возможен через интерактивный SQL-ориентированный интерфейс, через имеющийся драйвер ODBC и через API.

      Последняя версия Objectivity /DB идеально, по заявлениям фирмы, подходит для приложений, которые работают в распределенных средах, требуют гибкой модификации данных, организации сложных связей, а также нуждаются в высокой производительности и работы с большими объемами данных. Более содержательно, Objectivity обеспечила интеграцию инструментария СУБД и разработки приложений с такими средствами программирования, как SoftBench и C++. Благодаря интегрированному графическому интерфейсу разработки схемы БД и инструментам отладки и анализа упрощается задание модели базы данных и, соответственно, разработки приложений для Objectivity /DB. 
 

2.5 ObjectStore 
 

      Компания Object Design была основана в 1988 г. с экстренной целью разработать и вывести  на рынок ООСУБД, которую стали  называть ObjectStore. В конце 90-х у Object Design установились тесные партнерские отношения с IBM, что позволило привлечь к ObjectStore тысячи разработчиков приложений. На основе технологии ObjectStore компанией был разработана одна из первых коммерческих СУБД – Excelon, ориентированная на управление XML -данными. С начала 2003г. компания является подразделением компании Progress Software[11].

      ООСУБД ObjectStore основана на архитектуре клиент-сервер, в которой каждый сервер отвечает за регулирование доступа к хранилищу  объектов и управляет журнализацией обновлений, блокировками, установкой контрольных точек, разрешением конфликтов по данным, резервированием данных и восстановлением базы данных после сбоев. Каждый сервер поддерживает множество клиентов. В клиентском процессе используется представление данных более высокого уровня, и клиентская часть ObjectStore отвечает за управление коллекциями, выполнение запросов и управление транзакциями.

      Серверная часть спроектирована в расчете  на использование механизма отображения  виртуальной памяти, которая распространяется на всю сеть и может охватывать несколько серверов. Извлекаемые из базы данных объекты могут объединяться в пакеты для передачи по сети, что позволяет снизить объем сетевого трафика. Для сокращения времени доступа в серверах используется техника кластеризации. На каждой клиентской части имеется локальный кэш, в котором сохраняются используемые объекты. Когда объект перемещается в адресное пространство клиента, ссылки на него перерабатываются таким образом, что для каждого к объекту доступа достаточно одной команды компьютера.

      Управление  мультидоступом основано на использовании  прозрачного для пользователя механизма  блокировок, включающего возможность  блокирования по чтению и по записи. Поддерживаются разные уровни детализации  (гранулированности) блокировок от уровня страниц внешней памяти базы данных до конфигураций (указываемых программистом групп объектов).

      Надежность  хранения данных обеспечивается за счет поддержания журнала произведенных  изменений. Подсистема управления транзакциями отвечает за журнализацию всех произведенных изменений на основе протокола WAL (Write Agead Log – упреждающей записи в журнал). Дополнительно поддерживается архивный журнал, в котором авторизованный пользователь может произвести архивное копирование базы данных.

      Имеется средство поддержки версий, которое  обеспечивает возможность коллективной работы с базами данных на основе механизмов check -in / check -out. На этом подходе основывается поддержка долгих транзакций. Для каждой конфигурации объектов можно создать историю версий, независимую от типов объектов.

      В ObjectStore стабильность хранения объектов поддерживается за счет наличия именованных  корневых стабильных объектов класса база данных. База данных создается  с помощью вызова метода new этого  класса. Имеются методы для открытия и закрытия базы данных. Кроме того, в классе содержатся методы для создания стабильных корневых объектов, обычно являющихся коллекциями, в которых размещаются стабильные объекты.

      Поддерживаются  языки C, C++ и Smaltalk. Свойство стабильности обеспечивается за счет включения в библиотеку классов специальных системных классов. Имеются классы, поддерживающие коллекции – списки, множества, мультимножества и массивы. Методы этих классов поддерживают выборку объектов из коллекций, вставку и удаление объектов.

      Поддерживаются  шлюзовые объекты, поддерживающие доступ к реляционным данным, а также  инструментальные средства для отображения  реляционной схемы в эквивалентное  объектно-ориентированное представление. Таким образом, с реляционными базами данных можно работать в интерфейсе ODBC на основе SQL или в собственном интерфейсе ObjectStore.  
 

2.6 Versant 
 

      С 1988 г. компания Versant предлагает решения, основанные на хорошо масштабируемой объектно-ориентированной архитектуре и принадлежащем компании алгоритме кэширования. ООСУБД Versant является одной из немногих объектно-ориентированных систем, допускающих масштабирование уровня любого предприятия. Решения на базе Versant применяются в телекоммуникациях, обороне, на транспорте и т.д. Система работает как на основных UNIX-платформах, так и в среде Windows[12].

      Архитектура Versant в большей степени ориентирована  на логическое управления данными, т.е. объектами, а не на физическое представление  данных в виде, например, страниц. Управление размещением объекта осуществляется системой способом, полностью прозрачным для пользователей. Для поддержки локальных хранилищ объектов используется кэширование.

      Система обладает свойством отказоустойчивости. Для этого допускается синхронная репликация базы данных на двух серверах, которые могут находиться в одной локальной сети или разнесены в разные точки глобальной сети. В одной базе данных Versant может храниться около трехсот триллионов объектов, размер каждого из которых неограничен. Для архивации данных может использоваться третичная внешняя память с автоматическим оповещением оператора в случае потребности извлечения объектов из архива.

      Поддерживаются  кластеры совместно используемых объектов, причем встроенные объекты хранятся внутри своих объектов-предков, что способствует уменьшению уровня фрагментации памяти. Кластеризация применяется и при внешнем кэшировании. Кроме того, в системе Versant поддерживается возможность использования персональных баз данных, установленных на мобильных компьютерах. Они могут быть отсоединены от сервера центральной базы данных, использоваться автономно и зафиксировать свои изменения в центральной базе данных после восстановления соединения.

      Управление  транзакциями основывается, главным  образом, на синхронизационных блокировках на уровне объектов, хотя возможны блокировки классов и версий объектов. Имеется целый ряд разновидностей блокировок: короткие блокировки для коротких транзакций, стабильные блокировки для долгих транзакций и т.д. Допускается даже возможность расширения модели блокировки правилами, желательными для пользователей. Система избегает тупиковых синхронизационных ситуаций, не удовлетворяя запросы на блокировку, которые могут привести к тупику.

      Фиксация  распределенных транзакций основывается на двухфазном протоколе фиксации. Поддерживаются частичная фиксация кэшей, механизмы контрольных точек и точек сохранения. Обеспечивается и возможность образования вложенных транзакций. При реализации долгих транзакций используется механизм check -in / check -out с установкой стабильной блокировки на требуемые объекты, предотвращающей доступ к этим объектам со стороны других транзакций до завершения данной долгой транзакции.

      Имеется возможность регистрации на сервере  событий, которые интересуют приложения. При регистрации серверу сообщается вид события и операция, которую следует выполнять при возникновении события. К событиям, которые разрешается регистрировать, относятся обновление и удаление классов, создание, обновление и удаление объектов.

      Для повышения надежности хранения баз данных поддерживаются два вида журналов – логический и физический. При необходимости восстановления базы данных по архивной копии все зафиксированные к моменту сбоя транзакции повторно воспроизводятся по логическому журналу.

      Обеспечивается  ссылочная целостность базы данных и прозрачность месторасположения объектов в распределенной среде. Объекты могут мигрировать по узлам сети, что способствует балансировке нагрузки, и оставаться полностью доступными для приложений. Допускается динамическая модификация классов, приводящая к автоматической модификации всех существующих в базе данных объектов этих классов. При этом система все время остается в рабочем состоянии, и приложения продолжают выполняться. Поддерживается развитый механизм версий. По известной версии объекта можно получить доступ к его предкам, потомкам и братьям.

      Для представления связей между объектами  базы данных используется единый стабильный указательный тип. В системе поддерживаются скрытые от пользователей преобразования указателей базы данных в обычные указатели C ++ и наоборот. Поэтому объекты создаются и ликвидируются с помощью стандартных конструкторов и деструкторов классов.

      Для программирования можно использовать языки C++ и Smalltalk, причем безо всяких расширений. Поддерживаются возможности, специфичные для работы с базами данных. Например, имеется средство автоматической генерации схемы базы данных прямо по файлам заголовков C++. Это позволяет обойтись без использования специализированных препроцессоров или компиляторов. Специальные системные классы позволяют работать со всеми разновидностями типов коллекций, специфицированными в стандарте ODMG. Любой объект, созданный в среде C++, доступен в среде Smalltalk и наоборот.