Thông qua những điều thầy hướng dẫn, em xin phép dùng những kiến thức đãhọc để phân tích các nguyên lý sáng tạo trong số 40 nguyên lý trình bày bởi Genrikh Saulovich Altshuller đã được á
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
BÀI THU HOẠCH MÔN HỌC
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
TRONG TIN HỌC
Đề tài: PHÂN TÍCH SỰ VẬN DỤNG CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRONG KIẾN TRÚC ORACLE REAL APPLICATION CLUSTERS
Giảng viên phụ trách : GS TSKH Hoàng Kiếm Học viên thực hiện : LÊ MINH HUY – CH1201109
Tp HCM, Tháng 04 năm 2013
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
Lời đầu tiên, em xin gửi lời chân thành cảm ơn đến Ban Chủ nhiệm trường Đại Học CôngNghệ Thông Tin – Đại Học Quốc Gia TP HCM đã tạo điều kiện cho em được học bộmôn Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học Bộ môn này đã giúp em có đượcphương pháp làm việc khoa học, định được hướng đi đúng trong các nghiên cứu hiện tại
và tương lai
Em cũng xin cảm ơn thầy GS.TSKH Hoàng Kiếm đã tận tình truyền đạt kiến thức chochúng em Thông qua những điều thầy hướng dẫn, em xin phép dùng những kiến thức đãhọc để phân tích các nguyên lý sáng tạo trong số 40 nguyên lý trình bày bởi Genrikh
Saulovich Altshuller đã được áp dụng vào kiến trúc cơ sở dữ liệu Oracle Real
Application Clusters
Mặc dù đã rất cố gắng nhưng khó tránh khỏi những thiếu sót và sai lầm, em mong thầy cô
và bạn bè cho ý kiến để bài thu hoạch ngày càng hoàn thiện hơn
Tp.HCM, ngày 01 tháng 04 năm 2013
Lê Minh Huy
Trang 3MỤC LỤC
Phần 1 TỔNG QUÁT 40 NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO
1) Nguyên lý phân nhỏ: 6
2) Nguyên lý “tách khỏi”: 6
3) Nguyên lý phẩm chất cục bộ: 6
4) Nguyên lý phản đối xứng: 6
5) Nguyên lý kết hợp: 6
6) Nguyên lý vạn năng: 7
7) Nguyên lý “chứa trong”: 7
8) Nguyên lý phản trọng lượng: 7
9) Nguyên lý gây ứng suất sơ bộ: 7
10) Nguyên lý thực hiện sơ bộ: 7
11) Nguyên tắc dự phòng: 8
12) Nguyên tắc đẳng thế: 8
13) Nguyên tắc đảo ngược: 8
14) Nguyên tắc cầu (tròn) hoá: 8
15) Nguyên tắc linh động: 8
16) Nguyên tắc giải “thiếu” hoặc “thừa”: 9
17) Nguyên tắc chuyển sang chiều khác: 9
18) Nguyên tắc sử dụng các dao động cơ học: 9
19) Nguyên tắc tác động theo chu kỳ: 9
20) Nguyên tắc liên tục tác động có ích 10
21) Nguyên lý “vượt nhanh”: 10
22) Nguyên lý biến hại thành lợi: 10
23) Nguyên lý quan hệ phản hồi: 10
24) Nguyên lý sử dụng trung gian: 10
25) Nguyên lý tự phục vụ: 10
26) Nguyên lý sao chép (copy): 11
27) Nguyên lý “rẻ” thay cho “đắt”: 11
Trang 428) Thay thế sơ đồ cơ học: 11
29) Sử dụng các kết cấu khí và lỏng: 11
30) Sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng: 11
31) Sử dụng các vật liệu nhiều lỗ: 12
32) Nguyên lý thay đổi màu sắc: 12
33) Nguyên lý đồng nhất: 12
34) Nguyên lý phân hủy hoặc tái sinh các phần: 12
35) Thay đổi các thông số hóa lý của đối tượng: 12
36) Sử dụng chuyển pha: 13
37) Sử dụng sự nở nhiệt: 13
38) Sử dụng các chất oxy hoá mạnh: 13
39) Thay đổi độ trơ: 13
40) Sử dụng các vật liệu hợp thành (composite): 13
Phần 2 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA KIẾN TRÚC CƠ SỞ DỮ LIỆU ORACLE REAL APPLICATION CLUSTERS I Khái quát về cơ sở dữ liệu ORACLE II Giới thiệu về kiến trúc Clusters 1) Khuyết điểm của kiến trúc Single 17
2) Khái niệm về kiến trúc Cluster 17
3) Ưu điểm của hệ thống Server Cluster 17
4) Các thuật ngữ trong kiến trúc Cluster 18
III Các đặc trưng của kiến trúc cơ sở dữ liệu Oracle Real Application Clusters 1) Các loại giải pháp Cluster về cơ sở dữ liệu 19
2) Khái niệm về Oracle Clusterware: 20
3) Đặc trưng các thành phần chính của Oracle Clusterware 20
4) Các thành phần service chạy trên Oracle Clusterware 21
5) Kiến trúc và cách thức hoạt động của cơ sở dữ liệu RAC 21
IV Các nguyên lý sáng tạo được vận dụng vào kiến trúc cơ sở dữ liệu Oracle Real Application Clusters : 1) Nguyên tắc phân nhỏ 23
2) Nguyên tắc kết hợp 23
3) Nguyên tắc “tách khỏi” 23
Trang 54) Nguyên tắc rẻ thay cho đắt 23
5) Nguyên tắc dự phòng 23
6) Nguyên tắc liên tục tác động có ích 23
7) Nguyên tắc đồng nhất 23
8) Nguyên tắc tự phục vụ 24
9) Nguyên tắc sao chép 24
Trang 6PHẦN 1: TỔNG QUÁT 40 NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO
a) Chia đối tượng thành các phần độc lập
b) Làm đối tượng trở nên tháo lắp được
c) Tăng mức độ phân nhỏ của đối tượng
Nội dung: Tách phần gây "phiền phức" (tính chất "phiền phức") hay ngược lại, tách
phần duy nhất "cần thiết" (tính chất "cần thiết") ra khỏi đối tượng
a) Chuyển đối tượng (hay môi trường bên ngoài, tác động bên ngoài) có cấu trúc đồngnhất thành không đồng nhất
b) Các phần khác nhau của đối tượng có các chức năng khác nhau
c) Mỗi phần của đối tượng phải ở trong những điều kiện thích hợp nhất của công việc
Trang 76 Nguyên tắc vạn năng:
Nội dung: Đối tượng thực hiện một số chức năng khác nhau, do đó không cần sự tham gia của đối tượng khác.
a) Một đối tượng được đặt bên trong đối tượng khác và bản thân nó lại chứa đối tượng thứ ba
b) Một đối tượng chuyển động xuyên suốt bên trong đối tượng khác.
Nội dung: Gây ứng suất trước với đối tượng để chống lại ứng suất không cho phép hoặc không mong muốn khi đối tượng làm việc (hoặc gây ứng suất trước để khi làm việc sẽ dùng ứng suất ngược lại).
a) Thực hiện trước sự thay đổi cần có, hoàn toàn hoặc từng phần, đối với đối tượng b) Cần sắp xếp đối tượng trước, sao cho chúng có thể hoạt động từ vị trí thuận lợi nhất, không mất thời gian dịch chuyển.
Trang 8a) Thay vì hành động như yêu cầu bài toán, hãy hành động ngược lại (ví dụ: không làm nóng mà làm lạnh đối tượng).
b) Làm phần chuyển động của đối tượng (hay môi trường bên ngoài) thành đứng yên và ngược lại, phần đứng yên thành chuyển động.
c) Lật ngược đối tượng.
a) Chuyển những phần thẳng của đối tượng thành cong, mặt phẳng thành mặt cầu, kết cấu hình hộp thành kết cấu hình cầu.
b) Sử dụng các con lăn, viên bi, vòng xoắn.
c) Chuyển sang chuyển động quay, sử dụng lực ly tâm.
Trang 916 Nguyên tắc giải “thiếu” hoặc “thừa”:
Nội dung: Nếu như khó nhận được 100% hiệu quả cần thiết, nên nhận ít hơn hoặc nhiều hơn “một chút” Lúc đó bài toán có thể trở nên đơn giản hơn và dễ giải hơn.
a) Những khó khăn do chuyển động (hay sắp xếp) đối tượng theo đường (một chiều)
sẽ được khắc phục nếu cho đối tượng khả năng di chuyển trên mặt phẳng (hai chiều) Tương tự, những bài toán liên quan đến chuyển động (hay sắp xếp) các đối tượng trên mặt phẳng sẽ được đơn giản hoá khi chuyển sang không gian (ba chiều).
b) Chuyển các đối tượng có kết cấu một tầng thành nhiều tầng.
c) Đặt đối tượng nằm nghiêng.
d) Sử dụng mặt sau của diện tích cho trước.
e) Sử dụng các luồng ánh sáng tới diện tích bên cạnh hoặc tới mặt sau của diện tích cho trước.
a) Làm đối tượng dao động Nếu đã có dao động, tăng tầng số dao động (đến tầng số siêu âm).
b) Sử dụng tầng số cộng hưởng.
c) Thay vì dùng các bộ rung cơ học, dùng các bộ rung áp điện.
d) Sử dụng siêu âm kết hợp với trường điện từ.
a) Chuyển tác động liên tục thành tác động theo chu kỳ (xung).
b) Nếu đã có tác động theo chu kỳ, hãy thay đổi chu kỳ.
c) Sử dụng khoảng thời gian giữa các xung để thực hiện tác động khác.
Trang 1020 Nguyên tắc liên tục tác động có ích:
a) Thực hiện công việc một cách liên tục (tất cả các phần của đối tượng cần luôn luôn làm việc ở chế độ đủ tải).
b) Khắc phục vận hành không tải và trung gian.
c) Chuyển chuyển động tịnh tiến qua lại thành chuyển động quay.
a) Vượt qua các giai đoạn có hại hoặc nguy hiểm với vận tốc lớn.
b) Vượt nhanh để có được hiệu ứng cần thiết
a) Sử dụng những tác nhân có hại để thu được hiệu ứng có lợi.
b) Khắc phục tác nhân có hại bằng cách kết hợp nó với tác nhân có hại khác.
c) Tăng cường tác nhân có hại đến mức nó không còn có hại nữa.
a) Thiết lập quan hệ phản hồi.
b) Nếu đã có quan hệ phản hồi, hãy thay đổi nó.
Nội dung: Sử dụng đối tượng trung gian, chuyển tiếp.
a) Đối tượng phải tự phục vụ bằng cách thực hiện các thao tác phụ trợ, sửa chữa b) Sử dụng phế liệu, chất thải, năng lượng dư.
Trang 1126 Nguyên tắc sao chép (copy) :
a) Thay vì sử dụng những cái không được phép, phức tạp, đắt tiền, không tiện lợi hoặc dễ vỡ, sử dụng bản sao.
b) Thay thế đối tượng hoặc hệ các đối tượng bằng bản sao quang học (ảnh, hình vẽ) với các tỷ lệ cần thiết.
Nội dung: Thay thế đối tượng đắt tiền bằng bộ các đối tượng rẻ có chất lượng kém hơn (thí dụ như về tuổi thọ).
a) Thay thế sơ đồ cơ học bằng điện, quang, nhiệt, âm hoặc mùi vị.
b) Sử dụng điện trường, từ trường và điện từ trường trong tương tác với đối tượng c) Chuyển các trường đứng yên sang chuyển động, các trường cố định sang thay đổi theo thời gian, các trường đồng nhất sang có cấu trúc nhất định.
a) Sử dụng các vỏ dẻo và màng mỏng thay cho các kết cấu khối.
b) Cách ly đối tượng với môi trường bên ngoài bằng các vỏ dẻo và màng mỏng.
Trang 1231 Sử dụng các vật liệu nhiều lỗ:
a) Làm đối tượng có nhiều lỗ hoặc sử dụng thêm những chi tiết có nhiều lỗ (miếng đệm, tấm phủ)
b) Nếu đối tượng đã có nhiều lỗ, sơ bộ tẩm nó bằng chất nào đó.
a) Thay đổi màu sắc của đối tượng hay môi trường bên ngoài.
b) Thay đổi độ trong suốt của đối tượng hay môi trường bên ngoài.
Trang 13c) Để có thể quan sát được những đối tượng hoặc những quá trình, sử dụng các chất phụ gia màu, huỳnh quang.
d) Nếu các chất phụ gia đó đã được sử dụng, dùng các nguyên tử đánh dấu.
e) Sử dụng các hình vẽ, ký hiệu thích hợp.
Nội dung: Những đối tượng, tương tác với đối tượng cho trước, phải được làm từ cùng một vật liệu (hoặc từ vật liệu gần về các tính chất) với vật liệu chế tạo đối tượng cho trước.
a) Phần đối tượng đã hoàn thành nhiệm vụ hoặc trở nên không cần thiết phải tự phân hủy (hoà tan, bay hơi ) hoặc phải biến dạng.
b) Các phần mất mát của đối tượng phải được phục hồi trực tiếp trong quá trình làm việc.
a) Thay đổi trạng thái đối tượng.
b) Thay đổi nồng độ hay độ đậm đặc.
c) Thay đổi độ dẻo.
d) Thay đổi nhiệt độ, thể tích.
Nội dung: Sử dụng các hiện tượng nảy sinh trong quá trình chuyển pha như : thay đổi thể tích, toả hay hấp thu nhiệt lượng
Trang 14a) Sử dụng sự nở (hay co) nhiệt của các vật liệu.
b) Nếu đã dùng sự nở nhiệt, sử dụng với vật liệu có các hệ số nở nhiệt khác nhau.
a) Thay không khí thường bằng không khí giàu ôxy.
b) Thay không khí giàu ôxy bằng chính ôxy.
c) Dùng các bức xạ ion hoá tác động lên không khí hoặc ôxy.
d) Thay ôxy giàu ôzôn (hoặc ôxy bị ion hoá) bằng chính ôzôn.
a) Thay môi trường thông thường bằng môi trường trung hoà
b) Đưa thêm vào đối tượng các phần , các chất , phụ gia trung hoà
c) Thực hiện quá trình trong chân không
Nội dung: Chuyển từ các vật liệu đồng nhất sang sử dụng những vật liệu hợp thành (composite) Hay nói chung, sử dụng các vật liệu mới.
PHẦN 2: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA KIẾN TRÚC CƠ SỞ DỮ LIỆU
ORACLE REAL APPLICATION CLUSTERS
I Sơ lược về cơ sở dữ liệu Oracle:
1) Định nghĩa về cơ sở dữ liệu Oracle:
- Là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu cung cấp khả năng mở, tính bao hàm toàn diện, và gần gũi nhằm quản lý các thông tin, bao gồm 2 thành phần chính là Oracle Database và Oracle Instance
a) Oracle database là một tập hợp các file hệ thống hay còn gọi là database file Database file được sử dụng để đảm bảo rằng dữ liệu được lưu giữ ở trạng thái nhất quán, và có thể được khôi phục lại tại thời điểm một Instance bị lỗi Cấu trúc vật lý của một cơ sở dữ liệu Oracle bao gồm 3 loại file chính sau:
- Data file chứa các dữ liệu thực của cơ sở dữ liệu
- Redo log file chứa các bản ghi thông tin về sự thay đổi dữ liệu nhằm mục đích khôi
Trang 15phục lại dữ liệu trong trường hợp xảy ra lỗi
- Control file chứa các thông tin cần thiết để duy trì và kiểm tra tính toàn vẹn của cơ sở
dữ liệu
Ngoài ra còn có thêm một số loại file khác như:
- File tham số (parameter file) xác định tính đặc thù của cơ sở dữ liệu Oralce, chẳng hạn chứa tham số xác định kích cỡ của một số cấu trúc bộ nhớ trong SGA (System Global Area)
- File mật mã (password file) xác định quyền hạn của user để tắt hay mở một Oracle Instance
- Archive redo log file là những bản copy của redo log files, có mục đích để khôi phục lại
dữ liệu trong trường hợp xảy ra lỗi
b) Oracle Instance: một Oracle Instance được định nghĩa và được hiểu như sau:
- Là một kết nối tới một Oracle Database
- Luôn luôn mở đối với một và chỉ một Database
- Là tập hợp của cấu trúc bộ nhớ (memory structure) và các tiến trình ngầm (Background Processes)
Như vậy, ta có thể hiểu rằng Oracle Instance là một kết nối tới Oracle Database, nó được khởi tạo bằng phương pháp chỉ định từ hệ điều hành Hiểu một cách nôm na, Oracle Instance giống như một Session của Windows thiết lập cho một user sử dụng, nhưng khác ở chỗ, Session của Windows là phương thức chỉ định kết nối, bao gồm trong đó các quyền, profile để sử dụng tài nguyên của hệ thống cho user Oracle Instance không những
là tập hợp của những quyền, những profile, những tài nguyên đối với cả hệ thống lẫn Database
Oracle Instance còn là một tập hợp của System Global Area (SGA - cấu trúc bộ nhớ) và các Background Processes được sử dụng để quản lý một Database Một Instance được xác định (identified) bởi các phương thức chỉ định tới từng hệ điều hành
- Một Instance có thể được khởi động để truy cập dữ liệu trong cơ sở dữ liệu Mỗi một lần khi một Instance được khởi động, một System Global Area (SGA) sẽ được cấp phát
và các tiến trình ngầm của Oracle cũng sẽ được khởi động Các tiến trình ngầm này sẽ thực hiện tác vụ vào/ra và quản lý các tiến trình khác của Oracle nhằm cung cấp khả năngchạy song song để thi hành tốt hơn và tin cậy hơn
- Trước khi một user chạy một câu lệnh SQL để truy xuất dữ liệu trên cơ sở dữ liệu Oracle, họ bắt buộc phải kết nối tới một Instance User có thể khởi động một công cụ, ví
dụ như SQL/Plus hoặc chạy một ứng dụng phát triển, như Oracle Form Ứng dụng này được thi hành như một tiến trình của user
- Ở hầu hết các thiết lập cơ bản nhất, khi một user truy cập vào Oracle server, một tiến trình được tạo ra trên máy tính, nơi chạy Oracle server Tiến trình này được gọi là một tiến trình máy chủ (server process), và nó giao tiếp với Oracle Instance, thay mặt cho tiếntrình của user chạy trên máy Client, nó cũng sẽ thực hiện câu lệnh SQL đưa ra bởi một user
Một kết nối thực chất là một giao tiếp giữa một tiến trình của user và một Oracle server, một user sử dụng database có thể kết nối tới một Oracle server thông qua một trong các bước sau đây:
Trang 16- Một user truy cập vào một hệ thống đang chạy Oracle Instance, và khởi động một ứng dụng hoặc một công cụ nào đó để truy cập vào cơ sở dữ liệu trên hệ thống này Cách giaotiếp này được thiết lập để sử dụng một liên tiến trình kết nối máy tính hiện hữu trên chính
2) Các phiên bản cơ sở dữ liệu Oracle:
- 1978 phiên bản phiên bản Oracle v1 đầu tiên ra đời, chạy trên hệ điều hành PDP-11 của máy RSX (dòng của hãng DEC), khả năng sử dụng bộ nhớ tối đa là 128 KB, viết bằng ngôn ngữ Assemblỵ, Oracle V1 chỉ được sử dụng trong nội bộ công ty, không được phát hành ra bên ngòaị
- 1980 phát hành phiên bản Oracle v2, đây cũng là hệ cơ sở dữ liệu thương mại đầu tiên
sử dụng ngôn ngữ SQL Phiên bản này vẫn được viết bằng Assembly cho PDP-11, tuy nhiên, nó còn chạy được trên Vax/VMS
- 1982 phát hành phiên bản Oracle v3 released, Oracle trở thành DBMS đầu tiên chạy trên các máy mainframes, minicomputers, và PC's (portable codebase) Phiên bản Oracle đầu tiên thể làm việc theo "transactional" Oracle v3 được viết bằng ngôn ngữ C
- 1984 phát hành phiên bản Oracle v4, giới thiệu tính năng "read consistency", có thể chạy trên nhiều hệ điều hành, và cũng là phiên bản đầu tiên chạy theo mô hình PC - Server
- 1986 phát hành phiên bản Oracle v5, thực sự là CSDL client/server, hổ trợ cluster trên VAX CSDL đầu tiên sử dụng truy vấn dữ liệu phân tán (distributed queries)
- 1988 phát hành phiên bản Oracle v6, giới thiệu ngôn ngữ PL/SQL và sản phẩm ứng dụng sử dụng CSDL Oracle - Oracle Financial Applications
- 1989 phát hành phiên bản Oracle v6.2 với tính năng chạy song song - Oracle Parallel Server
- 1992 phát hành phiên bản Oracle v7 chạy trên UNIX
- 1994 phát hành phiên bản Oracle v7.1 và Oracle v7 trên máy PC
- 1997 phát hành phiên bản Oracle8 , giới thiệu cơ sở dữ liệu hướng đối tượng relational)
(object 1999 phát hành phiên bản Oracle8i (i = internet), tích hợp với máy ảo Java (object JVM
- 2000 phát hành phiên bản Oracle8i Release 2, ngòai Oracle Database, Oracle còn phát triển bộ sản phẩm ứng dụng cho doanh nghiệp - ERP
- 2001 phát hành phiên bản Oracle9i Release 1 với tính năng Cluster (RAC) và AdvancedAnalytic Service
- 2002 phát hành phiên bản Oracle9i Release 2