Cấp phát trong cơ sở dữ liệu phân tán

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN THỊ VÂN HÀ CẤP PHÁT TRONG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHÂN TÁN LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHOA HỌC MÁY TÍNH HÀ NỘI, 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN THỊ VÂN HÀ CẤP PHÁT TRONG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHÂN TÁN Chuyên ngành: Khoa Học Máy Tính Mã số: 60 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Lê Huy Thập HÀ NỘI, 201 LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo, PGS.TS Lê Huy Thập - người hướng dẫn tận tình để tơi hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, phòng Sau đại học, q thầy trực tiếp giảng dạy tơi suốt khóa học Xin trân trọng cảm ơn giúp đỡ động viên gia đình, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận văn Mặc dù có cố gắng, tìm tòi định, song chắn luận văn khơng tránh khỏi hạn chế Vì vậy, tơi mong nhận ý kiến đóng góp thầy, bạn để luận văn hoàn thiện Hà Nội, ngày 28 tháng 11 năm 2017 Học viên Nguyễn Thị Vân Hà LỜI CAM ĐOAN Luận văn hoàn thành hướng dẫn trực tiếp thầy giáo, PGS.TS Lê Huy Thập Tôi xin cam đoan: - Luận văn kết nghiên cứu tìm tòi riêng tơi - Những tư liệu trích dẫn luận văn trung thực - Những triển khai luận văn khơng trùng khít với cơng trình nghiên cứu tác giả công bố trước Hà Nội, ngày 28 tháng 11 năm 2017 Học viên Nguyễn Thị Vân Hà MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………………i LỜI CAM ĐOAN…………………………………………………………… ii MỤC LỤC………………………………………………………………… iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT…………………………… v DANH MỤC CÁC BẢNG……………………………………………… viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ……………………………………………… ix PHẦN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Giả thuyết khoa học Cấu trúc luận văn………………………………………………………… PHẦN NỘI DUNG Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT ……… 1.1 Logic mệnh đề …………………………………………… 1.1.1 Mệnh đề toán học ………………………………………………… 1.1.2 Các biểu thức logic………………………………………… 1.2 Cơ sở liệu phân tán ………………………………………… 1.2.1 Khái quát sở liệu phân tán sở liệu quan hệ…… 1.2.2 Các phương pháp phân mảnh ……… …………………… 12 1.3 Bài toán quy hoạch nguyên …………………………………………… 19 1.3.1 Phát biểu toán ………………………………………………… 19 1.3.2 Một số phương pháp giải ………….……………………………… 21 Kết luận chương 1……………………………………………………… 25 Chương CẤP PHÁT TRONG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHÂN TÁN ……… 26 2.1 Các thông tin cho cấp phát 26 2.1.1 Thông tin sở liệu quan hệ 26 2.1.2 Thông tin ứng dụng………………………………………… 26 2.1.3 Thơng tin vị trí………………………………………………… 27 2.1.4 Thơng tin mạng……………………………………………… 27 2.2 Mơ hình cấp phát ………………………………………………… 28 2.2.1 Phát biểu toán cấp phát ……………………………………… 28 2.2.2 Hàm chi phí ……………………………………………………… 33 2.2.3 Các ràng buộc …………………………………………………… 36 2.2.4 Phương pháp giải ………………………………………………… 38 Kết luận chương ………………………………………………………… 41 Chương CHƯƠNG TRÌNH DEMO ………………………………… 42 3.1 Tóm tắt tốn…………… …………… 42 3.2 Code……………………………………………………………… 42 3.3 Các giao diện DEMO ………………………………………………… 46 3.3.1 Giao diện ………………………………………………… 46 3.3.2 Giao diện liệu DEMO ………………………………………… 47 3.3.3 Giao diện nhập liệu ……………………………………… 47 3.3.4 Giao diện kết ………………………………………………… 49 Kết luận chương ………………………………………………………… 51 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ………………………………… 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT STT Ký hiệu, từ viết tắt CSDL QTCSDL DDBS DDBMS GCS LCS QHTT f Hàm mục tiêu D Tập hữu hạn phần tử 10 P Tính chất 11 x Phần tử 12 F Mảnh liệu 13 S Vị trí 14 q Ứng dụng 15 RRij Số truy xuất đọc 16 URij Số truy xuất cập nhật 17 UM Ma trận cho truy xuất cập nhật 18 RM Ma trận cho truy xuất đọc 19 uij Diễn giải Cơ sở liệu Quản trị sở liệu Cơ sở liệu phân tán (Distributed Database System) Hệ quản trị sở liệu phân tán (Distributed Database Management System) Lược đồ khái niệm toàn cục (Global Conception Schema) Lược đồ khái niệm cục (Local Conception Schema) Quan hệ tuyến tính Phần tử ma trận truy xuất cập nhật 20 rij 21 USCk Chi phí lưu liệu vị trí Sk 22 LPCk Chi phí xử lý liệu vị trí Sk 23 Cij 24 C’ij 25 FAP 26 DAP 27 U 28 CR 29 C kh Phần tử ma trận chi phí truyền đọc 30 CU Ma trận chi phí truyền theo yêu cầu cập nhật 31 c Phần tử ma trận chi phí truyền theo yêu cầu cập nhật 32 CW Ma trận chi phí lưu trữ 33 C 34 TOC Tổng chi phí 35 QPC Chi phí xử lý câu vấn tin 36 STC Chi phí lưu mảnh 37 PC Chi phí xử lý 38 TC Chi phí truyền 39 AC Chi phí truy xuất 40 IE Chi phí tồn vẹn 41 CC Chi phí điều khiển đồng thời R Ukh w ij Phần tử ma trận truy xuất đọc Chi phí truyền đơn vị yêu cầu đọc vị trí Si Sj Chi phí truyền đơn vị yêu cầu cập nhật vị trí Si Sj Bài tốn cấp phát tập tin (File Allocation Problem) Bài toán cấp phát CSDL (Database Allocation Problem) Ma trận chi phí cập nhật mảnh Ma trận chi phí truyền đọc Phần tử ma trận chi phí lưu trữ 42 TCU Thành phần chi phí cập nhật hàm truyền liệu 43 TCR Thành phần chi phí đọc hàm truyền liệu 44 C Ma trận hưởng lợi 45 cij Phần tử ma trận hưởng lợi DANH MỤC CÁC BẢNG STT Bảng Trang Bảng 1.1-1: Chân trị phép toán mệnh đề Bảng 1.1-2: Bảng ưu tiên phép toán mệnh đề Bảng 1.1-3: Bảng mệnh đề tương đương Bảng 1.1-4: Biểu thức logic tương đương Bảng 1.2-1: Quan hệ DuAn 12 Bảng 1.2-2: DuAn1 lưu thông tin ngân sách dự án 13 Bảng 1.2-3: DuAn2 lưu tên vị trí dự án 13 Bảng 1.2-4: DuAH1 lưu thông tin dự án có ngân sách $2000,000 Bảng 1.2-5: DuAH2 lưu thông tin dự án có ngân sách lớn $2000,000 14 14 20 1,048,576 Tuy nhiên ràng buộc (2) số nghệ thuật lập trình, khắc phục khó khăn sau: 1/ Số chuỗi nhị phân mũ “số vị trí nhân với số mảnh” (2 trí nhân với số mảnh” “số vị ) số chuỗi bùng nổ số vị trí số mảnh hai lớn 2/ Để tiết kiệm nhớ tránh dùng thuật tốn xếp tìm cực trị hàm mục tiêu, bước duyệt thực chuỗi tạo 3/ Cho fmax= - Tạo chuỗi nhị phân ban dầu độ dài “số vị trí nhân với số mảnh” số khơng 4/ Nếu chuỗi tạo không thỏa hai ràng buộc (2) (3) dùng thuật toán “quay lui” [6], [7] để tạo chuỗi thay cho nó, tức khơng cần thêm khơng gian nhớ Nếu chuỗi thỏa hai ràng buộc (2) (3) tính hàm mục tiêu (1) thay cho fmax lớn Tạo chuỗi khác theo thuật toán quay lui thay cho chuỗi 5/ Nếu chuỗi cuối chưa phải chuỗi thứ quay lại 4/, ngược lại kết thúc chương trình “số vị trí nhân với số mảnh” Kết luận chương Chương trình bày kiến thức về:  Các thông tin cho cấp phát, gồm có: Về sở liệu, ứng dụng, vị trí, mạng  Mơ hình cấp phát, gồm có: tốn cấp phát với việc xác định tính tối ưu tốn; Với hàm chi phí nhỏ nhất; Các ràng buộc tốn ràng buộc thời gian ràng buộc xử lý; Từ đưa Phương pháp giải tốn cấp phát Chương CHƯƠNG TRÌNH DEMO 3.1 Tóm tắt tốn Nhập số vị trí Nhập số mảnh Nhập ma trận A, C B Cho fmax= - Tạo chuỗi nhị phân ban dầu độ dài “số vị trí nhân với số mảnh” số khơng LOOP Kiểm tra ràng buộc (2) (3) Nếu chuỗi thỏa hai ràng buộc (2) (3) tính hàm mục tiêu (1) thay cho fmax lớn Tạo chuỗi khác theo thuật toán quay lui thay cho chuỗi Nếu chuỗi cuối chưa phải chuỗi thứ LOOP ngược lại EXIT 3.2 Code Một số code đặc trưng 'Khoi tao chuoi nhi phan For j = To SoBienNhiPhan BB(1, j) = Next j ' Sao chuỗi nhị phân thứ sang chuỗi thứ For j = To SoBienNhiPhan BB(chuoithu, j) = BB(chuoithu - 1, j) Next j ' Tim vi tri co gia tri o cua mang nhi phan For k = SoBienNhiPhan To Step -1 “số vị trí nhân với số mảnh” If BB(chuoithu, k) = Then h=k 'Tim thay thi ghi lai Exit For End If Next k 'Tao chuoi moi j = SoBienNhiPhan While (j >= h) BB(chuoithu, j) = j=j-1 Wend BB(chuoithu, h) = 'Tao bang bien quyet dinh BienQD Kt = For i = To SoViTri For j = To SoManh BienQD(i, j) = BB(chuoithu, Kt + j) ThongBao = ThongBao & " " & BienQD(i, j) Next j Kt = Kt + SoViTri Next i 'Kiểm tra điều kiện x1j + x2j + +xmj Then KiemTra1 = False 'Nếu chi co mot manh nhung duoc chuyen den nhieu vi tri Exit For End If Next j KiemTra2 = True If KiemTra1 Then 'Tat cac cot deu co mot manh thi kiem tra cac ca rang buoc AX B(i) Then KiemTra2 = False 'Neu ton tai mot rang buoc khong thoa man Exit For End If Next i Else KiemTra2 = False End If 'Tinh ham muc tieu sum1 = If KiemTra2 Then 'Neu da thoa cac rang buoc For i = To SoViTri For j = To SoManh sum1 = sum1 + C(i, j) * BienQD(i, j) Next j Next i If HamMucTieu < sum1 Then HamMucTieu = sum1 For i = To SoViTri For j = To SoManh Nghiem(i, j) = BienQD(i, j) Next j Next i End If End If 'Thông báo nghiệm Dim Bien As String Bien = "" For i = To SoViTri For j = To SoManh Bien = Bien & "x" & i & j & " , " Next j Bien = Left(Bien, Len(Bien) - 4) & vbCrLf Next i Me.Label1.Caption = "A" & vbCrLf & MtrA Me.Label2.Caption = "X" & vbCrLf & Bien Me.Label3.Caption = "B" & vbCrLf & MtrB Me.Label4.Caption = "C" & vbCrLf & MtrC Me.Label5.Caption = "HAM MUC TIEU: " & HamMucTieu Me.Label6.Caption = "NGHIEM BAI TOAN" & vbCrLf & vbCrLf & ThongBaoKetQua Me.Label9.Caption = "So bien nhi phan " & SoBienNhiPhan & vbCrLf & "So chuoi nhi phan " & Sochuoinhiphan chuoithu = chuoithu + Wend End Sub 3.3 Các giao diện demo 3.3.1 Giao diện 3.3.2 Giao diện liệu Demo 3.3.3 Các giao diện nhập liệu Nhập giá trị chương trình chạy với liệu Nhập số mảnh Nhập số vị trí Nhập ma trận lợi ích C (từ C(11) đến C(43)) Nhập ma trận chi phí A (Từ A(11) đến A(43)) 49 Nhập ma trận vế phải B (Từ B[1] đến B[4] 3.3.4 Giao diện kết 50 51 Kết luận chương Trong chương tác giả áp dụng lý thuyết chương thuật toán chương vào sở liệu (dạng Demo) để tìm vị trí cấp phát mảnh mà có chi phí cấp phát nhỏ 52 KẾT LUẬN LUẬN VĂN Sử dụng thuật toán phương pháp duyệt để giải mơ hình cấp phát Thuật toán duyệt tất chuỗi nhị phân biến định, trình gặp số khó khăn có bùng nổ tổ hợp chuỗi nhị phân độ dài n Để tránh phải thực nhiều lần phép duyệt gây tốn thời gian phải kiểm tra ràng buộc, tính hàm mục tiêu so sánh, phép duyệt ta thực chuỗi tạo Nếu khơng thỏa mãn u cầu đặt loại từ đầu Nếu chuỗi có số số nhiều số mảnh loại, số mảnh cố n somanh chuỗi định Như để duyệt chuỗi ta duyệt tổ hợp C dodaichuoi Tiến hành cộng theo mod, tổng lớn loại bỏ chuỗi thỏa mãn mảnh tập số mảnh nên chuyển mảnh tới nhiều vị trí khác Viêc giúp giảm thời gian thực công việc nhiều lần HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN Sử dụng thuật toán phương pháp duyệt, số nghệ thuật lập trình để khắc phục khó khăn nảy sinh Đề tài phát triển mạng LAN, WAN, EXTRA,…khi có xử lý phân tán ứng dụng cho toán du lịch số toán phân phối 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO Danh mục tài liệu tham khảo [1] Discrete Mathematics and Its Applications: Kenneth H Rosen www.amazon.com [2] M.Tamer Ozsu, Patrick Valduriez “Nguyên lý hệ liệu phân tán” Trần Đức Quang biên dịch NXB Thống kê,1999 [3] Đỗ Xuân Lôi, “Cấu trúc liệu giải thuật”, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1996 [4] Lê Huy Thập, “Bài giảng CSDL quan hệ nâng cao” ĐH Sư Phạm Hà Nội Học Viện CN Bưu Chính Viễn Thơng [5] Lê Huy Thập, “Bài giảng CSDL phân tán” ĐH Sư Phạm Hà Nội Học Viện CN Bưu Chính Viễn Thơng [6] Lê Huy Thập, Giáo trình kỹ thuật lập trình, Tập 1, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ, 10/2008 [7] Lê Huy Thập, Cơ sở lý thuyết song song, NXB THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG, 8-2010 [8] Le Huy Thap, Algorithms, Lecture at the Genetic – Singapore Computer Science School 2006 [9] Bùi Minh Trí, Quy hoạch tốn học, NXB KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT, 10-2001 [10] Lê Tiến Vương, “Nhập môn sở liệu quan hệ”, NXB Thống Kê, 2000 ... luận chương 1……………………………………………………… 25 Chương CẤP PHÁT TRONG CƠ SỞ DỮ LIỆU PHÂN TÁN ……… 26 2.1 Các thông tin cho cấp phát 26 2.1.1 Thông tin sở liệu quan hệ 26 2.1.2 Thông tin ứng... cho truy xuất đọc 19 uij Diễn giải Cơ sở liệu Quản trị sở liệu Cơ sở liệu phân tán (Distributed Database System) Hệ quản trị sở liệu phân tán (Distributed Database Management System) Lược đồ khái... phải DDBS Nếu sở liệu phân tán nhiều nút mạng, CSDL sở liệu phân tán (Hình 1.2.1-2) Worstation1 Worstation2 Worstation5 Mạng Truyền DL Worstation4 Worstation3 Hình 1.2.1-2 CSDL phân tán mạng, DDBS