Replikation und Caching für mobile Anwendungen
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- Marcus Lang
- vor 5 Jahren
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1 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Seminar: Mobile and Context-aware Database Technologies and Applications Lehrgebiet Informationssysteme Freitag, den Christian Doppstadt
2 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 2 Gliederung Motivation Caching und Replikation Verfahren Fazit
3 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 3 Motivation Motivation Caching und Replikation im Alltag Einordnung Anforderungen Caching und Replikation Verfahren Fazit
4 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 4 Caching und Replikation im Alltag Caching Proxy-Server CPU-Cache Festplatten-Cache Replikation Datensicherung (Backup) MP3-Player Verteilte Systeme
5 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 5 Einordnung Kontextbewusstsein mobile Anwendungen begrenzte Ressourcen beschränkter Netzzugang
6 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 6 Anforderungen Vorhalten von Daten Minimierung des Übertragungsvolumens Ressourcen des mobilen Endgerätes schonen Nutzung einer mobilen Anwendung trotz eingeschränkter Ressourcen und beschränktem Netzzugang
7 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 7 Caching und Replikation Motivation Caching und Replikation Caching Replikation Abgrenzung Einschränkungen Exkurs: Synchronisation Verfahren Fazit
8 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 8 Caching Einsatz einer mehrschichtigen Speicherstruktur Zugriff erfolgt über die höchste Stufe Ziele Beschleunigung des Zugriffs auf die unterste Speicherebene Reduzierung der zwischen den Ebenen zu transportierenden Daten
9 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 9 Replikation Erzeugung einer physikalischen Kopie der Ausgangsdaten Die ursprünglichen Daten werden nach dem Kopieren weiter genutzt Ziele Erhöhung der Verfügbarkeit Höhere Leseraten Sinkende Netzauslastung
10 Abgrenzung Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 10
11 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 11 Einschränkungen Keine Garantie gesuchte Information im Cache zu finden Replikation aller benötigten Daten unmöglich Schreibende Zugriffe erfordern Synchronisation
12 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 12 Exkurs: Synchronisation Synchrone Replikation Asynchrone Replikation Konfliktvermeidende Replikation Konfliktauflösende Replikation
13 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 13 Verfahren Motivation Caching und Replikation Verfahren Check-out/Check-in Escrow-Verfahren Änderung der Granularität Semantisches Caching Key-Pool-Verfahren Optimistische Synchronisation Fazit
14 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 14 Szenario (I) Versicherungsvertreter Tätigkeit im Außendienst Kundendaten liegen in einer Datenbank auf dem Firmenserver
15 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 15 Szenario (II) Aufgabe 1: Besuch eines Kunden Überprüfung der Stammdaten Kein Netzzugang beim Kunden
16 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 16 Check-out/Check-in (I) Langzeit-Lese-/Schreibsperren Zusätzliche Check-in-Sperren R W LR LW C R W LR LW C
17 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 17 Check-out/Check-in (II) PRO Gewährleistet Serialisierbarkeit Primärdaten können gelesen werden CONTRA Sperrprotokoll Primärdaten können nicht verändert werden
18 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 18 Szenario (III) Aufgabe 2: Verkauf einer neuen Versicherung Nur begrenzte Anzahl verfügbar
19 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 19 Escrow-Verfahren (I) Zugriff auf Hot-Spot Objekte Reservierung von Ressourcen T1 T2 INF Q SUP COMMIT ABORT 7 7 7
20 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 20 Escrow-Verfahren (II) PRO Zugriff ohne Sperren Garantiert Erfüllbarkeit CONTRA Nur zum In- und Dekrementieren geeignet Gefahr zu hoher Reservierung
21 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 21 Szenario (IV) Aufgabe 3: Ungeplanter Besuch bei einer Kundin in der selben Gegend Zusätzliche benötigte Vektorgrafiken für die Anfahrt herunterladen Netzzugang über das Handy möglich
22 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 22 Änderung der Granularität (I) Von Seiten zu Attributen oder Objekten Serversoftware DBMS Datensystem Zugriffssystem Speichersystem Server Server ermittelt die Antwort Aus Antwort und dem Client bekannten Werten werden benötigte Informationen bestimmt und versendet Anfrage wird an den Server gesendet lokal gefundene Werte an Server senden der Client fügt lokale Werte und Differnzinformationen zusammen Anwendungssoftware mobiles DBMS Datensystem Zugriffssystem Speichersystem mobiler Client
23 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 23 Änderung der Granularität (II) PRO Höhere Hit-Rate als bei Seiten-Caching Geringere Netzwerklast CONTRA Netzverbindung zwingend notwendig Cache-Verwaltung wird komplexer
24 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 24 Szenario (V) Aufgabe 4: Durch die Planänderung ist ein neues Restaurant für die Mittagspause zu suchen Das Restaurant soll nicht zu teuer sein
25 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 25 Semantisches Caching (I) Semantische Indexierung Beschreibung des Cache-Inhaltes mit Prädikaten Aus Anfrage und Cache-Beschreibung werden Kompensations- und Filteranfrage bestimmt
26 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 26 Semantisches Caching (II) Datenbasis Restaurant Name Adresse PLZ ØPreis Bürgershof Lintorfer Markt Cedric s Brachter Str Haus Langhardt Kaiserswerther Str Schlüssel am Markt Düsseldorfer Str Cache-Inhalt Name Adresse PLZ Bürgershof Lintorfer Markt Cedric s Brachter Str Haus Langhardt Kaiserswerther Str
27 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 27 Semantisches Caching (III) Q = ({Name, Adresse, Ø Preis}, {(PLZ 67656), (Ø Preis < 15)}, Restaurant) Datenbasis Restaurant Name Adresse PLZ ØPreis Bürgershof Lintorfer Markt Cedric s Brachter Str Haus Langhardt Kaiserswerther Str Schlüssel am Markt Düsseldorfer Str
28 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 28 Semantisches Caching (IV) Q = C = ({Name, Adresse, Ø Preis}, {(PLZ 67656), (Ø Preis < 15)}, Restaurant) ({Name, Adresse, PLZ}, {PLZ 67656}, Restaurant) Cache-Inhalt Name Adresse PLZ Bürgershof Lintorfer Markt Cedric s Brachter Str Haus Langhardt Kaiserswerther Str
29 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 29 Semantisches Caching (V) Q = C = Q F = ({Name, Adresse, Ø Preis}, {(PLZ 67656), (Ø Preis < 15)}, Restaurant) ({Name, Adresse, PLZ}, {PLZ 67656}, Restaurant) ({Name, Adresse}, {PLZ 67656}, Restaurant) Q F Name Adresse Cedric s Brachter Str. 85 Haus Langhardt Kaiserswerther Str. 121
30 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 30 Semantisches Caching (VI) Q = C = Q F = Q K1 = ({Name, Adresse, Ø Preis}, {(PLZ 67656), (Ø Preis < 15)}, Restaurant) ({Name, Adresse, PLZ}, {PLZ 67656}, Restaurant) ({Name, Adresse}, {PLZ 67656}, Restaurant) ({Name, Ø Preis}, {(PLZ 67656), (PLZ 67656), (Ø Preis < 15)}, Restaurant) Q K1 Name ØPreis Haus Langhardt 13
31 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 31 Semantisches Caching (VII) Q = ({Name, Adresse, Ø Preis}, {(PLZ 67656), (Ø Preis < 15)}, Restaurant) C = ({Name, Adresse, PLZ}, {PLZ 67656}, Restaurant) Q F = ({Name, Adresse}, {PLZ 67656}, Restaurant) Q K1 = ({Name, Ø Preis}, {(PLZ 67656), (PLZ 67656}, Restaurant) Q K2 = ({Name, Adresse, Ø Preis}, { (PLZ 67656), (PLZ 67656), (Ø Preis < 15)}, Restaurant) Q K2 Name Adresse ØPreis Schlüssel am Markt Düsseldorfer Str. 1 12
32 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 32 Semantisches Caching (VIII) Q K2 Name Adresse ØPreis Schlüssel am Markt Düsseldorfer Str Q K1 Name ØPreis Haus Langhardt 13 Q F Name Adresse Cedric s Brachter Str. 85 Haus Langhardt Kaiserswerther Str. 121 Q Name Adresse ØPreis Cedric s Brachter Str Haus Langhardt Kaiserswerther Str Schlüssel am Markt Düsseldorfer Str. 1 12
33 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 33 Semantisches Caching (IX) PRO Anfragen oder Teilanfragen können ohne Netzzugang beantwortet werden Genaues Wissen über den Cache-Inhalt ermöglicht gezielte Verdrängung CONTRA Sehr hoher Rechenaufwand für den Prädikatvergleich Problem der Konsistenzsicherung
34 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 34 Szenario (VI) Aufgabe 5: Abschluss einer neuen Versicherung mit der Kundin Eintragen der benötigten Daten Kein Netzzugang verfügbar
35 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 35 Key-Pool-Verfahren (I) Reservierung von Primärschlüsseln beim zentralen DBMS Einfügen neuer Datensätze zu diesen Primärschlüsseln Neue Datensätze ins zentrale DBMS übernehmen
36 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 36 Key-Pool-Verfahren (II) PRO Zugriff ohne Sperren Garantiert Erfüllbarkeit CONTRA Nur zum Einfügen neuer Datensätze geeignet Verwendung von synthetischen Primärschlüsseln
37 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 37 Szenario (VII) Aufgabe 6: Bei einer bestehenden Kfz- Versicherung sollen Anpassungen vorgenommen werden
38 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 38 Optimistische Synchronisation (I) Änderungen werden auf ein Replikat ausgeführt Überprüfung auf Konflikt ggf. Zurücksetzen der Transaktion Änderungen auf die Ausgangsdaten übernehmen Lesephase Validierung Schreibphase BOT COMMIT
39 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 39 Optimistische Synchronisation (II) PRO Keine Behinderung von Transaktionen auf dem Server Beliebige Operationen möglich CONTRA Globales COMMIT erst bei der Synchronisation möglich Keine Erfolgsgarantie
40 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 40 Fazit Motivation Caching und Replikation Verfahren Fazit
41 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 41 Fazit (I) Caching kann den Datenverkehr bei mobilen Anwendungen erheblich verringern und das Netzwerk entlasten Replikation ermöglicht das Arbeiten mit mobilen Anwendungen ohne Netzwerkverbindung Arbeiten mit eingeschränkter Konnektivität wird ermöglicht
42 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 42 Fazit (II) ABER: Mit steigender Leistungsfähigkeit der Technik nimmt auch die Komplexität für den Anwender zu Notwendigkeit zur Vereinfachung der Technik für den Endbenutzer als Schwerpunkt für zukünftige Entwicklung
43 Replikation und Caching für mobile Anwendungen Folie 43 Vielen Dank Motivation Caching und Replikation im Alltag Einordnung Anforderungen Caching und Replikation Caching Replikation Abgrenzung Einschränkungen Exkurs: Synchronisation Verfahren Check-out/Check-in Escrow-Verfahren Änderung der Granularität Semantisches Caching Key-Pool-Verfahren Optimistische Synchronisation Fazit
I. II. I. II. III. IV. I. II. III. I. II. III. IV. I. II. III. IV. V. I. II. III. IV. V. VI. I. II. I. II. III. I. II. I. II. I. II. I. II. III. I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII.
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