An architecture for distributed databases on workstations

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1 Research Collection Doctoral Thesis An architecture for distributed databases on workstations Author(s): Diener, Andreas Rudolf Publication Date: 1986 Permanent Link: Rights / License: In Copyright - Non-Commercial Use Permitted This page was generated automatically upon download from the ETH Zurich Research Collection. For more information please consult the Terms of use. ETH Library

2 Diss.ETHNo.8o88 An Architecture for Distributed Databases on Workstations A dissertation submitted to the SWISS FEDERALINSTITUTEOFTECHNOLOGY(ETH) ZURICH for the degree of Doctor oftechnical Sciences presented by ANDREAS RUDOLF DIENER Dipl.Math.ETH bomjune 14,1957 citizen of Fischenthal (Zurich) accepted on the recommendation of Prof. Dr. CA. Zehnder, examiner Prof. Dr. N. Wirth, co-examiner 1986

3 9 Abstract Many recent research projects and reports on distributed database systems (DDBS) deal with performance. Organizational aspects, such as the distribution of control, or the management of data in an enterprise, rarely influence the design of these DDBS. Furthermore, architectural proposals for the use of the special properties of workstations, which are largely independent but connected by a local area network (LAN), are lacking. In this thesis, a simple and flexible system architecture is proposed. This proposal is tailored to the workstation environment, and it includes both organizational and technical aspects of data distribution, replication, and integrity. An attractive working environment for workstations includes different services offered via a LAN. Besides laser printers, mass storage media, and electronic mail, collections of structured data, i.e. databases, should also be available to the user community. For such a database service to be practically employed, it must be attractive to users. This entails providing access to additional information from others without much impeding operations on own data which are made accessible to others. The federative database server system (FDBS) constitutes a database system architecture which meets this requirement to a remarkable degree by considering both technical and organizational aspects. A key feature of the FDBS is its logical star topology (independent from the LAN topology) with a server at the center which is connected with all user machines. The tasks of the database system are split into two largely disjoint parts, the server and the client system. By multi-level star configurations, arbitrary hierarchies of servers may be built. The data distribution takes into account existing data ownerships by distinguishing two data classes: Private data are primarily stored at the machine of their owner and shared data are stored at the server. For replicated data, an additional distinction is introduced for both data classes according to the currency of data: One occurrence of replicated data is considered as original, and all other occurrences are duplicates which may only be read by users and which are refreshed after a certain time by the system. This data distribution meets the requirements of both user autonomy and availability of shared data. The support of semantic integrity of data is a vital aspect of database systems. The FDBS fully supports any integrity constraints between data belonging to a single data class (private or shared). Exact rules are given for integrity constraints crossing the borders of the data classes. These rules can be enforced already during the data design process. A major advantage of the FDBS over comparable systems is its simplicity. This is shown by a prototype implementation covering all major features of an FDBS.

4 10 Zusammenfassung Viele aktuelle Forschungsprojekte und -berichte im Bereich verteilter Datenbanksysteme (VDBS) behandeln deren Leistung. Organisatorische Aspekte, wie etwa die Verteilung von Kompetenzen oder die Verwaltung der Daten in einer Unternehmung, fliessen nur selten in den Entwurf solcher VDBS ein. Auch fehlen noch Vorschlage zur Ausniitzung der speziellen Eigenschaften von Arbeitsplatzrechnern, die zwar weitgehend unabhangig betrieben werden, aber mit einem lokalen Datennetz miteinander verbunden sind. In dieser Arbeit wird eine einfache, flexible Systemarchitektur vorgestellt, welche auf die Arbeitsumgebung von Arbeitsplatzrechnern zugeschnitten ist, und welche sowohl organisatorischen als auch technischen Aspekten von Datenverteilung, Redundanz und Integritat Rechnung tragt. Zu einer attraktiven Arbeitsumgebung auf Arbeitsplatzrechnern gehoren verschiedene Dienstleistungen, die iiber ein lokales Datennetz zuganglich gemacht werden. Neben Laser-Druckern, Massenspeichem und elektronischer Post sollten auch Sammlungen strukturierter Daten, d.h. Datenbanken, den Beniitzern zuganglich gemacht werden. Damit ein solcher Datenbank-Dienst aber auch tatsachlich eingesetzt wird, muss erfiir die Beniitzer attraktiv sein. Dies bedeutet, dass zusatzliche Fremdinformation zuganglich gemacht wird, ohne andererseits Operationen auf eigenen Daten wesentlich zu behindern, wenn solche anderen Beniitzern zur Verfiigung gestellt werden. Mit dem foderativen Datenbank-Server System (FDBS) wird eine Systemarchitektur eingefiihrt, die dieser Anforderung in hohem Masse gerecht wird, wobei sowohl technische als auch organisatorische Aspekte einfliessen. Ein Hauptmerkmal des FDBS ist seine logische Stern-Topologie (unabhangig vom verwendeten lokalen Datennetz) mit einem Server in der Mitte, der mit alien Benutzerrechnem verbunden ist. Die Aufgaben des Datenbanksystems werden dabei in zwei Teile gespalten, die weitgehend disjunkt sind (Server- und Beniitzerrechner-System). Durch mehrstufige Stern- Anordnungen konnen beliebige Hierarchien von Servern aufgebaut werden. Bei der Datenverteilung wird den bestehenden Eigentumsverhaltnissen an Daten Rechnung getragen, indem zwei Datenklassen geschaffen werden: Private Daten werden primar auf der Maschine ihres Eigentumers gespeichert, gemeinsame Daten auf dem Server. Bei redundanter Datenhaltung wird fur beide Datenklassen eine weitere Unterscheidung beziiglich der Aktualitat der Daten eingefiihrt: Ein erstes Datenvorkommen wird als Original bezeichnet, alle anderen Vorkommen sind Duplikate, die von Beniitzern nur gelesen werden diirfen, und die vom System nach einer gewissen Zeit nachgefuhrt werden. Mit dieser Datenverteilung konnen sowohl das Bediirfnis nach Benutzer-Autonomie als auch jenes nach allgemeiner Verfiigbarkeit gemeinsamer Daten befriedigt werden.

5 Zusammenfassung 11 Die Unterstiitzung semantischer Datenintegritat ist ein zentraler Aspekt von Datenbanksystemen. Im FDBS konnen Integritatsbedingungen zwischen Daten innerhalb einer Klasse (privat oder gemeinsam) voll unterstiitzt werden. Fur Bedingungen, welche die Grenzen der Datenklassen iiberschreiten, werden genaue Regein angegeben, welche schon zur Definitionszeit uberpriift werden konnen. Ein Hauptvorteil des FDBS gegeniiber vergleichbaren Systemen liegt in seiner Einfachheit. Dies wird anhand einer Prototyp-lmplementation gezeigt, die alle Merkmale eines FDBS umfasst.