Bases de Dados Distribuídas

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1 Projecto do 5º Ano da Licenciatura em Engenharia Informática Ramo de Computadores e Sistemas Anabela da Costa Vieira Orientador: Alexandre Bragança Setembro de 2002

2 Agradecimentos Bases de Dados Distribuídas Antes de tudo, quero agradecer aos meus pais por me terem ensinado o valor do trabalho e do estudo e à minha família (principalmente à minha irmã) pelo apoio que sempre me deu. Quero também agradecer ao Paulo Sousa pelo apoio e compreensão. Para a realização deste trabalho não posso deixar de agradecer ao Engº Alexandre Bragança pela sua orientação e preocupação em indicar o caminho certo; ao Engº Miguel Oliveira pela sua disponibilidade a fornecer informações (não conseguiria fazer o exemplo prático sem a sua ajuda!) sempre que surgiam dúvidas. iii

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4 Índice AGRADECIMENTOS...III ÍNDICE...V ÍNDICE DE FIGURAS...VII ÍNDICE DE TABELAS...VIII 1. INTRODUÇÃO Introdução Estrutura do Relatório BASES DE DADOS DISTRIBUÍDAS Antecedentes das Bases de Dados Distribuídas Definição de Bases de Dados Distribuídas Regras de uma Base de Dados Distribuída Replicação e Fragmentação de Dados Replicação de Dados Fragmentação de Dados Alocação Gestão distribuída de transacções Protocolos de segurança Controlo de Concorrência Processamento distribuído de questões Passos do processamento distribuído de questões Bases de Dados Distribuídas Móveis Recentes avanços na tecnologia das BDD O MICROSOFT SQL SERVER Replicação no Microsoft SQL Server Fragmentação no Microsoft SQL Server Transacções no Microsoft SQL Server Processamento Distribuído de Questões no Microsoft SQL Server O CASO GIS MEDIADORES CONCLUSÕES...79 BIBLIOGRAFIA GLOSSÁRIO ÍNDICE REMISSIVO v

5 SIGLAS ANEXOS A1 - CORBA A2 - COM A3 - ODBC A4 - X Open DTP A5 - Regras de Transformação Algébrica vi

6 Índice de Figuras FIGURA 1 : ORGANIZAÇÃO DE UM SISTEMA DE GESTÃO DE FICHEIROS...5 FIGURA 2 : ORGANIZAÇÃO DE UMA BASE DE DADOS...7 FIGURA 3 : A FLEXIBILIDADE DE FUNCIONAMENTO DA ARQUITECTURA CLIENTE / SERVIDOR...8 FIGURA 4 : CONFIGURAÇÕES REPRESENTATIVAS DOS SISTEMAS CLIENTE / SERVIDOR...9 FIGURA 5: A ARQUITECTURA FÍSICA DE UMA BDD...12 FIGURA 6 DEADLOCK GLOBAL: NENHUM NÓ O CONSEGUE DETECTAR UTILIZANDO APENAS...20 FIGURA 7 : MÉTODO CONSENSUAL DE QUORUM...27 FIGURA 8 : GRÁFICO DE JOIN PARTICIONADO...31 FIGURA 9 : EXECUÇÃO DE UMA TRANSACÇÃO DISTRIBUÍDA...35 FIGURA 10 : PROTOCOLO 2PC...37 FIGURA 11 : FASES DO TWO-PHASE LOCKING...40 FIGURA 12 : ÁRVORE DE ANÁLISE ALGÉBRICA...45 FIGURA 13 : ÁRVORE DE ANÁLISE ALGÉBRICA REESTRUTURADA...46 FIGURA 14 : OPTIMIZAÇÃO DE UM INQUÉRITO SEGUINDO A PRIMEIRA REGRA DE REDUÇÃO...47 FIGURA 15 : ÁRVORE DE ANÁLISE ALGÉBRICA...48 FIGURA 16 : EXEMPLO DO TIPO DE CÉLULAS EXISTENTES NUMA REDE MÓVEL...53 FIGURA 17: MODELO DOS OBJECTOS DA RELAÇÃO OBRA-EMPREGADOS...60 FIGURA 18 : DIFERENTES TIPOS DE REPLICAÇÃO EM TERMOS DE AUTONOMIA DOS NÓS E CONSISTÊNCIA TRANSACCIONAL...67 FIGURA 19 : PUBLICAÇÕES EXISTENTES NO SERVIDOR...74 FIGURA 20 : PROPRIEDADES DE UMA PUBLICAÇÃO...75 FIGURA 21 : O REPLICATION CONFLICT VIEWER AJUDA À VISUALIZAÇÃO DOS CONFLITOS EXISTENTES DURANTE A FASE DE JUNÇÃO DAS BDS FIGURA 22 : ARQUITECTURA DO MODELO DE REFERÊNCIA DA OMG...89 FIGURA 23: ARQUITECTURA CORBA ORB...90 FIGURA 24: CLIENTE A UTILIZAR UM OBJECTO COM ATRAVÉS DE UM APONTADOR PARA UM INTERFACE...94 FIGURA 25: OBJECTO COM RELÓGIO...95 FIGURA 26: TRÊS MÉTODOS PARA ACEDER A OBJECTOS COM...96 FIGURA 27 : ARQUITECTURA DO ODBC...98 FIGURA 28: INTERACÇÕES ENTRE CLIENTE, TM AND SERVIDOR COM O PROTOCOLO X-OPEN DTP FIGURA 29 : ÁRVORE DE ANÁLISE ALGÉBRICA FIGURA 30: ÁRVORE DE ANÁLISE ÁLGÉBRICA...103

7 Índice de Tabelas TABELA 1 : TABELA EMPREG DA FIRMA DE CONSTRUÇÃO CIVIL...21 TABELA 2 : TABELA CARGO...22 TABELA 3 : TABELA LOCALIZACAO...22 TABELA 4 : TABELA OBRA...22 TABELA 5 : FRACCIONAMENTO HORIZONTAL DA TABELA DE EMPREGADOS...28 TABELA 6 : FRACCIONAMENTO VERTICAL DA TABELA DE EMPREGADOS...28 TABELA 7 : FRACCIONAMENTO MISTO DA TABELA DE EMPREGADOS...29 TABELA 8 : FRAGMENTAÇÃO DERIVADA DA TABELA OBRA...29 TABELA 9: Nº DE INQUÉRITOS EFECTUADOS POR NÓ...33 TABELA 10: MATRIZ DE UTILIZAÇÃO DE ATRIBUTOS...33 TABELA 11: INICIALIZAÇÃO DA MATRIZ DE AFINIDADES ENTRE ATRIBUTOS...33 TABELA 12 : ALGORITMOS DE OPTIMIZAÇÃO DE INQUÉRITOS DISTRIBUÍDOS...49 TABELA 13: PRODUTOS BDD E SUAS CARACTERÍSTICAS MAIS IMPORTANTES...64 viii

8 Introdução 1. Introdução 1.1. Introdução Este relatório debruça-se sobre Bases de Dados Distribuídas. Mas, porquê este tema? Estamos num sociedade de informação e, para armazenar essa mesma informação, devemos ter bases de dados seguras, fiáveis e permanentemente disponíveis. Existem milhares de empresas a nível mundial. Quando existe uma fusão, que alternativas temos? Inutilizar uma das bases de dados, copiando apenas a sua informação para a outra? Nos dias que correm, isso seria impraticável; logo, a melhor solução é juntá-las de uma maneira o mais transparente possível para o utilizador final. Com este relatório pretende-se, além de lançar alguma luz sobre um tema tão vasto (e em constante alteração com os avanços nesta área), apresentar uma solução possível para um caso concreto, no âmbito da empresa I2S SA Informática, Sistemas e Seguros. A I2S é uma empresa que nasceu em 1984 com o objectivo de criar soluções informáticas para a actividade seguradora e que se tem vindo a implantar no mercado com o GIS (Gestão Integrada de Seguros), uma solução flexível, global e integrada. O GIS divide-se em vários módulos, entre eles o GIS Mediadores. Este módulo é um interface de gestão de seguros contendo vários sub-módulos, integráveis consoante as necessidades do mediador de seguros. Entre estes podemos referir o submódulo da carteira, cuja finalidade é a gestão de apólices e propostas de seguro e o sub-módulo da cobrança, cuja finalidade é a gestão dos recibos das apólices e sua liquidação. Integrada no GIS Mediadores existe uma base de dados que contém os dados necessários para o mediador poder trabalhar. As condições de trabalho dos mediadores de seguros são muito peculiares: podem trabalhar para apenas uma ou mais seguradoras em agências tipicamente distantes da sede da seguradora. Por 1

9 exemplo, um mediador tem a sua sede em Lisboa, uma filial de média dimensão no Porto e depois, espalhados pelo país, uma série de escritórios de sub-mediadores. Aqui põe-se o problema: como manter actualizadas quer a base de dados da sede, quer a da filial, quer as dos vários sub-mediadores? Temos também de ter em atenção que o mediador pode não precisar de ter informação sobre todos os clientes da seguradora, mas apenas sobre aqueles com os quais lida. Provavelmente, também não precisará de toda a informação de que a seguradora dispõe, bastando-lhe alguns dados mais importantes. E se o mediador tiver apenas um portátil como ferramenta de trabalho? No final deste documento, o objectivo será ter alcançado uma solução possível e viável para um caso tão desafiador Estrutura do Relatório Por razões de lógica e ordem de ideias começaremos por ver conceitos de Bases de Dados Distribuídas 1, suas vantagens e desvantagens. O problema da replicação de dados será alvo de especial atenção, assim como a fragmentação e alocação de dados, a gestão distribuída de transacções e a optimização de inquéritos distribuídos. Também serão abordados os mais recentes avanços, nomeadamente a mobilidade das bases de dados (possível com o advento dos portáteis), e o modelo orientado ao objecto. Seguidamente, iremos comparar alguns sistemas de BDD. O Microsoft SQL Server, o Oracle Server e a Sybase são alguns exemplos. Como representante das BDD orientadas ao objecto, mencionar-se-á a Objectivity DB. O Microsoft SQL Server estará em maior destaque, devido à enorme disseminação que tem tido nos últimos anos 2, sendo que a maioria das empresas as utiliza, e os clientes do GIS Mediadores não serão, certamente, uma excepção. Um cenário possível de distribuição de dados será depois apresentado em maior pormenor como exemplo da interligação de várias delegações e agentes dispersos geograficamente. Tentar-se-á também apresentar uma proposta de solução para esse mesmo cenário. No final, serão apresentadas as conclusões atingidas. 1 De agora em diante serão designadas por BDD. 2 Ao qual o facto de esta tecnologia ser da patente da Microsoft não será alheio. 2

10 Introdução 3

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12 2. Bases de Dados Distribuídas 2.1. Antecedentes das Bases de Dados Distribuídas Nos dias que correm, a informação é considerada o bem mais precioso de uma organização. Informação permanentemente actual, correcta e relevante contribui para uma maior competitividade, o que, num mundo empresarial com níveis de concorrência nunca antes atingidos, pode significar a diferença entre o lucro e o prejuízo. Para além das características da actualidade, da correcção e da relevância, a informação deve estar sempre disponível e interpretável, para que possa fazer parte do processo de tomada de decisão de um modo eficaz. As Bases de Dados actuais (ainda de um ponto de vista centralizado) tiveram como antecessores os sistemas de gestão de ficheiros. Estes foram a primeira abordagem para a resolução do problema da existência de enormes quantidades de dados numa organização. Tinham por objectivo automatizar algumas tarefas realizadas manualmente até aí. Porém, os processos eram executados quase da mesma forma. Figura 1 : Organização de um sistema de gestão de ficheiros 3 3 M. Tamer Özsu e Patrick Valduriez in Distributed Database Management Systems - 5

13 Estes sistemas encontravam-se demasiado próximos dos fluxos de informação das organizações (onde o mesmo documento pode ter vários processamentos diferentes), e como resultado, os mesmos dados podiam ser armazenados em ficheiros diferentes e recolhidos em alturas diferentes e por diferentes aplicações. As incoerências e as redundâncias tornaram-se inevitáveis. Os problemas adicionais de manutenção destes sistemas ao nível das aplicações e do acesso aos dados ditou a sua substituição pelas Bases de Dados 4. Ao contrário do que sucede num sistema de ficheiros, os dados de uma BD são organizados num único conjunto. Além disso, o acesso físico à BD é feito por um Sistema de Gestão de Base de Dados 5, e as aplicações têm apenas uma interface lógica com este SGBD. Um SGBD é um conjunto de software destinado a gerir todo o armazenamento e manipulação dos dados do sistema, fazendo a interface entre o nível aplicacional e a BD propriamente dita. Os termos relacional, rede ou hierárquica referem-se ao modo como o SGBD organiza a informação internamente, organização essa que afecta a velocidade e a flexibilidade com que o utilizador acede à informação. A BD armazena também, além dos dados, a sua descrição (metadados) num dicionário de dados que ajuda a interpretar a estrutura dos dados armazenados, disponibilizando ao nível aplicacional uma interface lógica. A modelação de dados é uma actividade fundamental para a tecnologia das BDs. O seu objectivo é tentar encontrar um modelo que traduza a estrutura lógica dos dados e, ao mesmo tempo, que satisfaça os requisitos de informação destes sistemas. Os diagramas E-R são uma abordagem largamente difundida para ajudar à criação do modelo conceptual de dados. Estes explicitam de uma forma clara as entidades existentes no sistema e as relações entre elas, juntamente com as suas cardinalidades. 4 De agora em diante serão designadas por BD. 5 De agora em diante serão designadas por SGBD 6

14 Figura 2 : Organização de uma base de dados 6 A evolução seguinte foi a arquitectura cliente / servidor, que surgiu com a possibilidade de interligação de computadores pessoais em rede (LAN). Falamos já, portanto, de um modelo não centralizado. A característica fundamental destes sistemas é a divisão do processamento global entre as máquinas-cliente, responsáveis pelas tarefas de front-end com os utilizadores (ou seja, que correm o nível aplicacional), e as máquinas-servidor, responsáveis pelas tarefas de gestão e manipulação da BD. A relação entre os processos cliente e servidor é mostrada na figura 3. Um utilizador pode invocar um processo cliente (seleccionando um link num Web browser, por exemplo) e envia um pedido a um processo servidor (seta nº 1). Se o servidor está configurado para responder a esse pedido, pode fazê-lo directamente (seta nº 2). Alternativamente, o pedido do cliente original pode envolver pedidos adicionais a outros servidores (seta nº 3): por exemplo, informação a ser extraída de uma BD localizada noutro ponto. Assim, um software servidor pode tornar-se um software cliente, recebendo respostas de outros servidores secundários (seta nº 4). Outra opção seria o servidor invocar uma aplicação local para que esta respondesse a um pedido de serviço (seta nº 5), tal como refrescar uma BD ou enviar um e depois enviar os resultados (seta nº 6). Outros serviços, ainda, podem ser pedidos (seta nº 7), e o respectivo retorno será enviado para outros clientes (seta nº 8). 7

15 1 CLIENTE APLICAÇÃO 1 22 SERVIDOR CLIENTE SERVIDOR SERVIDOR 4 Figura 3 : A flexibilidade de funcionamento da arquitectura cliente / servidor 7 Ao contrário dos sistemas tradicionais, a comunicação entre clientes e servidores não tem estados o servidor não precisa de ter consciência do cliente que lhe está a enviar o pedido. Este tipo de comunicação (sem o estabelecimento de conexões) representada pelas setas na figura anterior é utilizada na Internet e fornece uma vasta gama de opções de design aos gestores da informação. A estrutura cliente/servidor, o funcionamento da Internet e a grande variedade de protocolos servidores que entretanto foram disponibilizados, oferecem uma grande flexibilidade ao desenho e implementação de sistemas de informação poderosos. Uma representação desta gama de escolhas é representada na Fig O cliente de cada uma das cinco possibilidades de implementação de design fornece o interface (Gestão do Interface) de cada sistema. Do mesmo modo, o servidor fornece serviços de dados (Gestão de Dados), desde documentos estáticos até resultados de um inquérito à base de dados. Dependendo das necessidades específicas de cada aplicação, componentes adicionais podem ser incluídos, quer no cliente quer no servidor, para alcançar determinadas lógicas de comunicação e facilidades de gestão de dados ou de interface. As setas bidireccionais mais pequenas representam comunicação com representação de estados entre os sistemas componentes, tal como a que pode ocorrer num único host. As setas maiores representam comunicação sem representação de estados via Internet. 6 M. Tamer Özsu e Patrick Valduriez in Distributed Database Management Systems - 8

16 Numa BDD, como se pode depreender pela figura, a gestão dos dados é dividida entre o servidor e o cliente, enquanto a lógica da aplicação e a gestão do interface são da inteira responsabilidade deste último. No outro extremo estão os sistemas distribuídos, onde os servidores gerem os dados, a lógica da aplicação e uma parte do interface, enquanto o cliente apenas tem de gerir uma outra parte do interface. LADO CLIENTE GESTÃO DO GESTÃO DO GESTÃO DO GESTÃO DO GESTÃO DO INTERFACE INTERFACE INTERFACE INTERFACE INTERFACE LÓGICA DA LÓGICA DA LÓGICA DA APLICAÇÃO APLICAÇÃO APLICAÇÃO GESTÃO DOS DADOS GESTÃO DO INTERFACE 1 LÓGICA DA APLICAÇÃO LÓGICA DA APLICAÇÃO LÓGICA DA APLICAÇÃO GESTÃO GESTÃO GESTÃO GESTÃO GESTÃO DOS DADOS DOS DADOS DOS DADOS DOS DADOS DOS DADOS LADO SERVIDOR BASES DE GESTÃO LÓGICA APRESENTAÇÃO SISTEMAS DADOS DISTRIBUÍDAS REMOTA DE DADOS DISTRIBUÍDA REMOTA DISTRIBUÍDOS Figura 4 : Configurações representativas dos sistemas cliente / servidor 8 7 Jeff R.Wright, German Gavilan, Yiguo Zhang e Kamie Redinbo in Emerging Technologies for Developing Distributed Database Systems 8 Ensor e Stevenson, 1997, in Jeff R.Wright, German Gavilan, Yiguo Zhang e Kamie Redinbo in Emerging Technologies for Developing Distributed Database Systems 9

17 Em determinada altura no tempo começou-se a perceber que as máquinas não precisavam de ser apenas clientes e servidores, mas pares que podem colaborar no cumprimento de determinadas tarefas. Foi a partir desse momento que o termo BDD se difundiu. Uma BDD é então, um conjunto de vários servidores de BDs que podem funcionar autonomamente, mas também em colaboração com outros servidores de SGBD remotos, pedindo e/ou fornecendo dados e mantendo-os consistentes. De entre as razões que levaram à utilização de BDDs destacam-se, então, as seguintes:? Desempenho melhorado Considere-se uma rede com 10 postos e um servidor. As 10 estações podem processar, cada uma, 10 milhões de instruções por segundo (MIPS) e o servidor pode processar 25 MIPS. Usando o modelo centralizado estaríamos a desperdiçar a maior parte dos 100 MIPS de poder de computação dos postos. Adicionando mais postos, apenas pioraríamos o problema, pois mais postos significam uma maior carga para o servidor, sem adicionar recursos utilizáveis. Esta arquitectura rapidamente se transforma num gargalo de performance;? Reflectir o estado distribuído de uma organização no caso de organizações espalhadas por zonas geograficamente distantes, com necessidade de uma coordenação comum;? Por necessidades de crescimento quando a dimensão e o crescimento de algumas organizações invalidam a possibilidade de colocar toda a BD numa mesma máquina;? Natureza distribuída de algumas aplicações;? Maior disponibilidade e confiabilidade já que não dependemos de uma única BD);? Permitir a partilha de dados enquanto se mantém algum controlo local;? Devido ao aparecimento de novos paradigmas e novos modelos WWW fornecedores de serviços distribuídos, Java, CORBA... Uma nova arquitectura tem emergido, em contraponto às BDDs: a arquitectura em cluster. Esta difere da arquitectura das BDDs num aspecto fulcral, o acesso à base 10

18 de dados em si, às suas tabelas. Um cluster é constituído por vários servidores, uma rede e um subsistema de discos partilhados. Não há necessidade de replicação ou fragmentação, uma vez que os dados estão à disposição de todos os nós. Existe apenas um dicionário de dados e uma única imagem do sistema, comum a todos os seus elementos. Um cluster é, portanto, mais fácil de gerir do que uma BDD, porém, se os nós se encontrarem geograficamente distantes, o acesso aos dados pode tornar-se muito lento. A outra alternativa seria instalar uma rede de comunicação dedicada de (talvez) centenas ou milhares de quilómetros: algo impraticável, afinal. 2.2 Definição de Bases de Dados Distribuídas O que é, então, uma Base de Dados Distribuída? No livro de José Luís Pereira, Tecnologia de Bases de Dados, pode ler-se: Por definição, uma base de dados distribuída é um sistema de bases de dados cujos dados se encontram fisicamente dispersos por várias máquinas, ligadas por meios de comunicação, mas integrados logicamente. Segundo a Prof. Isabel M. Besembel Carrera, da Universidade dos Andes, na Venezuela (sistemas.ing.ula.ve), uma BD distribuída é uma colecção de várias BDs logicamente interrelacionadas sobre uma rede de computadores. Os utilizadores têm acesso integrado e transparente a uma colecção de BDs (1980). Actualmente, uma BDD é uma colecção de BDs independentes ou federadas, onde cada sistema tem facilidades para partilhar dados e serviços com os outros membros. Já na Webopedia.com, uma BDD consiste em dois ou mais ficheiros de dados localizados em diferentes locais de uma rede de dados. Porque a BD é distribuída, diferentes utilizadores podem aceder a ela sem interferirem uns com os outros. No entanto, o SGBD deve periodicamente sincronizar as BDs espalhadas de maneira a que os dados permaneçam consistentes. Estas três definições focam alguns dos aspectos mais importantes das BDDs, como a localização dispersa dos dados, a fragmentação e duplicação dos mesmos, o controlo de acessos, entre outros. 11

19 Os termos BDs logicamente interrelacionadas ou dados integrados logicamente devem ser bem vincados. Os dados contidos nas várias BDs devem ser estruturados, isto é, fariam sentido se estivessem numa única BD centralizada. De facto, um conjunto de páginas Web em diferentes máquinas, mas contendo material sobre um determinado assunto, não pode ser considerado uma BDD, porque os seus dados são, no máximo, semi-estruturados. Os diferentes nós que constituem a BDD devem ser autónomos, isto é, devem ser capazes de executar programas, e operações e transacções na BD sem suporte externo. Também, se não existirem transacções globais (transacções que envolvem mais do que um nó), a BDD não pode ser considerada como tal, mas apenas como uma colecção de BDs ligadas por uma rede. Figura 5: A arquitectura física de uma BDD Para melhor se poder compreender a tecnologia das BDD, importa, primeiro, dividir os sistemas de BDD em duas classes: homogéneas e heterogéneas. Na primeira classe, todos os nós utilizam o mesmo SGBD e têm as mesmas aplicações instaladas, fazendo lembrar um único sistema de BD, mas em que os dados estão armazenados em vários repositórios ligados por meios de comunicação. O 12

20 design do tipo top-down está intimamente ligado a estes sistemas. Como é lógico, é mais usual, ao fazer o desenho dos sistemas a partir do nada, considerar-se que todas as máquinas serão idênticas. Estas classes de BDD podem oscilar entre vários graus de autonomia local. Este termo indica o modo como o sistema parece trabalhar, a partir da perspectiva dos utilizadores e dos programadores. Tome-se como exemplo um sistema com pouca ou nenhuma autonomia, onde todos os pedidos são enviados para um nó central, chamado gateway. Daqui, estes são enviados para o nó que contém a informação ou para a aplicação requerida. Esta situação ocorre com alguma frequência na Internet, nos sites espelho de localizações populares para aumentar a velocidade de acesso, já que vários nós podem conter a mesma informação e as mesmas aplicações, de forma a melhorar o fluxo e os tempos de acesso. A desvantagem do gateway é que este tem de possuir uma conexão à rede bastante larga e muito poder de processamento para conseguir satisfazer os pedidos e os encaminhamentos dos dados dos nós para os utilizadores. Já nos sistemas heterogéneos, os nós utilizam SGBDs diferentes. Estes tanto podem ser baseados no mesmo modelo de dados, como em modelos de dados diferentes. Duas organizações diferentes (que a dado ponto da sua história se juntam) dificilmente utilizarão o mesmo esquema de armazenamento dos dados; por isso, a abordagem bottom-up está mais ligada a estes sistemas. Também, para incorporar sistemas legados, esta abordagem é a mais indicada. Aqui, os nós têm um grau de autonomia muito maior: cada um tem os seus utilizadores, aplicações e dados locais e lida com estes sozinho, apenas se ligando aos restantes nós para obter informação que não possui. Este tipo de BDD é muitas vezes chamado de sistema federado ou federação. Para que seja possível integrar BDs distintas numa federação de modo a existir interoperabilidade, ou seja, ser possível trocar informação entre sistemas, redes e aplicações heterogéneas, existem três abordagens: - Utilização de database gateways / middleware quando existem SGBDs diferentes, mas baseados no mesmo modelo de dados; - Integração num modelo global quando os SGBDs se baseiam em modelos de dados diferentes; - Objectos distribuídos utilizando o modelo OO (Orientado ao Objecto). 13

21 Utilização de database gateways / middleware Os database gateways fazem traduções entre formatos de dados e comandos das várias implementações, permitindo que cada SGBD veja os outros como seus iguais. Tem como limitações a não existência de suporte para a gestão de transacções não-locais (ou seja, permitem consultar os dados sob a gestão de outro SGBD, mas não permitem actualizá-los) e o facto de não ter em consideração as diferenças existentes entre os esquemas das BDs envolvidas (não havendo homogeneização ao nível dos esquemas individuais). A utilização de middleware esconde do nível aplicacional as especificidades de cada SGBD, uniformizando a interface com os servidores de BDs. Alguns exemplos de middleware são o ODBC, o IDAPI e o X Open DTP. Por fornecerem a cada aplicação um conjunto único de funções para aceder a vários servidores de BD, têm como grandes vantagens a portabilidade e a simplicidade, porém, raramente têm o desempenho e a funcionalidade das APIs próprias de cada servidor de BD. Integração num modelo global A técnica é criar uma camada sobre os vários sistemas de BDs componentes, dando a ilusão de um sistema homogéneo. Alguns exemplos deste método são o esquema unificado e a multibase de dados. Na primeira abordagem, é utilizado um modelo suficientemente rico, capaz de integrar os restantes modelos, para fazer a integração dos esquemas de BDs participantes num único esquema unificado e global. Já na solução multibase de dados não se procura um esquema global às BDs participantes; pelo contrário, cada BD local opera de forma autónoma e independente, existindo, no entanto, capacidade de cooperação entre si. Objectos distribuídos Os sistemas são construídos recorrendo a conjuntos de objectos previamente desenvolvidos, que são, depois, interligados por forma a obter as funcionalidades pretendidas. Para que os objectos possam trocar mensagens entre si, independentemente da linguagem de programação em que foram criados, do sistema operativo da máquina em que residem e da sua localização na rede, é necessário estabelecer mecanismos que proporcionem essa transparência. Existem duas 14

22 propostas: a DCOM e a CORBA. A DCOM (Distributed Component Object Model) é uma proposta da Microsoft Corp. que fornece uma base para a partilha de objectos, independentemente da linguagem em que estes foram desenvolvidos. A CORBA (Common Object Request Broker Arquitecture) é da responsabilidade da OMG e define uma interface Object Request Broker (ORB) cujos serviços, numa perspectiva cliente / servidor, permitem que um objecto cliente aceda aos serviços de um objecto servidor sem que o primeiro necessite de saber detalhes do segundo, proporcionando, assim, um acesso transparente entre objectos distribuídos. As BDs devem ter os seus dados protegidos, quer de acidentes naturais (incêndios ou inundações), quer de acessos não autorizados, modifiquem eles ou não o seu conteúdo. Nas BDDs, apesar dos dados replicados fornecerem um certo nível de backup (melhorando o primeiro aspecto da segurança), o problema de controle de acessos torna-se mais complexo, devido à distribuição desses mesmos dados. Uma das primeiras questões é onde permitir o acesso aos dados: no nó de origem do pedido ou no nó remoto? A primeira estratégia tem a seu favor a simplicidade; porém a probabilidade de acessos não autorizados aumenta, já que o utilizador mal-intencionado precisa unicamente de conseguir aceder a uma máquina. A segunda estratégia é mais segura, mas também tem várias desvantagens, a começar desde logo pelo processamento adicional que é necessário. Além disso, é necessário manter tabelas de acesso, o que é computacionalmente caro, e, replicar as passwords aumenta o risco de estas serem obtidas, apesar de encriptadas. Uma terceira estratégia consiste em responsabilizar servidores de perfis por permitir o acesso aos dados. Estes estão organizados em rede e quando um dos servidores receber um pedido de acesso, todos os membros desta rede determinam se devem autorizar ou não o acesso. Woo e Lam 9 (os estudiosos que desenharam esta solução) pensam que separar o sistema de acessos do interface da aplicação reduz as possibilidades de ocorrerem problemas. 9 Thomas Woo e Simon Lam, Authorization in Distributed Systems: A Formal Approach, 1992 in Steven P. Coy, Security Implications of the Choice of Distributed Database Management System Model: Relational vs. Object-Oriented, informação disponível no site 15

23 Para impedir que alguns utilizadores tenham acesso a certos dados, apesar de terem acesso ao sistema, foi criado o mecanismo das vistas. Apesar de as vistas serem eficientes em termos de impedimento do acesso a dados restritos, o seu uso pode introduzir muito overhead, principalmente no caso das vistas globais (que necessitam de obter dados de vários nós). Para definir que dados podem ser incluídos na vista, todos os dados da BD devem receber uma classificação de acesso. Esta classificação pode ser dependente de: o Tipo: a classificação é determinada com base nos atributos associados aos dados; o Valor: a classificação é determinada com base no valor dos dados; o Nível da origem: a classificação dos dados é equivalente à da sua origem; o Etiqueta da origem: é dada uma classificação arbitrária aos dados, ou pela sua origem, ou pelo utilizador que os introduziu. Uma solução apresentada por Thuraisingham e Ford 10, que introduz pouco overhead na verificação das permissões, utiliza dois motores de inferência, um para os inquéritos e outro para as actualizações. Este último verifica as restrições de segurança da BD à medida que mudam as condições de segurança nos dados. O motor de inferência do processamento de inquéritos avalia as entidades pedidas pelo inquérito, os dados libertos durante um determinado período que estão ao nível de segurança dos inquéritos, e os dados relevantes disponíveis externamente que estejam no mesmo nível de segurança. A isto chama-se a base de conhecimento. O processador avalia as potenciais inferências que resultam da união da base de conhecimento com as potenciais respostas ao inquérito. Se o nível de segurança do utilizador for superior aos níveis de segurança de todas as potenciais inferências, a resposta é permitida. Esta técnica apenas pode ser utilizada em BDDs homogéneas. Nas BDDs heterogéneas, seria necessário que os motores de inferência para cada tipo de SGBD 10 Bhavani Thuraisingham e William Ford, Security Constraint Processing in A Multilevel Secure Distributed Database Management System, 1995, in Steven P. Coy, Security Implications of the Choice of Distributed Database Management System Model: Relational vs. Object-Oriented, informação disponível no site 16

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