مزامنة البيانات

الموسوعة الحرة
عملية المزامنة بين الخادم وجهازين عميلين

تُعدّ مزامنة البيانات عمليةً لضمان اتساق البيانات بين مخازن البيانات المصدرية والهدفية ، ومواءمتها المستمرة مع مرور الوقت. وهي أساسيةٌ للعديد من التطبيقات، بما في ذلك مزامنة الملفات ومزامنة الأجهزة المحمولة. كما تُفيد مزامنة البيانات في التشفير لمزامنة خوادم المفاتيح العامة .

تُعد مزامنة البيانات ضرورية لتحديث والحفاظ على اتساق نسخ متعددة من مجموعة بيانات مع بعضها البعض أو للحفاظ على سلامة البيانات ، الشكل 3. [ 1 ] على سبيل المثال، يتم استخدام تكرار قاعدة البيانات للحفاظ على مزامنة نسخ متعددة من البيانات مع خوادم قواعد البيانات التي تخزن البيانات في مواقع مختلفة.

أمثلة

ومن الأمثلة على ذلك:

التحديات

بعض التحديات التي قد يواجهها المستخدم في مزامنة البيانات:

  • تعقيد تنسيقات البيانات؛
  • التوقيت الفوري؛
  • أمن البيانات؛
  • جودة البيانات؛
  • أداء.

تعقيد تنسيقات البيانات

تزداد تعقيدات تنسيقات البيانات مع مرور الوقت نتيجة نمو المؤسسة وتطورها. وهذا لا يقتصر على بناء واجهات بسيطة بين التطبيقين (المصدر والهدف)، بل يستلزم أيضًا تحويل البيانات أثناء نقلها إلى التطبيق الهدف. ويمكن أن تكون أدوات ETL (الاستخراج والتحويل والتحميل) مفيدة في هذه المرحلة لإدارة تعقيدات تنسيقات البيانات.

التوقيت الفوري

في الأنظمة الآنية، يرغب العملاء في الاطلاع على الحالة الراهنة لطلباتهم في المتجر الإلكتروني، والحالة الراهنة لتسليم الطرود - أي تتبع الطرود في الوقت الفعلي -، والرصيد الحالي في حساباتهم، وما إلى ذلك. وهذا يُظهر الحاجة إلى نظام آني، يتم تحديثه باستمرار لتمكين عملية تصنيع سلسة في الوقت الفعلي، على سبيل المثال، طلب المواد عندما ينفد مخزون الشركة، ومزامنة طلبات العملاء مع عملية التصنيع، وما إلى ذلك. ومن واقع الحياة، توجد أمثلة عديدة تُبيّن كيف تُحقق المعالجة الآنية ميزة تنافسية ناجحة.

أمن البيانات

لا توجد قواعد أو سياسات ثابتة لضمان أمن البيانات، إذ قد يختلف الأمر باختلاف النظام المستخدم. ورغم تطبيق إجراءات الأمان بشكل صحيح في النظام المصدر الذي يلتقط البيانات، إلا أنه يجب تطبيق إجراءات الأمان وصلاحيات الوصول إلى المعلومات على الأنظمة المستهدفة أيضاً لمنع أي إساءة استخدام محتملة. هذه مسألة بالغة الأهمية، لا سيما عند التعامل مع المعلومات السرية والشخصية. لذا، ونظراً لحساسية هذه المعلومات وسريتها، يجب تشفير عملية نقل البيانات وجميع المعلومات الوسيطة.

جودة البيانات

تُعدّ جودة البيانات عائقًا بالغ الأهمية. ولتحسين الإدارة والحفاظ على جودة البيانات، يُنصح بتخزينها في موقع واحد ومشاركتها مع مختلف الأشخاص والأنظمة والتطبيقات من مواقع مختلفة، مما يُسهم في منع حدوث أي تناقضات فيها.

أداء

تتضمن عملية مزامنة البيانات خمس مراحل مختلفة:

كل خطوة من هذه الخطوات بالغة الأهمية. في حالة وجود كميات كبيرة من البيانات، يجب التخطيط لعملية المزامنة وتنفيذها بعناية لتجنب أي تأثير سلبي على الأداء.

حلول قائمة على الملفات

تتوفر أدوات لمزامنة الملفات ، والتحكم في الإصدارات ( مثل CVS و Subversion )، وأنظمة الملفات الموزعة ( مثل Coda )، والنسخ المتطابق ( مثل rsync )، حيث تسعى جميعها إلى الحفاظ على تزامن مجموعات الملفات. مع ذلك، فإن أدوات التحكم في الإصدارات ومزامنة الملفات فقط هي القادرة على التعامل مع التعديلات التي تُجرى على أكثر من نسخة من الملفات.

  • تُستخدم مزامنة الملفات عادةً لعمل نسخ احتياطية منزلية على محركات أقراص صلبة خارجية أو لتحديثها لنقلها على محركات أقراص فلاش USB . تمنع العملية التلقائية نسخ الملفات المتطابقة بالفعل، وبالتالي توفر وقتًا كبيرًا مقارنةً بالنسخ اليدوي، كما أنها أسرع وأقل عرضةً للأخطاء. [ 2 ]
  • صُممت أدوات التحكم في الإصدارات للتعامل مع الحالات التي يحاول فيها أكثر من مستخدم تعديل الملف نفسه في الوقت ذاته، بينما صُممت برامج مزامنة الملفات للتعامل مع الحالات التي يتم فيها تعديل نسخة واحدة فقط من الملف في كل مرة. ولهذا السبب، على الرغم من إمكانية استخدام أدوات التحكم في الإصدارات لمزامنة الملفات، إلا أن البرامج المخصصة لهذا الغرض تتطلب موارد أقل .
  • يمكن اعتبار أنظمة الملفات الموزعة وسيلةً لضمان مزامنة نسخ متعددة من الملف. يتطلب هذا عادةً أن تكون الأجهزة التي تخزن الملفات متصلة دائمًا، ولكن بعض أنظمة الملفات الموزعة، مثل Coda، تسمح بالتشغيل دون اتصال بالإنترنت، يليه عملية التوفيق. عادةً ما تكون إمكانيات دمج الملفات في نظام الملفات الموزعة محدودةً أكثر من تلك الموجودة في نظام التحكم في الإصدارات، لأن معظم أنظمة الملفات لا تحتفظ بمخطط للإصدارات.
  • النسخ المتطابق (في مجال الحوسبة) : النسخ المتطابق هو نسخة طبق الأصل من مجموعة بيانات. على الإنترنت، يُعد موقع النسخ المتطابق نسخة طبق الأصل من موقع إنترنت آخر. تُستخدم مواقع النسخ المتطابق عادةً لتوفير مصادر متعددة لنفس المعلومات، وهي ذات قيمة خاصة كوسيلة لتوفير وصول موثوق إلى الملفات الكبيرة.

النماذج النظرية

توجد عدة نماذج نظرية لمزامنة البيانات في الأدبيات البحثية، وترتبط هذه المشكلة أيضاً بمشكلة ترميز سليبيان-وولف في نظرية المعلومات . تُصنَّف هذه النماذج بناءً على كيفية تناولها لمسألة مزامنة البيانات.

البيانات غير المرتبة

تُصاغ مشكلة مزامنة البيانات غير المرتبة (المعروفة أيضًا باسم مشكلة التوفيق بين المجموعات ) على أنها محاولة لحساب الفرق المتناظرSأ⊕Sب=(Sأ-Sب)∪(Sب-Sأ){\displaystyle S_{A}\oplus S_{B}=(S_{A}-S_{B})\cup (S_{B}-S_{A})}بين مجموعتين بعيدتينSأ{\displaystyle S_{A}} وSب{\displaystyle S_{B}}من أعداد مكونة من b بت. [ 3 ] بعض حلول هذه المشكلة تتميز بما يلي:

تحويل بالجملة
في هذه الحالة، يتم نقل جميع البيانات إلى مضيف واحد لإجراء مقارنة محلية.
مزامنة الطوابع الزمنية
في هذه الحالة، تُعلّم جميع التغييرات التي تطرأ على البيانات بطوابع زمنية. وتتم عملية المزامنة بنقل جميع البيانات التي تحمل طابعًا زمنيًا أحدث من طابع المزامنة السابق. [ 4 ]
التزامن الرياضي
في هذه الحالة، تُعامل البيانات ككائنات رياضية، ويتوافق التزامن مع عملية رياضية. [ 3 ] [ 5 ] [ 6 ]

البيانات المرتبة

في هذه الحالة، سلسلتان بعيدتانσأ{\displaystyle \sigma _{A}}وσب{\displaystyle \sigma _{B}}يجب التوفيق بين هذه السلاسل النصية. عادةً، يُفترض أن هذه السلاسل تختلف بما يصل إلى عدد ثابت من التعديلات (أي إضافة أحرف أو حذفها أو تغييرها). ثم تُعرف مزامنة البيانات بأنها عملية تقليل مسافة التعديل بين هذه السلاسل .σأ{\displaystyle \sigma _{A}}وσب{\displaystyle \sigma _{B}}، وصولاً إلى المسافة المثالية التي تساوي صفرًا. يُطبَّق هذا في جميع عمليات المزامنة القائمة على نظام الملفات (حيث تكون البيانات مُرتبة). وقد نُوقشت أو أُشير إلى العديد من التطبيقات العملية لهذا الأمر أعلاه.

من الممكن أحيانًا تحويل المشكلة إلى مشكلة بيانات غير مرتبة من خلال عملية تُعرف باسم التجزئة (تقسيم السلاسل إلى أجزاء متداخلة ). [ 7 ]

معالجة الأخطاء

في الأنظمة المقاومة للأعطال، يجب أن تكون قواعد البيانات الموزعة قادرة على التعامل مع فقدان أو تلف (جزء من) بياناتها. الخطوة الأولى عادةً هي النسخ المتماثل ، والذي يتضمن إنشاء نسخ متعددة من البيانات وتحديثها باستمرار مع كل تغيير. مع ذلك، يصبح من الضروري تحديد النسخة التي سيتم الاعتماد عليها عند فقدان أو تلف إحدى قواعد البيانات.

أبسط طريقة هي وجود نسخة رئيسية واحدة تُعتبر المصدر الوحيد للمعلومات الصحيحة. تُنسخ التغييرات التي تطرأ عليها إلى النسخ الأخرى، وتصبح إحدى هذه النسخ هي النسخة الرئيسية الجديدة عند تعطل النسخة الرئيسية القديمة.

Paxos و Raft هما بروتوكولات أكثر تعقيدًا موجودة لحل المشكلات المتعلقة بالتأثيرات العابرة أثناء تجاوز الفشل، مثل اعتقاد مثيلين أنهما الخادم الرئيسي في نفس الوقت.

يُعدّ تبادل البيانات السرية مفيدًا في حال تكررت أعطال العُقد بأكملها. إذ يُحوّل هذا الأسلوب عملية المزامنة من عملية استرداد صريحة إلى جزء لا يتجزأ من كل عملية قراءة، حيث تتطلب قراءة بعض البيانات استرجاع البيانات المُشفّرة من عدة عُقد مختلفة. وفي حال وجود بيانات تالفة أو قديمة على بعض العُقد، يُمكن الاستفادة من استخدام رمز تصحيح الأخطاء في هذا النهج .

تحاول تقنيات DHT و Blockchain حل مشكلة التزامن بين العديد من العقد (من مئات إلى مليارات).

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ناكاتاني، كازو؛ تشوانغ، تا - تاو؛ تشو، دوانينغ (2006). "تقنية مزامنة البيانات: المعايير والقيم التجارية والآثار المترتبة" . منشورات جمعية نظم المعلومات . 17. doi : 10.17705/1cais.01744 . ISSN 1529-3181 . 
  2. ↑ أ. تريدجيل (فبراير 1999). "خوارزميات فعالة للفرز والمزامنة" (ملف PDF) . أطروحة دكتوراه. الجامعة الوطنية الأسترالية.
  3. 1 2 مينسكي، ي.؛ آري تراختنبرغ ؛ زيبيل، ر. (2003). "مواءمة المجموعات مع تعقيد اتصال شبه مثالي". معاملات IEEE في نظرية المعلومات . 49 (9): 2213-2218 . CiteSeerX 10.1.1.73.5806 . doi : 10.1109/TIT.2003.815784 . 
  4. ↑ "كتيبات قاعدة معارف مطوري بالم" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 11-03-2002 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 09-01-2007 .
  5. ↑ آري تراختنبرغ ؛ د. ستاروبينسكي؛ س. أغاروال. "مزامنة سريعة لأجهزة المساعد الرقمي الشخصي باستخدام استيفاء متعدد الحدود المميز" (ملف PDF) . مؤتمر IEEE INFOCOM 2002. doi : 10.1109 /INFCOM.2002.1019402 .
  6. ↑ واي. مينسكي وأ. تراختنبرغ، التوفيق بين المجموعات القابل للتوسع، مؤتمر أليرتون للاتصالات والتحكم والحوسبة، أكتوبر 2002
  7. ↑ س. أغاروال؛ ف. تشوهان؛ آري تراختنبرغ (نوفمبر 2006). "مواءمة السلاسل بكفاءة عالية في استخدام النطاق الترددي باستخدام الألغاز" (ملف PDF) . معاملات IEEE للأنظمة المتوازية والموزعة . 17 (11): 1217-1225 . doi : 10.1109/TPDS.2006.148 . S2CID 4300693. تاريخ الاسترجاع: 23 مايو 2007 .