JP5685213B2 - 差分レプリケーションシステム、マスターデータベース装置、及びスレーブデータベース装置 - Google Patents

差分レプリケーションシステム、マスターデータベース装置、及びスレーブデータベース装置 Download PDF

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本発明は、差分レプリケーションシステム、マスターデータベース装置、及びスレーブデータベース装置に関する。
ネットワーク等を介して接続されたマスターデータベース/スレーブデータベース間で冗長構成をとるシステムが知られている。このようなシステムでは、予期せぬ原因により記憶データ間の同一性が担保できないことが検出された場合、レプリケーションを実施して記憶データの同一化を図る。その際、マスターデータベース装置では、レプリケーションの時間短縮等のため、データ更新処理イベント発生時にデータベースの差分情報を記憶しておくことがある(例えば、非特許文献1の図2参照)。
日本電気株式会社、「データ連携ツールで経営/IT課題を解決する」、[平成24年2月7日検索]、インターネット〈URL:http://www.atmarkit.co.jp/ad/nec/dcoord/dcoord01.html〉
上記のようなシステムでは、データ更新処理頻度が高くなると、データベースの差分情報を記憶するために必要な記憶領域が肥大化してしまうという課題がある。
本発明は、上述した従来の技術に鑑み、データベースの差分情報を記憶するために必要な記憶領域の肥大化を防ぐと同時に、柔軟で効率的な記憶領域の設計を可能とする差分レプリケーションシステム、マスターデータベース装置、及びスレーブデータベース装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、第1の態様に係る発明は、差分レプリケーションシステムであって、データベースの差分情報を記憶する更新差分データファイルが含まれるマスターデータベースと、前記マスターデータベースの複製を記憶する1つ以上のスレーブデータベースとを備え、前記差分情報を記憶する差分記憶領域を再利用可能な構造とし、前記差分記憶領域とデータベースの新旧判断可能な一意の識別子であるマスター状態インデックスを前記1つ以上のスレーブデータベースで共有し、前記マスターデータベースは、前記1つのスレーブデータベースとの非同期を検出したことを契機に前記マスター状態インデックスを更新し、前記更新差分データファイルに追加し、前記スレーブデータベースから前記マスターデータベースに対して送信されたマスター状態インデックスが前記マスターデータベースが記憶している最古のマスター状態インデックスである差分利用可能番号と同等あるいは新しければ差分レプリケーション可能と判断して差分データのみを前記スレーブデータベースへ送信し、古ければ差分レプリケーション不可能と判断して全データを前記スレーブデータベースへ送信することを要旨とする。
の態様に係る発明は、第1の態様に係る発明において、前記スレーブデータベースから前記マスターデータベースに対して送信されたスレーブデータベースIDを前記マスターデータベースが記憶していれば差分レプリケーション可能、記憶していなければ差分レプリケーション不可能と判断することを要旨とする。
上記目的を達成するため、第の態様に係る発明は、マスターデータベース装置であって、第1または第2の態様に係るマスターデータベースを備えることを要旨とする。
上記目的を達成するため、第の態様に係る発明は、スレーブデータベース装置であって、第1または第2の態様に係るスレーブデータベースを備えることを要旨とする。
本発明によれば、データベースの差分情報を記憶するために必要な記憶領域の肥大化を防ぐと同時に、柔軟で効率的な記憶領域の設計を可能とする差分レプリケーションシステム、マスターデータベース装置、及びスレーブデータベース装置を提供することができる。
実施の形態1における差分レプリケーションシステムの一例を示す構成図である。 実施の形態1における非同期検出の説明図である。 実施の形態1における基準状態(同期状態)の説明図である。 実施の形態1におけるスレーブデータベースAとの非同期検出の説明図である。 実施の形態1におけるデータ更新(SO投入)の説明図である。 実施の形態1におけるスレーブデータベースBとの非同期検出の説明図である。 実施の形態1におけるデータ更新(SO投入)の説明図である。 実施の形態1におけるデータ更新(更新差分データファイルの循環利用)の説明図である。 実施の形態1におけるスレーブデータベースAの非同期状態からの復旧の説明図である。 実施の形態1におけるスレーブデータベースBの非同期状態からの復旧の説明図である。 実施の形態1における同期状態への復旧の説明図である。 実施の形態2におけるスレーブデータベースAとの非同期検出の説明図である。 実施の形態2におけるデータ更新(SO投入)の説明図である。 実施の形態2におけるスレーブデータベースBとの非同期検出の説明図である。 実施の形態2におけるデータ更新(SO投入)の説明図である。 実施の形態2におけるスレーブデータベースAの非同期状態からの復旧の説明図である。 実施の形態2におけるスレーブデータベースBの非同期状態からの復旧の説明図である。 実施の形態2における同期状態への復旧の説明図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1における差分レプリケーションシステムの一例を示す構成図である。この差分レプリケーションシステムは、マスターデータベース11/スレーブデータベースA,B,…,n間での記憶データの非同期状態を解消し、同期を取るために用いるデータベースの差分情報を再利用可能とする。具体的には、図1に示すように、マスターデータベース装置10と複数のスレーブデータベースA,B,…,nとがネットワーク等を介して接続されている。スレーブデータベース装置20A,20B,…,20nの数は1つ以上であればよい。以下、個々のスレーブデータベース装置20A,20B,…,20nを特に区別しない場合は「スレーブデータベース装置20」と記載する。
マスターデータベース装置10は、マスターデータベース11、通信制御部、SO制御部等を備えている。図1では、マスターデータベース11以外は省略している。マスターデータベース11には、データベースの差分情報(更新差分データ)等を記憶する更新差分データファイル12と、サービスオーダー(SO)を記憶するジャーナル13とが含まれる。更新差分データファイル12は、例えばリングバッファ等であり、再利用可能な構造となっている。スレーブデータベース装置20A,20B,…,20nは、それぞれ、マスターデータベース11の複製を記憶するスレーブデータベースA,B,…,nを備えている。
ホスト30は、マスターデータベース装置10にSOを通じて各種の要求(データ追加/データ削除/データ更新)をする。マスターデータベース装置10は、当該SOによって変更されるデータについてスレーブデータベース装置20A,20B,…,20nにデータ複製要求をする。そして、スレーブデータベース装置20A,20B,…,20nより正常応答があれば、データが複製されたと判断する。その後、更新差分データを更新差分データファイル12に、あるいはSOをジャーナル13に記憶する。この際、マスターデータベース装置10は、非同期状態にあるスレーブデータベースの検出を契機に、更新差分データファイル12あるいはジャーナル13への記憶を開始してもよい。本過程をへてマスターデータベース装置10とスレーブデータベース装置20間でデータが完全に複製された状態を同期状態と呼ぶ。
マスターデータベース装置10/スレーブデータベース装置20間が同期状態ではないと判断する手法は複数ある。例えば、マスターデータベース装置10がスレーブデータベース装置20との通信状態断絶を検出した場合、同期状態ではないと判断する手法がある。また、図2に示すように、スレーブデータベース装置20からデータ複製要求に対する正常な応答がなかった場合、同期状態ではないと判断する手法もある。このような同期状態でない状態を非同期状態と呼ぶ。
以下、実施の形態1における差分レプリケーションの手順を説明する。
まず、マスターデータベース11とスレーブデータベースA、マスターデータベース11とスレーブデータベースBが同期状態にある場合の手順を説明する。この状態では、それぞれのデータベースが記憶するデータは同一である。マスターデータベース11は、マスター状態インデックスを自身へ割当て記憶する。マスター状態インデックスとは、新旧を判断可能な一意な識別子であり、具体的には、マスター番号や基準時刻(現在時刻)Tx等である。マスター番号は、例えば1,2,3,…等の連続番号である。基準時刻Txとして時系列を表す情報を利用することも可能である。マスターデータベース11は、更新差分データファイル12にマスター状態インデックスを追加する。ジャーナル13にSOを記憶する場合も同様の処理を行う。同時に、同期状態にあるスレーブデータベースとマスター状態インデックスを共有する。すなわち、各スレーブデータベースA,B,…,nはマスター状態インデックスを記憶するようになっている。
マスターデータベース装置10は、図3に示すように、マスター状態インデックスを記憶している場合、ホスト30からSOが投入されると、更新差分データファイル12あるいはジャーナル13への記憶を開始する。この際、非同期状態にあるスレーブデータベースの検出を契機に、更新差分データファイル12あるいはジャーナル13への記憶を開始してもよい。以降、更新差分データファイル12への更新差分データの記憶動作は、基本的にジャーナル13へのSOの記憶動作とすることも可能とする。
次に、図4を用いて、マスターデータベース11とスレーブデータベースAとの同期がとれなくなった場合の手順を説明する。この状態では、マスターデータベース11とスレーブデータベースA,Bとが記憶するデータは同一であるとする。マスターデータベース11は、マスター状態インデックスを更新し、同期状態にあるスレーブデータベースBとマスター状態インデックスを共有する。また、更新差分データファイル12にマスター状態インデックスを追加する。さらに、更新差分データファイル12にマスター状態インデックスを記憶している場合は、更新前の直近のマスター状態インデックスを別途記憶しておき、それを差分利用可能番号と呼ぶ。この例では、更新前の直近のマスター状態インデックスはマスター番号(1)であるため、このマスター番号(1)が差分利用可能番号となる。その後、マスターデータベース装置10は、図5に示すように、ホスト30からデータa,bに関するSOが投入されると、マスターデータベース11に加えて更新差分データファイル12へ更新差分データを記憶する。
このように、マスターデータベース11は、同期状態にあるスレーブデータベースBとのみマスター状態インデックスを共有するようになっている。このようにすれば、各データベースの記憶するマスター状態インデックスの新旧を比較することで、各データベースの新旧が判別可能となる。
次に、図6を用いて、マスターデータベース11とスレーブデータベースBとの同期がとれなくなった場合について説明する。マスターデータベース11は、マスター状態インデックスを更新し、更新差分データファイル12にマスター状態インデックスを追加する。同時に、同期状態にあるその他のスレーブデータベースとマスター状態インデックスを共有する。
マスターデータベース装置10は、ホスト30からデータ更新を要求するSOが投入されると、その更新差分データをマスターデータベース11に加えて更新差分データファイル12へも記憶する。図7に示すように、SOを記憶する形式でなく更新差分データを記憶する形式では、以前に追加したデータと同レコードへのSOであれば、更新差分データファイル12にデータaを追加記憶しなくてもよい。SOを記憶する形式では、一律SOを記憶する。
マスターデータベース装置10は、ホスト30から追加でデータ更新を要求するSOが投入されると、その更新差分データをマスターデータベース11に加えて更新差分データファイル12へも記憶する。その際、更新差分データファイル12の記憶容量の限界に達していた場合は、最古の記憶から順に上書きする。図8に示すように、マスター状態インデックスにマスター番号を用いている場合は、この時点の最古のマスター番号(2)を差分利用可能番号として記憶する。
次に、図9を用いて、スレーブデータベースAが復旧してマスターデータベース11との同期状態への復帰を試行する場合の手順を説明する。スレーブデータベースAは、マスターデータベース11にレプリケーション要求を送信する時、自身が記憶していたマスター状態インデックスをマスターデータベース11に送信する。マスターデータベース11は、マスター状態インデックスとしてマスター番号を受信した場合、更新差分データファイル12の検索を行わず、自身が記憶する差分利用可能番号と比較する。そして、受信したマスター番号が差分利用可能番号より古い場合は差分レプリケーションの実施が不可と判断し、全件データをスレーブデータベースAに送信する。マスターデータベース11は、スレーブデータベースAからマスター状態インデックスとして基準時刻Txを受信した場合、受信した基準時刻Txと更新差分データファイル12中の最古の基準時刻Txと比較する。そして、受信した基準時刻Txが最古の基準時刻Txより古い場合は前述と同様の判断を行う。
次に、図10を用いて、スレーブデータベースBが復旧してマスターデータベース11との同期状態への復帰を試行する場合の手順を説明する。スレーブデータベースBは、マスターデータベース11にレプリケーション要求を送信する時、自身が記憶していたマスター状態インデックスをマスターデータベース11に送信する。マスターデータベース11は、マスター状態インデックスとしてマスター番号を受信した場合、更新差分データファイル12の検索を行わず、自身が記憶する差分利用可能番号と比較する。そして、受信したマスター番号が差分利用可能番号と同等あるいは新しい場合は差分レプリケーションの実施が可能と判断する。そこで、マスターデータベース装置10は、スレーブデータベースBから受信したマスター番号以降に追加された更新差分データ14を更新差分データファイル12から導出し、スレーブデータベースBに送信する。これにより、差分のみを用いたレプリケーションを実施し、同期状態とすることが可能である。マスターデータベース11は、スレーブデータベースBからマスター状態インデックスとして基準時刻Txを受信した場合、その基準時刻Tx以降に追加された更新差分データを更新差分データファイル12から導出し、同様の処理を行う。
その後、図11に示すように、マスターデータベース11とスレーブデータベースA、マスターデータベース11とスレーブデータベースBが同期状態となる。マスターデータベース11は、全てのスレーブデータベースと同期状態であると判断すると、更新差分データファイル12内の更新差分データあるいはジャーナル13内のSOを削除してもよい。
マスターデータベース11とその他のスレーブデータベースとの関係性において、マスター交代が発生した場合、新しいマスターデータベース11は、マスター状態インデックスを更新して引き継ぐ。旧マスターデータベース11が記憶していた更新差分データファイル12あるいはジャーナル13は、マスター交代時間の短縮のため引き継がない。もちろん、このような更新差分データファイル12あるいはジャーナル13を引き継ぐことも可能である。
以上のように、本実施の形態における差分レプリケーションシステムでは、データベースの差分情報を記憶するマスターデータベース11と、マスターデータベース11の複製を記憶するスレーブデータベースA,B,…,nとを備えている。そして、データベースの差分情報を記憶する更新差分データファイル12を再利用可能な構造とし、その更新差分データファイル12をスレーブデータベースA,B,…,nで共有するようにしている。これにより、データベースの差分情報を記憶するために必要な記憶領域の肥大化を防ぐと同時に、柔軟で効率的な記憶領域の設計が可能となる。
具体的には、スレーブデータベースからマスターデータベース11に対して送信されたマスター状態インデックスがマスターデータベース11が記憶している差分利用可能番号と同等あるいは新しければ差分レプリケーション可能、古ければ差分レプリケーション不可能と判断するようにしている。このように、マスター状態インデックスを採用すれば、更新差分データファイル12の検索を行わずに差分レプリケーション実施可否の判断が可能になる。また、マスター状態インデックスを採用すれば、スレーブデータベースが記憶するマスター状態インデックスの新旧から最新のデータを記憶するスレーブデータベースを判別することができる。これにより、マスターデータベース11が不在となった際に最新のデータを記憶するスレーブデータベースを元にデータベース復旧作業を行うことで、作業時間を短縮することが可能になる。
なお、ここでは、更新差分データファイル12にマスター状態インデックスを記憶することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、マスター状態インデックスを別の記憶領域に持ち、そのポインタが更新差分データファイル12の所定領域を指し示すようにしてもよい。このようにすれば、ポインタが指し示す所定領域以降に追加された更新差分データを更新差分データファイル12から導出することができる。このような構成によれば、メモリ効率を向上させることが可能である。
(実施の形態2)
以下、実施の形態2を実施の形態1と異なる点を中心に説明する。
本実施の形態におけるマスターデータベース11は、マスター状態インデックスに代えてスレーブデータベースIDを更新差分データファイル12に追加するようになっている。スレーブデータベースIDとは、スレーブデータベースA,B,…,nに一意に割り当てられるIDである。
以下、実施の形態2における差分レプリケーションの手順を説明する。
まず、図12を用いて、マスターデータベース11がスレーブデータベースAとの同期がとれなくなった場合の手順を説明する。この状態では、マスターデータベース11とスレーブデータベースA,Bとが記憶するデータは同一であるとする。マスターデータベース11は、更新差分データファイル12にスレーブデータベースAのスレーブデータベースIDを追加する。その後、マスターデータベース装置10は、図13に示すように、ホスト30からデータa,bに関するSOが投入されると、マスターデータベース11に加えて更新差分データファイル12へ更新差分データを記憶する。
次に、図14を用いて、マスターデータベース11とスレーブデータベースBとの同期がとれなくなった場合について説明する。マスターデータベース11は、更新差分データファイル12にスレーブデータベースBのスレーブデータベースIDを追加する。その後、マスターデータベース装置10は、ホスト30からデータ更新を要求するSOが投入されると、その更新差分データをマスターデータベース11に加えて更新差分データファイル12へも記憶する。図15に示すように、SOを記憶する形式ではく更新差分データを記憶する形式では、以前に追加したデータと同レコードへのSOであれば、更新差分データファイル12にデータaを追加記憶しなくてもよい。SOを記憶する形式では、一律SOを記憶する。
マスターデータベース装置10は、ホスト30から追加でデータ更新を要求するSOが投入されると、その更新差分データをマスターデータベース11に加えて更新差分データファイル12へも記憶する。その際、更新差分データファイル12の記憶容量の限界に達していた場合は、最古の記憶から順に上書きする。
次に、図16を用いて、スレーブデータベースAが復旧してマスターデータベース11との同期状態への復帰を試行する場合の手順を説明する。スレーブデータベースAは、マスターデータベース11にレプリケーション要求を送信する時、自身のスレーブデータベースIDをマスターデータベース11に送信する。マスターデータベース11は、更新差分データファイル12にスレーブデータベースAのスレーブデータベースIDがあるかどうか検索する。そして、スレーブデータベースAのスレーブデータベースIDがない場合は差分レプリケーションの実施が不可と判断し、全件データをスレーブデータベースAに送信する。
次に、図17を用いて、スレーブデータベースBが復旧してマスターデータベース11との同期状態への復帰を試行する場合の手順を説明する。スレーブデータベースBは、マスターデータベース11にレプリケーション要求を送信する時、自身のスレーブデータベースIDをマスターデータベース11に送信する。マスターデータベース11は、更新差分データファイル12にスレーブデータベースBのスレーブデータベースIDがあるかどうか検索する。そして、スレーブデータベースBのスレーブデータベースIDがある場合はスレーブデータベースBのスレーブデータベースID以降に追加された更新差分データ14を更新差分データファイル12から導出し、スレーブデータベースBに送信する。これにより、差分のみを用いたレプリケーションを実施し、同期状態とすることが可能である。
その後、図18に示すように、マスターデータベース11とスレーブデータベースA、マスターデータベース11とスレーブデータベースBが同期状態となる。更新差分データファイル12に全てのスレーブデータベースのスレーブデータベースIDがなくなり、マスターデータベース11が全てのスレーブデータベースと同期状態であると判断した場合は、更新差分データファイル12内の更新差分データあるいはジャーナル13内のSOを削除してもよい。
マスターデータベース11とその他のスレーブデータベースとの関係性において、マスター交代が発生した場合、新しいマスターデータベース11は、旧マスターデータベース11が記憶していた更新差分データファイル12あるいはジャーナル13は、マスター交代時間の短縮のため引き継がない。もちろん、このような更新差分データファイル12あるいはジャーナル13を引き継ぐことも可能である。
以上のように、本実施の形態における差分レプリケーションシステムでは、スレーブデータベースからマスターデータベース11に対して送信されたスレーブデータベースIDをマスターデータベース11が記憶していれば差分レプリケーション可能、記憶していなければ差分レプリケーション不可能と判断するようにしている。このようにすれば、実施の形態1と同様の効果に加え、マスター状態インデックスの更新や、同期状態にあるスレーブデータベースとのマスター状態インデックスの共有が不要になるという効果がある。
以下、本差分レプリケーションシステムの特徴的な部分を列挙する。
(1)マスターデータベース11は、あらかじめ一意のマスター状態インデックスを記憶する。マスター状態インデックスは、スレーブデータベースの非同期を検出した場合のようなスレーブデータベースの状態変更の際、およびマスターデータベース11が他データベースへと交代した際に更新される。マスターデータベース11は、マスター状態インデックスを更新したら、更新差分データを更新差分データファイル12に、あるいはSOをジャーナル13に記憶し、同期状態にある全てのスレーブデータベースと共有する。
(2)各データベースで記憶するマスター状態インデックスの比較により、最新のデータを記憶するデータベースの判別を行ってもよい。
(3)マスターデータベース11では、更新差分データファイル12の記憶時は、全ての更新履歴を記憶するのではなく変更が生じた更新対象レコードを記憶しておいてもよく、更新が既存更新領域と重複した場合における記憶データの重複記憶を避けてもよい。
(4)更新差分データファイル12の記憶容量あるいはジャーナル13の記憶容量を満たした場合、古い更新差分データあるいはSOから順次削除して、新たな更新差分データあるいはSOを上書きする。また、その時点で、差分レプリケーションが実施可能であるかどうかを判別可能とする。この判別を可能とするために、対象となる最古のマスター番号を差分利用可能番号として記憶するようにしてもよいし、更新差分データファイル12内のスレーブデータベースIDを検索するようにしてもよい。
(5)マスターデータベース11は、スレーブデータベースから受信したマスター状態インデックスが自身の記憶する再利用可能番号と同等あるいは新しい場合は、スレーブデータベースが非同期状態からの回復処理過程であり、更新差分データファイル12内の更新差分データあるいはジャーナル13内のSOを用いた差分レプリケーションを実施する。すなわち、差分レプリケーションが可能であると判断した場合は、レプリケーション可能な対象更新レコードから差分利用可能番号あるいは基準時刻Txを導出し、スレーブデータベースに送信する。一方、差分レプリケーションが不可であると判断した場合は、全件データをスレーブデータベースに送信する。
なお、ここでは、実施の形態1、2によって本発明を説明したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
10…マスターデータベース装置
11…マスターデータベース
12…更新差分データファイル(差分記憶領域)
20A,20B,…,20n…スレーブデータベース装置
A,B,…,n…スレーブデータベース

Claims (4)

  1. データベースの差分情報を記憶する更新差分データファイルが含まれるマスターデータベースと、
    前記マスターデータベースの複製を記憶する1つ以上のスレーブデータベースとを備え、前記差分情報を記憶する差分記憶領域を再利用可能な構造とし、前記差分記憶領域とデータベースの新旧判断可能な一意の識別子であるマスター状態インデックスを前記1つ以上のスレーブデータベースで共有し、
    前記マスターデータベースは、前記1つのスレーブデータベースとの非同期を検出したことを契機に前記マスター状態インデックスを更新し、前記更新差分データファイルに追加し、
    前記スレーブデータベースから前記マスターデータベースに対して送信されたマスター状態インデックスが前記マスターデータベースが記憶している最古のマスター状態インデックスである差分利用可能番号と同等あるいは新しければ差分レプリケーション可能と判断して差分データのみを前記スレーブデータベースへ送信し、古ければ差分レプリケーション不可能と判断して全データを前記スレーブデータベースへ送信すること
    を特徴とする差分レプリケーションシステム。
  2. 前記スレーブデータベースから前記マスターデータベースに対して送信されたスレーブデータベースIDを前記マスターデータベースが記憶していれば差分レプリケーション可能、記憶していなければ差分レプリケーション不可能と判断することを特徴とする請求項1に記載の差分レプリケーションシステム。
  3. 請求項1または2に記載のマスターデータベースを備えることを特徴とするマスターデータベース装置。
  4. 請求項1または2に記載のスレーブデータベースを備えることを特徴とするスレーブデータベース装置。
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