Analiza arhitecturilor software utilizate în sistemele cu baze de date distribuite

Abstract

Lucrarea de master „Analiza arhitecturilor software utilizate în sistemele cu baze de date distribuite”, cu un număr total de 60 de pagini, abordează modul în care tipurile de arhitecturi software influențează performanța, consistența și scalabilitatea sistemelor ce gestionează date distribuite. Scopul este de a evidenția relația dintre proiectarea arhitecturală și mecanismele de administrare a datelor în medii distribuite, propunând o perspectivă integrată pentru dezvoltarea aplicațiilor moderne. Problema studiată pornește de la necesitatea actuală a aplicațiilor de a gestiona volume mari de date în timp real, în contexte distribuite. Arhitectura software devine astfel un element esențial, deoarece determină modul în care datele sunt accesate, stocate și sincronizate pe mai multe noduri. Din acest motiv, lucrarea analizează comparativ trei modele relevante: arhitectura monolitică, modulară și bazată pe microservicii, evidențiind avantajele și limitările fiecăreia în relație cu bazele de date distribuite. Structura lucrării este organizată în cinci capitole: arhitecturile software; baze de date distribuite; arhitecturile în contextul bazelor de date distribuite; analiza sistemelor reale cu baze de date distribuite în funcție de arhitectură; recomandări și direcții de dezvoltare. La început sunt prezentate noțiunile fundamentale legate de arhitecturile software, fiind evidențiate caracteristicile, avantajele și limitările modelelor monolitic, modular și bazat pe microservicii. Ulterior, cercetarea abordează bazele de date distribuite și mecanismele lor interne, precum replicarea, fragmentarea și sincronizarea datelor între noduri, subliniind necesitatea unei proiectări corecte ab initio pentru a evita blocaje și costuri ridicate de întreținere. Pornind de la aceste fundamente teoretice, lucrarea analizează interacțiunea dintre arhitecturi și baze de date distribuite, explicând modul în care organizarea componentelor software influențează timpii de răspuns, consistența tranzacțională și costurile de scalare. În continuare, sunt prezentate studii de caz aplicate pe trei sisteme reale – WhatsApp, Netflix și Shopify – într-un demers comparativ ce explorează relația dintre arhitectură, tipurile de baze de date folosite și strategiile de optimizare a performanței. Pe baza rezultatelor practice și a concluziilor teoretice, este propus un model arhitectural hibrid, construit în jurul unui nucleu modular tranzacțional și extins prin servicii auxiliare scalabile independent. Acest model urmărește păstrarea consistenței acolo unde este esențială, permițând în același timp extinderea graduală a sistemului și integrarea unor funcționalități noi fără rescrierea întregii aplicații. Astfel, lucrarea oferă o viziune unitară asupra modului în care arhitecturile software pot fi adaptate pentru a susține volume mari de date distribuite, demonstrând că soluțiile eficiente apar la intersecția dintre proiectarea modulară, flexibilitatea microserviciilor și garanțiile tranzacționale ale bazelor distribuite moderne.

The master's thesis "Analysis of software architectures used in distributed database systems", with a total of 60 pages, addresses how the types of software architectures influence the performance, consistency and scalability of systems that manage distributed data. The goal is to highlight the relationship between architectural design and data management mechanisms in distributed environments, proposing an integrated perspective for the development of modern applications. The problem studied starts from the current need for applications to manage large volumes of data in real time, in distributed contexts. Software architecture thus becomes an essential element, because it determines how data is accessed, stored and synchronized across multiple nodes. For this reason, the paper comparatively analyzes three relevant models: monolithic, modular and microservices-based architecture, highlighting the advantages and limitations of each in relation to distributed databases. The structure of the paper is organized into five chapters: - software architectures; - - - - distributed databases; architectures in the context of distributed databases; analysis of real systems with distributed databases according to architecture; recommendations and development directions. At the beginning, the fundamental notions related to software architectures are presented, highlighting the characteristics, advantages and limitations of monolithic, modular and microservices-based models. Subsequently, the research addresses distributed databases and their internal mechanisms, such as replication, fragmentation and data synchronization between nodes, emphasizing the need for a correct ab initio design to avoid bottlenecks and high maintenance costs. Starting from these theoretical foundations, the paper analyzes the interaction between architectures and distributed databases, explaining how the organization of software components influences response times, transactional consistency and scaling costs. Next, case studies applied to three real systems are presented – WhatsApp, Netflix and Shopify – in a comparative approach that explores the relationship between architecture, types of databases used and performance optimization strategies. Based on practical results and theoretical conclusions, a hybrid architectural model is proposed, built around a modular transactional core and extended by independently scalable auxiliary services. This model aims to preserve consistency where it is essential, while allowing for gradual system expansion and the integration of new functionalities without rewriting the entire application. Thus, the paper provides a unified vision on how software architectures can be adapted to support large volumes of distributed data, demonstrating that effective solutions emerge at the intersection of modular design, the flexibility of microservices, and the transactional guarantees of modern distributed databases.