Replikationssysteme

Replikationssysteme umfassen Systeme zur Kopie von Informationen in zwei grundlegenden Bereichen: in der Biologie die zelluläre DNA-Replikationsmaschinerie und in der Informatik Mechanismen, mit denen Daten zwischen Knoten gespiegelt oder repliziert werden. Ziel ist Genauigkeit, Konsistenz und Verfügbarkeit.

Biologische Replikationssysteme: Die Replikation beginnt an definierten Ursprüngen (Origin of Replication). Ein Replisom aus Helicase, Primase, DNA-Polymerasen, dem Sliding Clamp und Clamp Loader koordiniert Gabelbildung und Synthese. Der Leading strand wird kontinuierlich, der Lagging strand in Okazaki-Fragmenten synthetisiert. Einzelstrang-bindende Proteine stabilisieren den Strang, Topoisomerasen lösen Überdrehungen. In Prokaryoten verläuft die Replikation bidirektional ab OriC; in Eukaryoten erfolgt sie an vielen Origins und wird durch den Zellzyklus koordiniert (Lizenzierung in G1, S-Phase). Hohe Replikationsgenauigkeit entsteht durch Proofreading der Polymerasen und Reparaturwege.

Informatik-Replikationssysteme: Ziel ist Fehlertoleranz, Verfügbarkeit und Skalierbarkeit. Topologien reichen von Master-Slave bis Multi-Master. Replikation erfolgt oft via Log-basiertes Change Data Capture oder Streaming von Transaktionslogs; Synchronität reicht von stark bis eventual. Konflikte in Multi-Master-Systemen werden durch Konfliktauflösung oder Quorum-Mechanismen adressiert. Beispiele: MySQL-Replikation, PostgreSQL Streaming Replication, MongoDB Replica Sets; verteilte Systeme wie Cassandra oder Spanner. Vorteile: Redundanz, höhere Leseleistung, Disaster Recovery; Herausforderungen: Replikationslatenz, Konsistenz-Strategien, Wartung.

Ausblick: Replikationssysteme sind zentral für Biologie und Informationsinfrastruktur, mit fortlaufenden Verbesserungen in Effizienz, Konsistenzmodellen und Sicherheit.