分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

1、第11章 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)n分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，是當(dāng)前數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用最主要的一個(gè)方面。n分布式數(shù)據(jù)庫(Distributed DataBase)簡(jiǎn)記為DDB，n分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡(jiǎn)記為DDBS，n分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)簡(jiǎn)記為DDBMS。第11章 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) n11.1 集中式系統(tǒng)與分布式系統(tǒng) n11.2 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) n11.3 DDB的模式結(jié)構(gòu) n11.4 分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ) n11.5 DDBS的功能及組成 n11.6 分布式查詢處理 n11.7 客戶機(jī)/服務(wù)器系統(tǒng)（C/S） n11.8 小結(jié) n11.9 習(xí)題11.1 集中式

2、系統(tǒng)與分布式系統(tǒng) n在20世紀(jì)70-80年代，人們主要采用集中式系統(tǒng)來處理計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)。集中式系統(tǒng)主要包括單機(jī)系統(tǒng)與主從式系統(tǒng)，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)集中存放在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上。集中式系統(tǒng)隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需求的擴(kuò)深，已越來越不適應(yīng)信息處理的需要。 n集中式系統(tǒng)的不足n分布計(jì)算的方式 圖11_1 集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的工作原理n首先，系統(tǒng)規(guī)模和配置不靈活，可擴(kuò)充性和安全性差；n其次，主機(jī)瓶頸，可靠性不高；n第三，通信開銷加大，影響性能；n第四很難適應(yīng)地理分散的大型公司管理數(shù)據(jù)需要。 主機(jī)數(shù)據(jù)庫終端用戶處理結(jié)果存取請(qǐng)求分布計(jì)算的方式n分布計(jì)算就是利用分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)將分散在網(wǎng)絡(luò)各點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理起來，使

3、得網(wǎng)絡(luò)中的各結(jié)點(diǎn)都能對(duì)數(shù)據(jù)庫執(zhí)行全局應(yīng)用和局部應(yīng)用的一種計(jì)算模式。經(jīng)歷了從處理分布、數(shù)據(jù)分布到功能分布的演變過程。 n處理分布：即處理是分布的，而數(shù)據(jù)是集中的。 n數(shù)據(jù)分布：即數(shù)據(jù)物理分布在網(wǎng)絡(luò)不同結(jié)點(diǎn)上，邏輯上是整體。n功能分布：能充分實(shí)現(xiàn)功能分布的計(jì)算模式就是當(dāng)前的客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。 11.2 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) n數(shù)據(jù)庫技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物n分布式系統(tǒng)是用通信網(wǎng)絡(luò)連接起來的結(jié)點(diǎn)(亦稱為“場(chǎng)地”)的集合，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都擁有一個(gè)集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。n定義11.1 DDBS是指物理上分散邏輯上集中的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分布存放在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不同場(chǎng)地的計(jì)算機(jī)中，每一場(chǎng)地都有自治處理(即獨(dú)立處理

4、)能力并能完成局部應(yīng)用，同時(shí)，每一場(chǎng)地也能通過網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)執(zhí)行(至少一種)全局應(yīng)用。nDDBS中有兩個(gè)重要的組成部分是:分布式數(shù)據(jù)庫(DDB)和分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DDBMS)。n四個(gè)基本特點(diǎn):n(1) 物理分布性n(2) 邏輯整體性n(3) 場(chǎng)地自治性n(4) 場(chǎng)地之間協(xié)作性n四個(gè)導(dǎo)出特點(diǎn):n(5)數(shù)據(jù)獨(dú)立性n(6) 集中與自治相結(jié)合的控制機(jī)制n(7) 適當(dāng)增加數(shù)據(jù)冗余度 n(8) 事務(wù)管理的分布性 n1.優(yōu)點(diǎn):n(1)具有靈活的體系結(jié)構(gòu)。n(2)適應(yīng)分布式的管理和控制機(jī)構(gòu)。n(3)經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越。n(4)系統(tǒng)的可靠性高、可用性好。n(5)局部應(yīng)用的響應(yīng)速度快。n(6)系統(tǒng)可擴(kuò)展性好。n2

5、. DDBS的缺點(diǎn)n(1)系統(tǒng)開銷較大，主要花在通信部分。n(2)存取結(jié)構(gòu)復(fù)雜(如輔助索引、文件鏈接技術(shù))。n(3)數(shù)據(jù)的安全性和保密性較難處理。 n(1) 同構(gòu)同質(zhì)型DDBS：各個(gè)場(chǎng)地采用同一類型的數(shù)據(jù)模型(如關(guān)系型)，同一型號(hào)的DBMS。n(2) 同構(gòu)異質(zhì)型DDBS:各個(gè)場(chǎng)地采用同一類型的數(shù)據(jù)模型，但DBMS的型號(hào)不同，如DB2、Oracle、Sybase、SQL Server等。n(3) 異構(gòu)型DDBS:各個(gè)場(chǎng)地的數(shù)據(jù)模型和DDBS的型號(hào)都不同。 11.3 DDB的模式結(jié)構(gòu) n1. 全局外模式(Global External Schema)可有多個(gè)，是全局應(yīng)用的用戶視圖，是全局概念模式的

6、子集。n2. 全局概念模式(Global Conceptual Schema)系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的整體邏輯結(jié)構(gòu)，所有全局應(yīng)用的公共數(shù)據(jù)視圖n3. 分片模式(Fragmentation Schema)定義片段以及全局關(guān)系與片段之間的映像。n4. 分布模式或稱分配模式(Allocation Schema)方案有:集中式、分割式、全復(fù)制式、混合式。n5. 局部概念模式(Local Conceptual Schema)n6. 局部?jī)?nèi)模式(Local Internal Schema)n(1) 數(shù)據(jù)分片和數(shù)據(jù)分配概念的分離，形成了“數(shù)據(jù)分布獨(dú)立性”概念。n(2) 數(shù)據(jù)冗余的顯式控制。數(shù)據(jù)在各個(gè)場(chǎng)地的分配情況在分

7、配模式中一目了然，便于系統(tǒng)管理。n(3) 局部DBMS的獨(dú)立性，也稱為“局部映像透明性”。此特征允許我們?cè)诓豢紤]局部DBMS專用數(shù)據(jù)模型的情況下，研究DDB管理的有關(guān)問題。n映像1：當(dāng)全局概念模式改變時(shí)，需由DBA修改映像1，則全局外模式保持不變。體現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫邏輯獨(dú)立性。n映像2：定義全局關(guān)系與片段之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。一個(gè)片段來自一個(gè)全局關(guān)系，而一個(gè)全局關(guān)系可對(duì)應(yīng)多個(gè)片段，映像2是一對(duì)多的。n映像3：用于定義片段與網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。n映像4：用于定義存儲(chǔ)在局部場(chǎng)地的全局關(guān)系及片段與各局部概念模式的對(duì)應(yīng)關(guān)系。n映像5：用于局部概念模式到局部?jī)?nèi)模式之間，保證數(shù)據(jù)物理獨(dú)立性。11.4 分布式數(shù)據(jù)存

8、儲(chǔ) n 分布式數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以從數(shù)據(jù)分片(Data Fragmentation)和數(shù)據(jù)分布(Data Allocation)兩個(gè)角度考察。n數(shù)據(jù)分配 n(1) 水平分片n(2) 垂直分片n(3) 導(dǎo)出分片n(4) 混合分片n(1)集中式:所有數(shù)據(jù)片段都安排在同一個(gè)場(chǎng)地上。n(2)分割式:所有數(shù)據(jù)只有一份，被分割成若干邏輯片段，每個(gè)邏輯片段被分配到某一個(gè)特定的場(chǎng)地上，片段沒有副本，n(3)全復(fù)制式:數(shù)據(jù)在每個(gè)場(chǎng)地重復(fù)存儲(chǔ)，每個(gè)場(chǎng)地上都有一個(gè)完整的數(shù)據(jù)副本。n(4)混合式:介于分割式和全復(fù)制式間的分配方式。n評(píng)估因素四個(gè):存儲(chǔ)代價(jià)，可靠性，檢索代價(jià)和更新代價(jià)。 11.5 DDBS的功能及組成

9、nDDBMS是DDBS的核心。n的組成n的功能結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)GDBMSLDBMS計(jì)算機(jī)GDBMSLDBMS計(jì)算機(jī)GDBMSLDBMS局部用戶局部用戶局部用戶全局用戶全局用戶全局用戶LDD LDBGDD GDBLDD LDB網(wǎng)絡(luò)LDD LDBGDD GDBGDD GDB11.6 分布式查詢處理 n在DDBS中，數(shù)據(jù)分布在各個(gè)場(chǎng)地，因此查詢處理比集中式DBS更復(fù)雜。n查詢代價(jià)分析 n基干半聯(lián)接的優(yōu)化策略 n基于聯(lián)接的優(yōu)化策略 11.7 客戶機(jī)/服務(wù)器系統(tǒng)（C/S） n結(jié)構(gòu)的工作模式nC/S應(yīng)用程序的組成 n模式的體系結(jié)構(gòu) n結(jié)構(gòu) n系統(tǒng)的并發(fā)控制與數(shù)據(jù)一致性 客戶機(jī)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)請(qǐng)求用戶處理結(jié)果客戶

10、機(jī)的任務(wù)客戶機(jī)的任務(wù)服務(wù)器的任務(wù)服務(wù)器的任務(wù)管理用戶界面管理用戶界面接收來自客戶機(jī)的數(shù)據(jù)庫請(qǐng)求接收來自客戶機(jī)的數(shù)據(jù)庫請(qǐng)求接受用戶數(shù)據(jù)接受用戶數(shù)據(jù)處理對(duì)數(shù)據(jù)庫的請(qǐng)求處理對(duì)數(shù)據(jù)庫的請(qǐng)求處理應(yīng)用邏輯處理應(yīng)用邏輯格式化結(jié)果并傳給客戶機(jī)格式化結(jié)果并傳給客戶機(jī)生成數(shù)據(jù)庫請(qǐng)求生成數(shù)據(jù)庫請(qǐng)求進(jìn)行完整性檢查進(jìn)行完整性檢查向服務(wù)器發(fā)數(shù)據(jù)庫請(qǐng)求向服務(wù)器發(fā)數(shù)據(jù)庫請(qǐng)求維護(hù)數(shù)據(jù)字典、索引維護(hù)數(shù)據(jù)字典、索引從服務(wù)器接受結(jié)果從服務(wù)器接受結(jié)果處理數(shù)據(jù)恢復(fù)處理數(shù)據(jù)恢復(fù)格式化結(jié)果格式化結(jié)果優(yōu)化查詢優(yōu)化查詢/更新處理更新處理應(yīng)用程序界面邏輯應(yīng)用邏輯事務(wù)邏輯數(shù)據(jù)管理GUI3GL4GLSQLOracleDB2終端DBClient端Ser

11、ver端客戶機(jī)l服務(wù)器DB用戶中間件客戶機(jī)l客戶機(jī)n服務(wù)器DB第二層用戶第一層用戶客戶機(jī)l客戶機(jī)n應(yīng)用服務(wù)器DB服務(wù)器DB第一層第二層用戶第三層用戶n圖11_15 多層C/S結(jié)構(gòu) WWW瀏覽器WWW服務(wù)器DB服務(wù)器DB用戶DB用戶WWW瀏覽器WWW服務(wù)器DB服務(wù)器中間件n圖11_14 WWW 三層C/S結(jié)構(gòu) n1C/S系統(tǒng)的并發(fā)控制nC/S系統(tǒng)提供了并行處理與并發(fā)控制功能。當(dāng)多個(gè)客戶機(jī)并行執(zhí)行時(shí)，數(shù)據(jù)庫操作以事務(wù)的形式傳送到服務(wù)器。服務(wù)器依次處理傳過來的相關(guān)事務(wù)后將結(jié)果送回到指定的客戶機(jī)上。服務(wù)器會(huì)利用封鎖機(jī)制使事務(wù)串行執(zhí)行。n2C/S系統(tǒng)的一致性控制n數(shù)據(jù)完整性約束在服務(wù)器上定義，并由服務(wù)器來檢查約束條件，方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的完整性和一致性控制。n所有對(duì)數(shù)據(jù)庫的修改、刪除和插入都將進(jìn)行完整性檢查。n特殊業(yè)務(wù)規(guī)則的完整性約束條件，可利用庫觸發(fā)器完成。 11.8 小結(jié) n分布計(jì)算概念突破了集中式DBS的框架。nDDBS是數(shù)據(jù)庫技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。nDDBS具有數(shù)據(jù)分布性和邏輯整體性的特點(diǎn)。nDDBS的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)有數(shù)據(jù)分片和數(shù)據(jù)分配兩種策略。DDBS能夠支持涉及多個(gè)場(chǎng)地的全局應(yīng)用。n分布透明性是DDBS追求的目標(biāo)。nC/S系統(tǒng)是當(dāng)前DBS的主流結(jié)構(gòu)。n C/S結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從兩層、三層到多層的演變過程。11.9 習(xí)題n11.1名詞解釋：處理分布、數(shù)據(jù)