2006年考题(沈航)

沈阳航空工业学院
2006级计算机应用专业研究生
分布式数据库试题(A)
拟题人：夏秀峰审核人：试卷分数： 62份
一、(30分)概述题
1. 详细解释数据透明性和场地自治性。

（1）数据透明性：基于分布式数据库的划分层次：全局外层（用户层）、全局概念层、局部概念层和局部内层。

可知应用程序与系统实际数据组织相分离，即数据具有独立性或透明性。

具体体现在三个方面。

(1)分布透明性：全局用户看到的是全局数据模型的描述，用户如同使用集中式数据库一样，不需考虑数据的存储场地和操作的执行场地。

(2)复制透明性：分布数据库支持有控制的数据冗余，即数据可重复存储在不同的场地上，以提高系统的可用性和可靠性，加强系统处理的并行性。

复制透明性是指用户在访问DDB中的某一个数据时，无需关心数据存在的场地。

(3)分片透明性：分片是将一个关系的分成几个子关系之中的一个子关系。

根据实际需求，一个分片可能存储在不同的场地上（实际存储在场地上称片段）。

逻辑层是用户语义层，物理层是具体实现细节。

逻辑层的语义与物理层的实现分离开来，对高层系统和用户隐蔽了实现细节。

分片透明性是指即应用程序无须考虑数据分片细节，对分片的调用（分片到分段的映射）由系统自动完成。

（2）场地自治性：在分布式数据库系统中，为保证局部场地独立自主能力，分布场地具有自治性。

多个场地或节点的局部数据库在逻辑上集成为一个整体，并为分布式数据库系统的所有用户使用，这种应用称全局应用，其用户称全局用户。

分布式数据库系统允许用户只使用本地的局部数据库，该应用称局部应用，其用户为局部用户。

这种局部用户独立于全局用户的特性称局部数据库的自治性，也称场地自治性。

•设计自治性：局部数据库管理系统（LDBMS）能独立决定它自己局部库的设计。

•通信自治性：局部数据库管理系统（LDBMS）能独立决定是否和如何与其他场地的DBMSs通信。

•执行自治性：局部数据库管理系统（LDBMS）能独立决定以何种方式执行局部操作。

2. 详细说明事务的四个基本性质及其含义。

事务：事务是由若干个为完成某一任务而逻辑相关的操作组成的操作序列，是数据库上的一个执行单位。

原子性体现为：
➢事务所包含的操作要么全部完成，要么什么也没做；
➢如果事务由于故障中断执行，则部分结果必须被反做（UNDO）。

也就是说，事务的原子性保证数据库的状态总是从一个一致的状态变化到另一个一致的状态，不会
出现不一致的中间状态。

➢由于输入错误、系统过载、死锁等导致的事务废弃，而需要进行的原子性维护处理，称为事务恢复。

➢由于系统崩溃（死机、掉电）而导致事务废弃或提交结果的丢失，而进行的原子性维护处理，称为故障恢复。

对提交结果的处理，称为重做（REDO）。

一致性体现为：
➢在一致性数据库上执行事务后，数据库仍需保持为一致性的状态；
➢事务的操作不违反数据库的完整性约束；
➢事务是语义正确性的程序。

隔离性体现为：
➢保证可串行性，即并发执行的事务的结果与它们单个串行执行的结果相同；
➢没有结束的事务在提交之前不允许将其结果暴露给其它事务，防止级联废弃耐久性体现为：
➢当一个事务的结果提交后，系统保证该结果不会因以后的故障而丢失。

➢由于系统故障而导致数据库损坏而进行的恢复活动，称为数据库恢复
3. 详细说明基本两段封锁协议和严格两段封锁协议的区别及各自的工作原理。

区别：严格的两段封锁协议与基本的两段封锁协议内容基本上是一致的，只是解锁时刻不同
严格的两段封锁协议（2PL）是在事务结束时才启动解锁，保证了事务所更新数据的耐久性。

1、基本的两段封锁协议
基本的两段封锁协议的内容分两阶段，加锁阶段和解锁阶段。

具体规则描述如下：
阶段1：加锁阶段
•事务在读写一个数据项之前，必须对其加锁；
•如果该数据项被其它使用者已加上不相容的锁，则必须等待。

阶段2：解锁阶段
•事务在释放锁之后，不允许再申请其它锁；
2、严格的两段封锁协议（2PL）
采用两段封锁协议（2PC）的事务执行过程为：begin_transaction→加锁→操作→提交/废弃（commit/abort）→解锁。

提交/废弃（commit/abort）时解锁过程具体如下：
（1）对commit的处理
•释放读锁；
•写日志；
•释放写锁。

（2）对abort的处理
•释放读锁；
•(反做)undo；
•释放写锁；
4. 详细说明2PC协议。

基本的两阶段提交协议
基本的两阶段提交协议是为了实现分布式事务提交而采用的协议。

其基本内容是，把全局事务的提交分为两个阶段：
阶段1：决定阶段
由协调者向各个参与者发prepare命令，然后等待回答，若所有的参与者返回ready信息，则该事务满足提交条件。

如果至少有一个事务返回abort消息，则该事务不能提交。

阶段2：执行阶段
在事务具备提交条件的情况下，协调者向各个参与者发commit命令，各个参与者执行提交。

否则，协调者向各个参与者发出abort命令，各个参与者执行废弃，取消对数据库的修改。

各参与者返回ack确认信息，通告协调者事务执行结束。

5. 简述连接操作的两种实现算法，并简单对比两种算法的I/O代价。

二、(30分) 已知如下关系：
PAY (TITLE, SAL);
EMP (ENO, ENAME, TITLE, DNO);
DEPT (DNO, DNAME, LOC);
若具有如下要求：（1）将雇员（EMP）按照部门所在地LOC进行分场地存储，LOC分别为“上海”、“北京”或“沈阳”；(2) 工资（PAY）和部门（DEPT）存在场地“上海”。

（3）要求查询工资高于5000的雇员的信息。

请回答下列问题：
1.将以上全局关系进行分片设计（根据要求可以自行设计分片定义），写出分片定义和分片条件；
2.指出分片的类型，并分别画出分片树；
3.给出相应的分配设计；
4.给出在全局模式上的SQL查询语句，并转换成相应的关系代数表达式，画出全局查询树；
5.进行全局优化，画出优化后的全局查询树, 要求给出中间转换过程；
6.进行分片优化，画出优化后的分片查询树, 要求给出中间转换过程。

三、（20分）下面是当一个数据库系统出现故障时，日志文件中的信息； D B B D C A K B D B D A C D 根据上述log 信息，完成下面的处理：
1. 画出对应的事务并发执行图。

2. 找出发生故障时系统中的活动事务, 确定出反做和重做事务集。

3. 指出需要undo 的和redo 的数据纪录。

四、（20分）画图说明我国分布式数据库系统标准草案中给定的分布式数据库系统的四层模式结构，并详细说明每一层的具体含义。

我国分布式数据库系统标准草案中给定的抽象为四层的模式结构（见图2.4）。

四层模式划分为：全局外层、全局概念层、局部概念层和局部内层。

模式与模式之间是映射关系。

1、 全局模式（ES ）
全局模式定义全局用户视图，是分布式数据库的全局用户对分布式数据库的最高层抽象。

全局用户使用视图时，不必关心数据的分片和具体的物理分配细节。

2、 全局概念模式（GCS ）
全局概念模式定义全局概念视图，是分布式数据库的整体抽象，包含了全部数据特性和逻辑结构。

像集中式数据Crash
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库中的概念模式一样，是对数据库全体的描述。

全局概念模式经过分片模式和分配模式映射到局部模式。

分片模式是描述全局数据的逻辑划分视图。

即全局数据逻辑结构根据某种条件的划分，将全局数据逻辑结构划分为局部数据逻辑结构。

每一个逻辑划分成一个分片。

在关系数据库中，一个关系中的一个子关系称该关系的一个分片。

分配模式是描述局部数据逻辑的局部物理结构，即划分后的分片的物理分配视图。

3、局部概念视图（LCS）
局部概念模式定义局部概念视图，是全局概念模式的子集。

全局概念模式经逻辑划分后，被分配到各局部场地上，局部概念模式用于描述局部场地上的局部数据逻辑结构。

当全局数据模型与局部数据模型不同时，还涉及数据模型转换等内容。