数据库系统体系结构讲义

分布式数据存储
• 导出分片
– 导出水平分片，分片的条件不是关系本身属性 条件，而是其它关系的属性条件。
– 如SC（S#，C#，G）按学生系别分片。
• 混合分片
– 关系按某种方式分片后，得到的片段再按另一种 方式继续分片。
– 如SC（S#，C#，G）按学生系别分片，再对每 个片段按成绩（及格，不及格）分片。
数据库系统体系结构讲义
数据库系统体系结构
• 集中式数据库系统 • Ｃ／Ｓ数据库系统 • 三层数据库系统 • 并行数据库系统 • 分布式数据库系统
数据库系统体系结构讲义
数据库系统体系结构讲义
基本定义
• 背景
银行系统
数据库系统+计算机网络
DB1 北京
计算机1
计算机1
重庆 DB1
通讯网络
数据库系统体系结构讲义
• 分片模式
每一个关系可以分为若干互不相交的部分，每一 部分称为一个片段。
• 分布模式
定义片段的存数据放库地系统点体。系结构讲义
分布式数据存储
• 数据在分布式数据库的存储途径
– 复制 系统维护关系的几个完全相同的副本，这些副本 存储在不同的结点上。
– 分片 关系被划分为几个片段，各个片段存储在不同的 结点上。
数据库系统体系结构讲义
分布式数据存储
• 分布（网络）透明性
– 分片透明性
用户或应用程序只对全局关系进行操作而不必考虑关系 的分片。如果分片模式改变了，通过调整全局模式与分
片模式之间的映象关系来保持全局模式不变。
– 位置透明性
用户或应用程序不必了解片段的存储位置。
– 局部数据模型透明性
用户或应用程序不必了解局部场地上使用的是哪种数据
计算机1
上海 DB1
基本定义
• 基本特性
– 分布性：数据存储在不同场地上。与集中式数据 库不同。
– 逻辑整体性：数据逻辑上是相互联系的一个整体。 与分散在计算机网络不同站点上的一组没有相互 联系的本地数据库区别开来。
• 定义
– 描述定义：D-DBS是一个数据集合，这些数据 在逻辑上属于同一个系统，但在物理上分布在计 算机网络的不同结点上。
数据库系统体系结构讲义
基本定义
– 精确定义： D-DBS是一个数据集合，这些数据， 分布在计算机网络的不同计算机上，网络中每个 结点具有独立处理的能力，可以执行局部应用， 同时每个结点也能通过网络通讯支持全局应用。 分布式数据库强调场地自治性（局部应用）以及 自治场地之间的协作性（全局应用）。 “在自治的结点之间协同工作”
数据库系统体系结构讲义
D-DBS的特点
• 数据独立性
D-DBS除了集中式DBS的物理独立性及逻辑独 立性，还有数据分布的独立性，也称分布透明性， 即用户不必关心数据物理位置的分布。
• 集中与自治相结合的控制结构
– 集中式DBS中，控制是集中的，统一由DBA维 护。
– D-DBS中，控制是分层的： 全局DBA：管理整个数据库 本地DBA：数管据库理系本统体地系数结构据讲库义
模型。
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分布式数据存储
• 示例：设有全局关系S，它被划分为两个片段S-A
（本科生），S-B（研究生），S-B有两个副本。
S
全局关系
S-A
S-A Site-1
S-B Site-2 S-B
S-B Site-3
数据库片系统段体系结构讲义 物理存储
分布式数据存储
写一个查询，输入学号，输出学生姓名。 ⒈系统具有分片透明性
– 复制+分片 关系被划分为几个片段，系统为每个片段维护几 个副本。 数据库系统体系结构讲义
分布式数据存储
• 数据复制
– 优点 • 可用性 • 增加并行度
– 缺点 • 一致性维护
– 结论 • 有利于只读事务，增加更新事务开销。
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分布式数据存储
• 数据分片
– 优点 将关系分片，有利于按用户需求组织数据的分布。 如产品→（内销产品，出口产品）。
– 分片方式 • 水平分片 • 垂直分片 • 导出分片 • 混合分片
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分布式数据存储
– 水平分片 将关系r按行分为若干子集r1，r2，…，rn，每个子 集ri称为一个水平片段。 一个水平片段可以看成是关系上的一个选择。 ri =P（i）（r） 如C_S=DNO=D08（S） 关系的重构可以通过并运算来实现。 r= r1 ∪r2∪…∪rn
• 全局的一致性、可串行性、可恢复性。
涉及多个结点数据。库系统体系结构讲义
D-DBS的优点
• 经济上和组织上的理由
数据库的使用单位组织上、地理上是分布的
• 既有数据库互连
历史继承；数据资源共享
• 系统规模逐步扩展
增加结点，不影响现有系统运行
• 减少通讯开销
提高应用的本地化
• 提高系统的可靠性与可用性
D-DBS的特点
• 适当增加数据冗余
– 集中式DBS中，尽可能减少数据冗余以避免不一 致性及节省存储空间。
– D-DBS中，适当增加冗余，在不同场地存储同 一数据的多个副本。
• 提高系统可靠性、可用性：一场地发生故障，可存取 另一场地同一副本。
• 提高系统性能：存取距离最近的数据副本，减少通讯 代价。
多副本机制 数据库系统体系结构讲义
G-DBMS G-DBMS
D-DBS的体系结构
G-外模式
G-外模式
G-概念模式
分片模式
分布模式
L-概念模式 L-内模式
L-概念模式 L-内模式
数据L库-D系B统体系结构讲义
L-DB
ຫໍສະໝຸດ Baidu
D-DBS的体系结构
• G-外模式
全局应用的用户视图。
• G-概念模式
定义D-DBS中数据的整体逻辑结构，数据如同 没有分布一样。
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分布式数据存储
– 垂直分片 将关系r按列分为若干属性子集r1，r2，…，rn，每 个子集ri称为一个垂直片段。 一个垂直片段可以看成是关系上的一个投影。 ri =∏Ri（r） 其中Ri是r的一个属性子集。 如P_S = ∏PNO，SAL（P） 关系的重构可以通过连接运算来实现。 r= r1 r2 … rn 所有分片都包数括据库每系个统体元系组结构的讲唯义 一标识码tuple_id。
scanf (“%s”,S_NO); EXEC SQL select SN
into ：S_NAME
from S where SNO= :S_NO; printf(“%d, %s”,S_NO,S_NAME);
数据库系统体系结构讲义
分布式数据存储
⒉系统具有位置透明性，但不具有分片透明性