第二章 分布式数据库系统体系结构
分布式数据库 标准
分布式数据库是指将数据分散存储在多个节点上的数据库系统，以提高数据访问和处理效率。
分布式数据库标准主要包括以下几个方面：
1. 分布式数据库架构：定义了分布式数据库系统的体系结构，包括节点类型、连接方式、数据复制等。
2. 数据一致性：定义了分布式数据库系统中数据一致性的概念和保证方法，包括故障恢复、数据同步、数据冲突解决等。
3. 数据访问：定义了分布式数据库系统中数据的访问方式，包括数据查询、数据更新等，以及如何实现数据的并发控制。
4. 安全性：定义了分布式数据库系统中数据的安全性要求，包括数据加密、访问控制、身份认证等。
5. 性能优化：定义了分布式数据库系统中性能优化的方法，包括数据分片、数据分区、负载均衡等。
综上所述，分布式数据库标准为分布式数据库的设计、实现和运维提供了指导和规范，有助于提高分布式数据库系统的
性能和可靠性。
常用的分布式体系结构
常用的分布式体系结构分布式体系结构是指将一个系统划分为多个相互独立的模块，并将这些模块部署在不同的计算节点上，通过消息传递或远程调用等方式进行协作，从而形成一个分布式的整体系统。
常用的分布式体系结构有以下几种：1. 客户-服务器体系结构（Client-Server Architecture）：该体系结构是最常见的一种，将系统划分为客户端和服务器端两个部分。
客户端负责发送请求并接收返回的数据，而服务器端负责处理请求并返回结果。
这种体系结构适用于对于响应时间和资源利用率要求较高的系统，如网站和应用程序。
2. 三层架构（Three-Tier Architecture）：该体系结构将系统划分为表示层、应用层和数据层三个部分。
表示层负责处理用户界面交互，应用层负责处理业务逻辑，数据层负责持久化数据。
这种体系结构可以提高系统的可维护性和可扩展性，并且可以将处理逻辑和数据逻辑分离，使得系统更加灵活。
3. 微服务架构（Microservices Architecture）：该体系结构将系统划分为多个小型的、独立的服务。
每个服务都可以独立地开发、部署和扩展，并且通过轻量级的通信机制进行协作。
这种体系结构可以提高系统的可伸缩性和可灵活性，并且可以根据需求独立地进行服务的添加和修改。
4. 面向消息的体系结构（Message-Oriented Architecture）：该体系结构将系统划分为多个组件，这些组件通过消息队列进行通信。
每个组件都可以独立地生产和消费消息，从而实现了松耦合的组件之间的通信。
这种体系结构适用于异步通信和解耦系统各部分的场景，如事件驱动系统和消息传递系统。
5. 多层体系结构（Multi-Tier Architecture）：该体系结构将系统划分为多个层次，每个层次都具有不同的功能。
例如，前端层负责处理用户界面，业务逻辑层负责处理业务逻辑，数据访问层负责与数据库交互。
这种体系结构可以提高系统的可扩展性和可复用性，并且可以将不同的功能独立地进行开发、部署和测试。
分布式数据库总结(申德荣)
第一章分布式数据库系统概述一、分布式数据库的发展1、分布式数据库的发展：①集中式数据库管理系统的局限性：a.通讯瓶颈；b.响应速度。
②推动分布式数据库发展的动力：a.应用需求；b.硬件环境的发展。
二、分布式数据库系统的定义：分布式数据库系统，通俗地说，是物理上分散而逻辑上集中的数据库系统。
分布式数据库系统使用计算机网络将地理位置分散而管理和控制又需要不同程度集中的多个逻辑单位（通常是集中是数据库系统）连接起来，共同组成一个统一的数据库系统。
三、分布式数据库系统的特点：a.物理分布性：数据不是存放在一个站点上b.逻辑整体性：是与分散式数据库系统的区别c.站点自治性：是与多处理机系统的区别d.数据分布透明性e.集中与自治相结合的控制机制f.存在适当的数据冗余度g.事务管理的分布性四、分布式数据库系统的分类按局部数据库管理系统的数据模型分类：同构性（homogeneous）（分为同构同质型和同构异质型）DDBS和异构性(heterogeneous)DDBS按分布式数据库系统的全局控制系统类型分类：全局控制集中型DDBS，全局控制分散型DDBS，全局控制可变型DDBS。
五、分布式数据库中数据的独立性和分布透明性所谓数据独立性是指用户或用户程序使用分布式数据库如同使用集中式数据库那样，不必关心全局数据的分布情况，包括全局数据的逻辑分片情况、逻辑片段站点位置的分配情况，以及各站点上数据库的数据模型等。
也就是说，全局数据的逻辑分片、片段的物理位置分配，各站点数据库的数据模型等情况对用户和用户程序透明。
所以，在分布式数据库中分布独立性也称为分布透明性。
六、分布式数据库系统的体系结构、组成成分集中式数据库管理系统结构：a. DB（数据库）b. DBMS(集中式数据库管理系统)c. DBA(数据库管理员)分布式数据库管理系统（DDBMS）结构：a. LDB（局部数据库）b. GDB（全局数据库）c. LDBMS (局部数据库管理系统)d. GDBMS (全局数据库管理系统)e. LDBA（局部数据库管理员）f. GDBA (全局数据库管理员)七、分布式数据库系统的特性：1. 数据透明性：a.分布透明性b. 分片透明性c. 复制透明性2. 场地自治性：a. 设计自治性b. 通信自治性c. 执行自治性八、分布式数据库系统的优点:分布式数据库系统是在集中式数据库系统的基础上发展来的，比较分布式数据库系统与集中式数据库系统，可以发现分布是数据库系统具有下列优点：1.更适合分布式的管理与控制。
分布式数据库系统的结构的特点 数据分片技术 连接技术 范式 基本流程 MapReduce 模型
注：考生属哪种类别请划“√”（博士、在校硕士、工程硕士、师资硕士、同等学力、研究生班）√研究生考试试卷考试时间：考试科目：分布式数据库考生姓名：评卷人：考试分数：注意事项1、考前研究生将上述项目填写清楚2、字迹要清楚，保持卷面清洁3、试题、试卷一齐交监考老师4、教师将试题、试卷、成绩单，一起送研究生学院；专业课报所在院、系分布式数据库课程考试题签一、说明分布式数据库系统的结构的特点（不低于 6 个）。
(1)物理分布性(2)场地自治性(3)场地之间协作性(4)数据独立性(5)集中与自治相结合的控制机制(6)适当增加数据冗余度(7)事务管理的分布性二、分布式查询处理的查询时间如何计算，根据数据在不同的场地分布分别说明。
查询涉及多个库或者多张分表：1.排序，即多个来源的数据查询出来以后，在应用层进行排序的工作。
查出来如果是已经排序号的，则对多路进行归并排序否则就要进行一个全排序。
2.函数处理，即使用Max,Min,Sum,Count 等函数对多个数据来源的值进行相应的函数处理3.求平均值，从多个数据来源进行查询时，需要把SQL改为查询SUM和Count，然后对多个数据来源的Sum求和，count求和后，计算平均值，这是需要注意的地方。
4非排序分页，这需要看具体实现所采取的策略，是同等步长地在多个数据源上分页处理，还是同等比例地分页处理。
5排序后分页。
二、分布式数据库系统的数据分片技术有哪些？分别说明。
三种分片方式：hash方式、一致性hash、按照数据范围（range based）。
hash方式：哈希表（散列表）是最为常见的数据结构，根据记录（或者对象）的关键值将记录映射到表中的一个槽（slot），便于快速访问。
绝大多数编程语言都有对hash表的支持，如python中的dict，C++中的map，Java中的Hashtable，Lua中的table等等。
在哈希表中，最为简单的散列函数是 mod N（N为表的大小）。
《分布式数据库原理与应用》课程教案
《分布式数据库原理与应用》课程教案第一章：分布式数据库概述1.1 课程介绍介绍分布式数据库课程的基本概念、目的和意义。
1.2 分布式数据库基本概念解释分布式数据库的定义、特点和分类。
1.3 分布式数据库系统结构介绍分布式数据库系统的常见结构及其组成。
1.4 分布式数据库系统的研究和发展概述分布式数据库系统的研究背景和发展历程。
第二章：分布式数据库的体系结构2.1 分布式数据库的体系结构概述介绍分布式数据库的体系结构及其功能。
2.2 分布式数据库的体系结构类型讲解分布式数据库的体系结构类型及其特点。
2.3 分布式数据库的体系结构设计原则探讨分布式数据库的体系结构设计原则和方法。
2.4 分布式数据库的体系结构实现技术分析分布式数据库的体系结构实现技术及其应用。
第三章：分布式数据库的数据模型3.1 分布式数据库的数据模型概述解释分布式数据库的数据模型及其重要性。
3.2 分布式数据库的分布式数据模型介绍分布式数据库的分布式数据模型及其特点。
3.3 分布式数据库的分布式数据模型设计方法讲解分布式数据库的分布式数据模型设计方法及其应用。
3.4 分布式数据库的分布式数据模型实现技术分析分布式数据库的分布式数据模型实现技术及其应用。
第四章：分布式数据库的查询处理4.1 分布式数据库的查询处理概述介绍分布式数据库的查询处理及其重要性。
4.2 分布式数据库的查询处理策略讲解分布式数据库的查询处理策略及其特点。
4.3 分布式数据库的查询优化技术分析分布式数据库的查询优化技术及其应用。
4.4 分布式数据库的查询处理实现技术探讨分布式数据库的查询处理实现技术及其应用。
第五章：分布式数据库的安全性与一致性5.1 分布式数据库的安全性概述解释分布式数据库的安全性及其重要性。
5.2 分布式数据库的安全性机制介绍分布式数据库的安全性机制及其特点。
5.3 分布式数据库的一致性概述解释分布式数据库的一致性及其重要性。
5.4 分布式数据库的一致性机制讲解分布式数据库的一致性机制及其特点。
分布式数据库系统
答
P
场地A
场地B
在场地B选出红色零件的元组（10个），然后对每一 个元组逐一检查场地A，看北京供应商的装运单中是否有 这个零件装运单（若有则选出S#），每做这样一次检查 包括2次消息，共问答10次，通信时间为：
T[4]=2*10=20秒
26
查询处理和优化
策略5：
传（S#,P#）
(S)SP
P
场地A
14
分布透明性----包括分片透明性、位置透明性和局部数 据模型透明性。
分片透明性----分布透明性的最高层次。指用户或 应用程序只对全局关系进行操作而不考虑关系的分 片。当分片模式改变了，由于全局到分片模式的映 像、全局模式不变，应用程序不必改写。
位置透明性----分布透明的下一层次。指用户或应用 程序不必了解片段的场地，当存储场地改变了，由于 分片模式到分布模式的映像，应用程序不必改变。 局部数据模型透明性----用户或应用程序不必了解局 部场地上使用哪种数据模型，模型转换以及数据库语 言的转换由映像4完成。
分布式数据库系统中全局应用要涉及到两个以上结点的 数据，全局事务可能由不同场地的多个操作组成。所以应 该保证数据库的全局一致性、全局并发事务的可串行性和 系统的全局可恢复性。 当一个结点发生故障，操作失败后如何使全局事务回滚？ 如何使另一个结点撤销已执行的操作或不必再执行其他操作。
采用的技术比集中式数据库系统更复杂和困难。
•提高系统的可靠性、可用性 当某一场地出现故障时，系统可以对另一场地上的相同 副本进行操作，不至于造成整个系统的瘫痪。
•提高系统性能 系统可选择用户最近的数据副本进行操作，减少通
信代价，改善整个系统性能。
存在的问题： 冗余副本之间存在数据不一致，必须着力解决。
分布式数据库总结
%%%%%%%%%%%%%%%第一章：分布式数据库系统概述数据库：长期存储在计算机内的有组织的，可共享的相关数据的集合。
数据库管理系统：DBMS是介于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。
为用户或应用程序提供访问DB的方法，包括DB的建立、查询、更新及各种数据控制。
DBMS基于某种数据模型。
数据库系统：数据库系统（DBS）通常是指带有数据库的计算机应用系统。
包括数据库、相应的硬件、软件和各类人员。
数据库技术：数据库技术是研究数据库的结构、存储、设计、管理和使用的一门软件学科；是一门综合性较强的学科。
数据抽象：视图抽象——外模式；概念抽象——概念模式；物理抽象——内模式数据模型：数据模型三要素：数据结构；数据操作；完整性约束模式/内模式映象：该映象存在于模式与内模式之间，用于定义模式与内模式之间的对应性。
本映象一般在内模式中描述。
外模式/模式映象：该映象存在于外模式与模式之间，用于定义外模式和模式之间的对应性。
本映象一般在外模式中描述。
物理独立性：在数据库系统的三级模式结构中，存在模式/内模式的映象，当内模式发生变化时，只要修改模式/内模式的映象，就可以保持模式不变，从而保证程序与数据的物理独立性。
逻辑独立性：在数据库系统的三级模式结构中，存在外模式/模式的映象，当模式发生变化时，只要修改外模式/模式的映象，即可保持外模式不变，从而保证程序和数据的逻辑独立性。
DDBS具有如下四个基本特点：物理分布性逻辑整体性场地自治性场地之间协作性计算机网络：定义为相互联接、彼此独立的计算机系统的集合。
相互联接指两台或多台计算机通过信道互连，从而可进行通信；彼此独立则强调在网络中，计算机之间不存在明显的主从关系，即网络中的计算机不具备控制其他计算机的能力，每台计算机都具有独立的操作系统。
计算机网络的组成：通信子网和资源子网分布式数据库定义：物理上分散而逻辑上集中的系统，它使用计算机网络将地理位置分散而管理和控制又需要不同程度集中的多个逻辑单位（通常是集中式数据库系统）连接起来，共同组成一个统一的数据库系统。
数据库分布式系统的说明书
数据库分布式系统的说明书一、引言数据库分布式系统是一种基于分布式计算和存储的数据库系统，可以将数据和计算任务分散到多个节点上进行并行处理，从而提高系统的性能与可扩展性。
本文将详细介绍数据库分布式系统的原理、架构以及应用场景。
二、原理与架构1. 分布式数据存储数据库分布式系统中的数据通常被分散存储在多个节点上，每个节点负责管理一部分数据。
这样的分布方式可以提高数据的可用性和容错性，同时也增加了系统的并行处理能力。
2. 分布式数据访问为了实现对分布式存储的数据的高效访问，数据库分布式系统采用了一些常用的技术手段，如数据划分、数据复制、数据分片等。
这些技术可以提高数据的可靠性、查询效率和负载均衡能力。
3. 分布式事务处理在分布式环境下，事务处理变得更加复杂。
数据库分布式系统通过引入分布式事务协调器来协调多个节点上的事务执行，保证数据的一致性和可靠性。
4. 分布式查询与计算数据库分布式系统支持将查询和计算任务分发到多个节点上进行并行处理，从而提高系统的查询性能和计算能力。
常用的分布式查询与计算技术包括MapReduce、Spark等。
三、应用场景数据库分布式系统在许多领域都有广泛的应用，以下是几个典型的应用场景。
1. 大规模数据分析对于大规模的数据分析任务，传统的单机数据库往往无法满足性能要求。
通过将数据分散存储在多个节点上，并使用分布式查询和计算技术，可以大幅提高数据分析的效率和速度。
2. 云计算平台云计算平台需要支持大规模用户的数据存储和查询需求，因此数据库分布式系统是其基础设施之一。
通过将数据库分布在多个物理节点上，可以提供高可用性和扩展性的数据服务。
3. 实时数据处理对于实时数据处理场景，数据库分布式系统可以通过数据的并行处理和分布式计算来实现对实时数据的快速处理和分析。
这在金融、物联网等领域有着重要的应用价值。
四、总结数据库分布式系统是一个基于分布式计算和存储的数据库架构，可以提高系统的性能、可靠性和可扩展性。
分布式数据库
4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，在各层间还有相应的层间映射。这种4层模 式适用于同构型分布式数据库系统，也适用于异构型分布式数据库系统。
发展情况
分布式数据库
计算机术语
目录
01 结构模式
02 发展情况
分布式数据库系统通常使用较小的计算机系统，每台计算机可单独放在一个地方，每台计算机中都可能有 DBMS的一份完整拷贝副本，或者部分拷贝副本，并具有自己局部的数据库，位于不同地点的许多计算机通过网络 互相连接，共同组成一个完整的、全局的逻辑上集中、物理上分布的大型数据库。
2010年起，阿里巴巴、蚂蚁金服开始自主研发数据库系统OceanBase，这一系统从立项到开花结果经历了足 足五年时间。
感谢观看
分布式数据库管理系统简介
分布式数据库管理系统简介一、什么是分布式数据库：分布式数据库系统是在集中式数据库系统的基础上发展来的。
是数据库技术与网络技术结合的产物。
分布式数据库系统有两种：一种是物理上分布的，但逻辑上却是集中的。
这种分布式数据库只适宜用途比较单一的、不大的单位或部门。
另一种分布式数据库系统在物理上和逻辑上都是分布的，也就是所谓联邦式分布数据库系统。
由于组成联邦的各个子数据库系统是相对“自治”的，这种系统可以容纳多种不同用途的、差异较大的数据库，比较适宜于大范围内数据库的集成。
分布式数据库系统(DDBS)包含分布式数据库管理系统(DDBMS)和分布式数据库(DDB)。
在分布式数据库系统中，一个应用程序可以对数据库进行透明操作，数据库中的数据分别在不同的局部数据库中存储、由不同的DBMS进行管理、在不同的机器上运行、由不同的操作系统支持、被不同的通信网络连接在一起。
一个分布式数据库在逻辑上是一个统一的整体：即在用户面前为单个逻辑数据库，在物理上则是分别存储在不同的物理节点上。
一个应用程序通过网络的连接可以访问分布在不同地理位置的数据库。
它的分布性表现在数据库中的数据不是存储在同一场地。
更确切地讲，不存储在同一计算机的存储设备上。
这就是与集中式数据库的区别。
从用户的角度看，一个分布式数据库系统在逻辑上和集中式数据库系统一样，用户可以在任何一个场地执行全局应用。
就好那些数据是存储在同一台计算机上，有单个数据库管理系统(DBMS)管理一样，用户并没有什么感觉不一样。
分布式数据库中每一个数据库服务器合作地维护全局数据库的一致性。
分布式数据库系统是一个客户/服务器体系结构。
在系统中的每一台计算机称为结点。
如果一结点具有管理数据库软件，该结点称为数据库服务器。
如果一个结点为请求服务器的信息的一应用，该结点称为客户。
在ORACLE客户，执行数据库应用，可存取数据信息和与用户交互。
在服务器，执行ORACLE软件，处理对ORACLE 数据库并发、共享数据存取。
分布式数据库原理、架构与实践
分布式数据库原理、架构与实践
1 分布式数据库的概念
随着互联网应用的大规模化普及，传统的单机数据库已经无法满
足系统的高并发、高可靠性、高容量等需求，分布式数据库应运而生。
分布式数据库指将系统数据分散存放在多台服务器上，并通过网络进
行数据交换和协调，实现数据共享、负载均衡等功能的数据库。
2 分布式数据库的原理
分布式数据库的实现原理主要分为三个方面：数据分片、数据复
制和数据一致性控制。
数据分片指将数据按照一定规则划分成多个片段，存储在不同的节点上；数据复制指将数据在多个节点上进行备份，以提高系统的可靠性和可用性；数据一致性控制指各个节点之间通过
协议保证数据的读写一致性。
3 分布式数据库的架构
分布式数据库的架构可以分为两种：主从架构和P2P架构。
主从
架构中，一个节点作为主节点，向其他从节点分发数据，从节点负责
读写数据；P2P架构中，各个节点平等地共享数据，通过协作实现数据一致性。
4 分布式数据库的实践
分布式数据库在实践时需要考虑多方面的问题，例如负载均衡、
数据安全、数据备份与恢复、数据一致性控制等。
同时，分布式数据
库的性能测试也需要进行细致的规划和实施，以保证系统的稳定性和可靠性。
常用的分布式数据库包括MySQL Cluster、MongoDB、Cassandra等。
5 总结
分布式数据库的应用已经逐渐普及，具有非常重要的意义。
在实践中，需要根据应用场景选择适当的架构和实现方式，并考虑合理的性能测试和性能优化策略，以达到系统的稳定性和可靠性要求。
分布式数据库原理、架构与实践 pdf
分布式数据库原理、架构与实践 pdf1 分布式数据库的定义和特点分布式数据库是指把数据分散存储于多个计算机节点上，数据节点之间可以互相通信和协作，以便快速响应用户请求并提高数据安全性和可用性。
分布式数据库有以下几个特点：- 可扩展性：可以添加或删除节点以应对数据量增大或缩小的需求；- 数据安全性：通过多副本存储和备份策略可以防止数据丢失或损坏；- 高可用性：节点之间互相备份和协作可以确保系统的高可用性；- 高并发处理能力：多个节点可以同时处理用户请求，提高系统的并发处理能力；- 易于维护：可以通过集中和分布式管理方法来优化系统的维护效率。
2 分布式数据库的架构和组成部分分布式数据库架构包括以下三个部分：- 分布式数据存储：将数据存储在多个节点上以提高数据安全性和可用性；- 分布式数据处理：将请求分配到多个节点以提高系统的并发处理能力；- 分布式数据管理：集中或分散管理节点，以提高系统维护效率。
分布式数据库的组成部分包括以下内容：- 数据节点：存储分布式数据库的数据，可以分为主节点和备份节点；- 数据存储引擎：管理数据存储和查询请求的软件；- 数据通信机制：节点之间通信的软件或协议，如TCP/IP协议；- 数据路由器：将请求路由到指定的数据节点；- 分布式锁管理器：管理分布式锁，防止同时修改或删除同一份数据；- 监控系统和日志：用于管理集中或分布式的数据库系统，并记录操作日志。
3 分布式数据库的实践应用分布式数据库已经成为大型互联网公司和金融行业等领域的重要技术，以下是几个分布式数据库的实践案例：- Google Spanner：是Google自主研发的分布式数据库，可以同时保证数据的强一致性和高可用性，被广泛用于Google的内部应用；- MyCat：是中国自主研发的开源分布式数据库中间件，可以提供MySQL、MariaDB等数据库的访问和高可用性等功能；- Hadoop Distributed File System（HDFS）：是Apache Hadoop 生态系统的重要组成部分，是一个分布式文件系统，可以提高数据的可靠性和扩展性；- Amazon DynamoDB：是Amazon Web Services的一种NoSQL数据库，可以提供高可用性、强一致性和分布式数据存储和处理等功能。
分布式数据库体系结构
分布式数据库体系结构
分布式数据库体系结构是一种数据处理结构，它使用多个节点分布式保存，管理用户
的数据。
它有助于改善传统数据库系统的存储性能，满足高可用性、可扩展性、低延迟和
高可靠性的需求。
分布式数据库体系结构以完全装载在不同节点上的独立数据库系统的形式实现。
它的
构造主要分为四部分：数据库系统、分布式操作系统、数据库管理系统(DBMS)和应用服务器。
数据库系统存储用户的数据，提供特定的查询和数据访问功能，以及对这些数据的完
整性和一致性的保障。
用户可以访问远程的数据库服务器，实现各种复杂的数据查询，从
而实现快速的信息获取和数据处理。
分布式操作系统负责将多个分布式数据库系统连接起来，以实现高效的数据处理与通
信功能。
它内部完成将不同模型数据加密、存储和转移，并在不同数据库之间实现数据连接。
数据库管理系统(DBMS)负责管理数据库中的数据，包括数据结构的建立，数据的更新、查询，以及数据的同步等。
它还可以提供用户访问数据的安全性，以及支持高可用性，可
扩展性和可靠性等。
应用服务器提供应用订制或互联网服务等，其中将各种应用订制模块与外部系统连接，以实现与多个数据库的访问和数据同步功能。
它可以作为用户与数据库的桥梁，完成数据
的交互与控制。
分布式数据库体系结构是传统数据库系统的发展演进，可以在满足相关业务需求的同时，实现高性能的数据处理。
它不仅可以满足大规模的数据库的要求，还能支持真正的分
布式系统，是一种数据存储的有效方式。
分布式数据库系统的设计与实现
分布式数据库系统的设计与实现随着云计算和大数据技术的快速发展，分布式数据库系统成为了现代企业数据存储和处理的重要组成部分。
分布式数据库系统可以将数据分布在多个节点上，并利用并行处理和分布式计算技术实现高性能和高可用性。
本文将对分布式数据库系统的设计和实现进行详细介绍。
一、概述分布式数据库系统是由多个数据库节点组成的，每个节点可以独立处理一部分数据。
这些节点通过网络连接在一起，并通过特定的协议进行数据的共享与同步。
分布式数据库系统的设计与实现目标是提供高性能、高可用性和扩展性的数据存储和处理能力。
二、设计原则在设计和实现分布式数据库系统时，需要考虑以下几个原则：1. 数据分片：将数据按一定的规则分割成多个片，分别存储在不同的节点上。
这样可以实现数据的并行处理，提高系统的性能。
2. 数据复制：将数据复制到多个节点上，可以提高系统的可用性和容错能力。
当某个节点发生故障时，可以从其它节点获取数据，确保系统的正常运行。
3. 数据一致性：分布式数据库系统需要保证数据在不同节点之间的一致性。
可以通过多版本并发控制（MVCC）等技术来解决数据一致性的问题。
4. 数据访问优化：设计合适的数据访问策略，减少数据访问的延迟和网络通信的开销。
可以使用数据缓存、查询优化和负载均衡等技术来优化系统的性能。
三、关键技术在实现分布式数据库系统时，需要使用一些关键技术来解决各种问题。
1. 一致性协议：为了保证数据在不同节点之间的一致性，需要使用一致性协议。
常用的一致性协议包括Paxos和Raft等。
这些协议通过选举和复制等机制来实现数据的一致性。
2. 数据复制：数据复制是提高系统的可用性和容错能力的重要手段。
可以使用主从复制或多主复制等模式来进行数据复制。
3. 事务管理：分布式数据库系统需要支持事务的管理。
可以通过两阶段提交（2PC）或多阶段提交（3PC）等协议来实现分布式事务的一致性。
4. 数据分片与路由：数据分片是分布式数据库系统的核心技术之一。
分布式数据库的系统结构
29
❖重名的数据在层次结构中有不同的 路径（path），只要在数据名前加 路径名，就可以区分不同证：
❖同一系统各结点不重名， ❖同一结点用户不重名， ❖同一用户所建数据不重名。
❖ 物理上分布，逻辑上集中。
❖ 物理与逻辑上都分布。
第一种比较成熟，也比较基本，所 以我们以物理上分布，逻辑上集中类 型的分布式数据库系统为主，介绍分 布式数据库系统的一些基本原理和结 构。物理上分布，逻辑上集中的 DDBMS体系结构如下图：
1
2
❖注意： ❖ 1、 2、每个结点都有LDBMS和分布
❖这种方式与扩展集中式目录管理相比， 减少局部更新次数。
24
❖不管所用目录曾更新过与否，均指 明查询所依据的目录版本号。
❖有的系统发送子查询时不附目录版 本号。执行节点使用缓存目录时主 动与集中目录核对版本号，不对则 自动更新目录数据。
❖但有时因数据目录的更新可能引起 须重新拟定执行计划（如文件结构 的变化等）。
❖3．分布式并发控制。
❖ Distributed concurrency control
❖4、分布式恢复问题。
❖ Distributed recover problems
❖本章将讨论上述问题
13
§2.1 distribution and management of datalog
（directory）
❖数据目录只有一份，存于一个结点， 所有结点都要通过该结点访问数据目 录。
❖特点：管理简单；缺点：数据目录是 频繁访问的对象，通信开销大，容易 形成系统瓶颈，效率下降。
17
❖注意管理集中目录的计算机工作 方式是文件服务器而非c/s方式。
分布式数据库系统.
9.2.3 分布透明性
分布（网络）透明性
分片透明性（全局视图和分片视图之间）
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（分片视图和分配视图之间）
用户或应用程序不必了解片段的存储位置。
where DNO=DNUMBER
分布式查询处理
传送时间T=总传输延迟+总数据量/传输速度
⒈把关系EMPLOYEE和DEPARTMENT分布从场地1和场地2传 到场地3，然后在场地3站进行查询 传送时间T=(104 100 +100 35 )/104=100s
1
3
2
分布式查询处理
⒉把关系EMPLOYEE传送到场地2，在场地2作联接， 再把操作结构从场地2传到场地3：
1、与集中式DB相比，分布式DB具有（）特点，与分 散式DB相比，又具有（）特点。
2、区别系统是分散式还是分布式就是判定系统是否 支持（）.
3、在分布式DB中，用户看到的系统如同一个集中式 DBS，这是因为分布式系统具有（）和（）特点。
4、如果各个场地都采用同类型数据模型，但DBMS不 同型号，这种系统属于（）型DBMS.
9.1 分布式数据库系统概述
与集中式数据库相比，分布式DB具有： 数据分布式的特点。
与分散式数据库相比，分布式DB具有： 逻辑整体性的特点。
9.1.2 分布式数据库系统的定义
背景
数据库系统+计算机网络
T1
T2 计算机2
T3 DB1
DB1 T1
计算机1 T2 T3
通讯网络
T1 计算机3 T2
第二章CIMS体系结构及系统设计方法
第二章CIMS体系结构及系统设计方 法
第二章 CIMS体系结构及系统设计方法
2.4 CIMS系统设计方法
2.4.3 系统功能模型（IDEF0）
2. 怎样画IDEF0图
（1）建立一张数据表，列出在父图范围内首先想到 的一些活动；
（2）对作用在数据上的活动进行命名，用盒子将活 动名包围起来；
2.2 CIMS支撑环境（网络数据库）组成
支撑环境——网络组成：
服务器、光纤、交换机、网关、网桥、路由器、通信协议 等软硬件构成
支撑环境——数据库：
DB2、ORACLE、SYBASE、IMFOMIX、SQL-SEVER分 布式数据库，可以通过浏览器等多种方式对数据库进行访问
第二章CIMS体系结构及系统设计方 法
2.4 CIMS系统设计方法
2.4.2事件驱动的过程链模型（EPC）
其他元素：控制流、逻辑操作符、信息对象、组织单元。
控制流：连接功能与事件的有向弧，用以表示过程的控制逻辑。 逻辑操作符：用来实现控制流的分支与汇合，主要包括与、或、
异或三类简单的逻辑操作。 信息对象：完成功能时所需要的数据信息，它们既可以作为功能
第二章CIMS体系结构及 系统设计方法
2020/12/9
第二章CIMS体系结构及系统设计方 法
第二章 CIMS体系结构及系统设计方法
2.1 CIMS的体系结构 2.2 CIMS支撑环境（网络数据库）组成 2.3 CIMS分系统组成与体系结构 2.4 CIMS系统设计方法
武汉科技大学 机械自动化 学院 工业工程系
第二章CIMS体系结构及系统设计方 法
第二章CIMS体系结构及系统设计方 法
第二章CIMS体系结构及系统设计方 法
分布式数据库考试题目-共5题
1.分布式数据库有哪些体系结构及含义分布式数据库分布式数据库系统中的数据是分布存放在计算机网络的不同场地的计算机中，每一场地都有自治处理（独立处理）能力并能完成局部应用。
当今流行的数据库系统的体系结构典型的是客户端/服务器模式，客户端为用户提供数据操作接口，服务器为用户提供数据处理功能，分布式数据库系统从功能层次可以划分为C/S结构，若从场地能力划分，又类似于对等性结构，因为个节点功能平等。
1）基于客户端/服务器端（C/S）的体系结构C/S结构的基本原则是将计算机应用任务分解成多个子任务，由多台计算机分工完成，即“功能分布”原则。
客户机完成数据处理、数据表示、用户接口等功能。
服务器完成DBMS的核心功能。
应用处理器(AP)：用于完成分布数据处理的软件，如：处理访问多个场地的请求，查询全局字典中分布信息等。
数据处理器(DP)：负责进行数据管理的软件，类似于一个集中式数据库管理系统（DBMS）通信管理器(CM)：负责为AP和DP在多个场地之间传送命令和数据。
2）基于“中间件”的C/S结构传统的c/s结构是由全局事物管理统一协调和调度事物的执行，属于紧耦模式，导致系统复杂度高，资源利用率低，为此目前的分布式数据库系统均采用基于“中间件”的C/S结构，由中间件实现桥接C/S的功能，使C/S 之间具有松散的耦合模式2.分布式数据库系统，有几类：多数据库集成系统，对等数据库系统。
描述一下多数据库系统（MDB）：MDBS 是在己经存在的数据库系统(称为局部数据库系统:LDBs) 之上为用户提供一个统一的存取数据的环境。
是指若干相关数据库的集合。
各个数据库可以存在同一场地，也可分布多个场地。
在多数据库系统中，不是所有子事务的成功或失败都影响全局事务的执行结果，多数据库事务中的部分结果也可被其它事务引用。
多数据库系统中，需要松弛型事务(relaxed transaction)；事务是长事务（long transaction，目标是要实现对多副本的全局数据的并发操作，同时，要保证数据的一致性和局部场地的自治性。
(徐俊刚)分布式数据库系统及其应用课后习题及答案
第一章分布式数据库系统概述1.1请用自己的语言定义下列分布式数据库系统中的术语：（1）全局/局部数据：（详见课本第9页所谓的局部数据是指……；所谓的全局数据是指……）（2）全局/局部用户（应用）：（3）全局/局部DBMS：（4）全局/局部DB：（5）全局外模式：（详见课本第13页）由全局用户视图组成，是全局概念模式的子集。
（6）全局概念模式：（详见课本第13页）定义分布式数据库系统中所有数据的整体逻辑结构，是全局应用的公共数据视图。
（7）分片模式：（详见课本第13页）是全局数据整体逻辑结构分割后的局部逻辑结构，是DDBS 的全局数据的逻辑划分视图.（8）分配模式：（详见课本第13页）用于根据选定的数据总体分配方案，定义各片段的物理存放地点.（9）局部概念模式：（详见课本第13-14页）是全局概念模式被分片和分配到局部场地上的映像的逻辑结构及特征的描述，是全局概念模式的子集。
其逻辑结构与局部DBMS所支持的数据模型有关，当全局数据模型与局部数据模型不同时，局部概念模式还应包括数据模型转换的描述。
（10）局部内模式：描述局部概念模式涉及的数据在局部DBMS中的物理结构及物理存储细节，完全与非分布式系统相同。
1.2采用分布式数据库系统的主要原因是什么？（P1）1.3分布式数据库系统可分为哪些类？（课件第1章4.2。
课本P6，7，8）1.4什么是分布式数据库系统？它具有哪些主要特点？怎么样区别分布式数据库系统与只提供远程数据访问功能的网络数据库系统？（分布式数据库系统的定义、特点详见课件第1章4.1.课本P6）1.5分布式DBMS具有哪些集中式DBMS不具备的功能？（课件第1章5.5附加功能。
课本P15）1.6用自己的语言解析“什么时候需要进行数据分片和数据复制”？（课本第10,11页）1.7在分布式数据库系统中，为什么要对数据进行分片？什么是关系的片段？关系的片段有哪些主要类型？（课本第9-10页。
数据分片是指数据存放单位不是全部关系，而是关系的一个片段。
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LIS1
LIS2
LIS3
第二章 分布式数据库系统体系结构
MDBS (多库数据库系统)System responses
MDBS 的组件结构
USER
User requests
第二章 分布式数据库系统体系结构
MDBS（多库数据库系统）
具有全局概念模式的模型
GES1 LES11 LES12 LES13 GES2 GCS GES3 LESn1 LESn2 LESnm
LCS1 LIS1
LCSn LISn
第二章 分布式数据库系统体系结构
MDBS （多库数据库系统）
没有全局概念模式的模型
求委员会 基于功能 基于组件 基于数据 最早的是基于数据组织ANSI/SPARC Architecture（external view, conceptual view， internal view, ）的三级模式结构
第二章 分布式数据库系统体系结构
应用处理器(AP) 用于完成分布数 系统结构 据处理的软件， 如：处理访问多 基于层次的DBMS系统结构 个场地的请求， 用户 用户 用户 客户端软件 查询全局字典中 AP AP AP 分布信息等。
第二章 分布式数据库系统体系结构
模式结构
局部概念视图（LCS）：局部概念模式为局部概念视图，是全局概 念模式的子集。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。 局部内模式定义局部物理视图，是对物理数据库的描述，类似集中数 据库的内层。
通常，分布式数据库系统是自上而下（top-down）地 设计数据库，可灵活地进行分片和分配设计。用户可得 益于其“集中控制”和数据库系统具有的数据处理能力。 但分布式数据库系统具有数据库组件数量的限制，通常 不多于数十个数据库组件。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
数据集成系统通过约束数据管理能力（只支持只读）， 可将数据库组件数量扩展到数百个。在数据集成系统中， 通常数据和数据库已存在，是遵循自下而上（bottomup）地集成各局部场地上的数据。
全局用户 MDBMS 局部用户 LDBMS1 DB1 …… LDBMSn DBn 局部用户
多数据库系统逻辑结构
第二章 分布式数据库系统体系结构
数据集成系统
DDB 和 MDB的不同
MDB：本地数据管理器（data manager ）都 是完备的DBMS，具有它自己的DDL, DML和 TM。 DDB：只有一个数据管理器和依赖于该管理 器的存在于各局部场地上组件数据管理器 （component-data-manager）。
局部模式
查询优化
存取路径
优化的局部查询
第二章 分布式数据库系统体系结构
MDBS （多库数据库系统）
多数据库事务管理的系统结构
全局事务 管理 (GTM) 全局事务 管理 (GTM)
第二章 分布式数据库系统体系结构
组件结构
DP功能 局部查询处理：实现全局命令到局部命令的转换；访问 路径选择器，选择最好的路径执行。 局部恢复管理器： 维护本地数据库一致性的故障恢复。 运行支持处理器（存储管理器）：按调度命令访问数据 库；控制数据库缓存管理器；返回局部执行结果；保证子 事务执行的正确性。 局部事务管理器：以局部子事务为单位调度执行，保证 子事务执行的正确性。 局部调度管理器：负责局部场地上的并发控制，按可串 行化调度和执行数据操作。
第二章 分布式数据库系统体系结构
模式结构
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： 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。
全局 外层 全局概 念层 ES1 ES2 …… ESn 全局模式 分片模式 GCS 映射 映射模式 分配模式
局部 LCS1 概念层 局部 内层 LIS1
§2.2 系统结构
不同系统的系统结构图
AP
DP
a. 集中库
第二章 分布式数据库系统体系结构
系统结构
不同系统的系统结构图
AP DP
AP
b. 多客户/单服务器(c/s)
第二章 分布式数据库系统体系结构
系统结构
不同系统的系统结构图
AP DP
AP
b. 多客户/单服务器(c/s)
第二章 分布式数据库系统体系结构
Multi-DBMS Layer Query DBMS Processor Transaction Manager Scheduler Recovery Manager … Query DBMS Processor Transaction Manager Scheduler Recovery Manager Runtime Support Processor
第二章 分布式数据库系统体系结构
数据库集成系统
数据库集成的模式结构
全局概念模式 模 式 集 成
集成器
局部集成模式(LIS1) …… 局部集成模式(LISn) 翻译器1 局部模式(LS1)
……
……
翻译器n 局部模式(LSn)
模 式 翻 译
第二章 分布式数据库系统体系结构
数据库集成系统
多数据库系统（MDB） MDBS 是在己经存在的数据库系统 (称为局部数据库系 统:LDBs) 之上为用户提供一个统一的存取数据的环境。
数据库
数据库
第二章 分布式数据库系统体系结构
MDBS （多库数据库系统）
多数据库查询处理信息
控制场地 查询分裂 一个场地上一个 数据库的子查询
数据定位信息
每个场地上的多 数据库管理层
分片 多数据库上 的子查询 翻译 局部数据库系 统处理的查询
数据目录信息
辅助库
局部数据库系统
局部查询分解 代数查询
LCS2
LCSn
局部模式
LIS2 LISn
局部模式
ES ： 全 局 模 式 GCS ： 全 局 概 念 模 式 LCS：局部概念模式 LIS：局部内模式
第二章 分布式数据库系统体系结构
模式结构
全局模式或外模式（ES）:全局外模式即全局用户视图，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。 全局概念模式（GCS）: 全局概念模式即全局概念视图，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 库中的概念模式一样，是对数据库全体的描述。全局概念模式再经过 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片段。 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。
Runtime Support Processor
第二章 分布式数据库系统体系结构
MDBS （多库数据库系统）
一种多数据库系统的实现结构
用户
请求 多数据库 管理层 系统层 回答 全局字典 管理器 全局目录 多数据库查询处理器
多数据库事务管理器
多数据库操作执行器
Internet
局部系统层 数据库管理系统 …… 数据库管理系统
AP
系统结构
不同系统的系统结构图
AP AP
DP
DP
DP
DP
c. 多客户/多服务器 (mc/ms)
第二章 分布式数据库系统体系结构
§2.2 系统结构
不同系统的系统结构图
AP AP
DP
DP
d. 服务器结构
系统结构
不同系统的系统结构图 负载平衡监测:负责监控 数据库服务器的状态及 性能，调度依据 数据处理:负责处理从数 据库返回的数据，按一 定的方式将数据传送给 AP。 数据库管理器:负责接收 客户请求队列中的客户 请求，调用相应的驱动 程序管理器，完成相应 的数据库查询任务。 驱动程序管理器:负责调 度相应的数据库驱动程 序，实现与相应的数据 库的连接。
Local Data Manager
Local IS Processor
LD/D … … Internal DB Conceptual Transformation
Int. Storage Int. DB Transformation
第二章 分布式数据库系统体系结构
数据库集成系统
DDB 和 数据库集成系统
物理结构和逻辑结构
场地m 全局用户 DDBMS 网络 场地4
场地1
LDBMS1 …… LDBMSn
DB1
场地2
场地3
DBn
DDBS的物理结构
DDBS的逻辑结构
第二章 分布式数据库系统体系结构
系统结构
系统的体系结构（ Architecture）指按组件、组件功能 以及它们的交互作用定义系统的结构(Structure） 参考体系结构的目的 讨论的框架 American National Standards Institute, Standards Planning And Requirements 标准 Committee：美国国家标准协会的计算 DBMS 标准化 机与信息处理委员会中的标准计划与需
分布式数据库系统原理与应用
第二章 分布式数据库系统体系结构
第二章 分布式数据库系统体系结构
主要内容
物理结构和逻辑结构 体系结构 系统结构 模式结构 功能结构 数据集成系统 MDBS体系结构 P2PDBS 分布式数据库系统分类 字典信息的组织