分布式数据库设计及应用 第一章

3 分布式数据库系统的体系结构 3.1 分布式数据库系统的体系结构
全局用户 GDD GDB CM GDBMS LDBMS CM GDBMS LDBMS 全局用户 GDD GDB
网络
局部用户 LDD LDB CM LDD LDB
局部用户
全局用户
GDD GDB
GDBMS LDBMS
局部用户 LDD LDB 分布式数据库系统的体系结构
式数据库系统可以看成是计算机网络和数据库系统的有机结合。
2. 分布式数据库系统的特点 • • • • • • • 物理分布性：数据不是存放在一个站点上 逻辑整体性：是与分散式数据库系统的区别 站点自治性：是与多处理机系统的区别 数据分布透明性 集中与自治相结合 存在适当的数据冗余度 事务管理的分布性
应用 客户端服务 通信组件 应用 客户端服务 通信组件 应用 客户端服务 通信组件
通信组件 DBMS 服务
通信组件 DBMS 服务 AP AP
DP 数据库 数据库
DP
4 分布式数据库系统与客户机/服务器模式 4.6 对等客户机/服务器系统
数据库 数据库
DBMS 服务 客户端服务 应用 通信组件
DBMS 服务 客户端服务 应用 通信组件
1. 按局部DBMS的数据模型分类 • 同构型DDBS • • • 同构同质型 同构异质型
异构型DDBS
2.
按DDBS的全局控制类型分类
• • • 全局控制集中型DDBS：全局控制机制和全局数据词典位于中心站点 全局控制分散型DDBS：全局控制机制和全局数据词典分散在网络的各 个站点上。 全局控制可变型DDBS：也称主从型DDBS。分成两组站点，一组包含 全局控制机制和全局控制词典，另外一组不包含。
2 分布式数据库系统的定义和分类 2.1 分布式数据库的定义和特点
DDBMS DBMS1 DDBMS DBMS2
全局用户1 局部用户1
全局用户2 局部用户2 网络 DB1 全局用户3
DDBMS DBMS3
DB2
局部用户3
DB3
分布式数据库系统示意图
2 分布式数据库系统的定义和分类 2.2 分布式数据库的分类
•
•
数据分片独立性
数据复制独立性
2 分布式数据库系统的定义和分类 2.1 分布式数据库的定义和特点
1. 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。分布
1 分布式数据库的起源和发展 1.2 分布式数据库的发展
1. 分布式数据库发展阶段 • • • • 2. • • • • 20世纪70年代末期——产生 20世纪80年代——成长阶段 20世纪90年代——商品化应用阶段 21世纪——大规模应用阶段
分布式数据库系统的12条规则 本地自治性 不依赖于中心节点 可连续操作性 位置独立性 • • • • • • 分布式查询处理 分布式事务处理 硬件独立性 操作系统独立性 网络独立性 数据库管理系统独立性

目录维护：用于在不破坏目录模式定义的前提下，对目录信息进行分类、归并、
重构与链接。

报告生成：将目录信息以文本格式输出。
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分布式数据库目录系统的主要内容和逻辑结构
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其他非集中式数据库系统
6.2 多数据库系统的逻辑结构
全局用户
多数据库系统
局部 用户
局部数据库 系统1
局部数据 库系统2
局部 用户
DB1
DB2
6
其他非集中式数据库系统
用户 多数据库用户接口
6.2 多数据库系统的组件结构
查询分析器
DBMS
查询分析器
Biblioteka Baidu
DBMS
查询处理器
查询处理器
存储管理器
存储管理器
恢复管理 器 全局执行监控器
6
其他非集中式数据库系统
6.1 对等数据库系统
(a) (c)
(b)
（a）纯粹分布式P2P系统结构 （b）集中目录分布式P2P系统结构 （c）混合式分布式P2P系统结构
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其他非集中式数据库系统
6.2 多数据库系统
多数据库系统（Multi-Database Systems，MDBS）是多个已存在的、自治 的、异构的数据库系统的联合。 参与构成多数据库系统的数据库系统称为局部或成员数据库系统(Local Database System，LDBS)。 多数据库系统是在己经存在的数据库系统之上为用户提供一个统一的存取 数据的环境。
恢复管理器
全局执行监控 器
数据库
数据库
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分布式数据库目录系统的主要内容和逻辑结构
7.1 分布式数据库目录系统的主要内容
分布式数据库的目录系统（Catalog System）是存放与分布式数据库系统有关的 对象和各种控制信息的场所。 主要功能包括： 全局模式描述 分片模式描述 分布模式描述 局部名映射 存取方法描述 数据库的统计信息 一致性错误 状态信息 数据表述 数据命令 系统描述
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分布式数据库目录系统的主要内容和逻辑结构
7.2 分布式数据库目录系统的主要用途
分布式数据库目录系统可与分布式数据库系统协同工作，将用户对数据的高级 查询转化为相应存储对象的低级操作，而且满足数据独立性要求。 验证用户对数据的访问权限，保证合法用户能正确而有效地访问数据库中的数 据。主要功能包括： 设计应用 翻译应用 优化处理 运行监督 系统维护
6.1 对等数据库系统
P2P模型是一种新型的体系结构模型，面向大范围的多数据资源节点的松散 耦合。 每个对等计算机地位相同，可直接互连实现各种资源的共享，不需要依赖 集中式服务器支持。 典型的P2P系统主要有以下三种结构：纯粹分布式P2P系统结构、集中目录 P2P系统结构以及混合式P2P系统结构 P2P系统的主要特点有： 每个节点均可贡献数据，系统资源具有丰富性、多样性； 可直接访问数据源中的数据资源，即时得到最新鲜的数据，不同于集 中的数据资源库，如数据仓库等； 采用自组织原则，具有健壮性； 每个节点可随时加入和退出，系统具有分散性、可扩展性； 通常以Web上的资源为节点，系统部署简单，不需要复杂的框架部署 实现。
3 分布式数据库系统的体系结构 3.2 基于三层模式的分布式数据库系统体系结构
全局外模式
全局外模式
全局外模式
全局外模式
全局外模式
全局外模式
映象1
全局概念模式
映象1
全局概念模式
全局 DBMS
全局 DBMS
分片模式
映象2
映象2 分片模式
分配模式
映象3
映象3 分配模式
映象4
分 布 式 数 据 库 特 有 的
1 分布式数据库的起源和发展 1.1 分布式数据库的起源
1. 计算机平台环境的改变 • • • • • • 2. 卫星通信 蜂窝通信 局域网 广域网 Intranet Internet
信息系统应用需求 • • • 地域上分散、管理集中的企业越来越多 既要求实现本地数据管理，就要求存取异 地的数据 既要有各部门的局部控制和分散管理；又 要有整个组织的全局控制和高层次的协同 管理

嵌入式
DBMS与目录系统一体化，即目录系统作为DBMS的子集而存在，在分布
式数据库系统中通常采用这种方法。
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分布式数据库目录系统的主要内容和逻辑结构
7.3 分布式数据库目录系统的组织方式
分布式数据库目录系统的组织方式通常有以下三种: 独立式 利用操作系统提供的文件管理功能来建立和维护目录信息，这时目录系统具 有独立的数据定义、装入、查询、修改和报告生成功能。 分离式 利用DBMS建立和维护目录信息，但它的用户界面与功能均独立于DBMS。
7.5 分布式数据库目录系统的目录结构
分布式数据库目录由目录系统进行管理。 目录系统在网络操作系统和分布式数据库管理系统的支持下实现对数据目 录进行自动管理，并保持其在动态变化过程中数据目录的一致性和有效性。 目录系统有以下功能模块组成：
目录定义：描述目录信息的逻辑结构和模式表示。 目录装入：负责目录信息的装入与存储。 目录查询：负责解释用户对目录信息的查询请求，处理各种查询要求。 目录更新：用于更新目录信息。

嵌入式
DBMS与目录系统一体化，即目录系统作为DBMS的子集而存在，在分布
式数据库系统中通常采用这种方法。
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分布式数据库目录系统的主要内容和逻辑结构
7.4 分布式数据库目录系统的逻辑结构
网络目录
全局外模式 目录
局部外模式 目录
全局概念模式 目录
局部概念模式 目录
内模式 目录
局部数据库
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分布式数据库目录系统的主要内容和逻辑结构
第1章 分布式数据库系统概述
1. 分布式数据库系统的起源和发展 2. 分布式数据库系统的定义和分类 3. 分布式数据库系统的体系结构 4. 分布式数据库系统与客户机/服务器模式 5. 分布式数据库管理系统 6. 其他非集中式数据库系统 7. 分布式数据库目录系统的主要内容和逻辑结构 8. 分布式数据库系统的主要技术 9. 分布式数据库系统的主要应用 10. 分布式数据库系统的优点和存在的技术问题
通信组件 DBMS 服务 AP AP
DP 数据库
4 分布式数据库系统与客户机/服务器模式 4.4 多客户机/多服务器系统
应用 客户端服务 通信组件 应用 客户端服务 通信组件 应用 客户端服务 通信组件
通信组件 DBMS 服务
通信组件 AP DBMS 服务 AP
DP 数据库 数据库
DP
4 分布式数据库系统与客户机/服务器模式 4.5 服务器-服务器系统
用户 用户 用户
AP
AP
AP
客户端软件
CM
服务器端软件 DP DP
DP
DB
DB
DB
4 分布式数据库系统与客户机/服务器模式 4.1 客户机/服务器模式的含义
基于客户机／服务器模式的系统可以看作是真正意义上的分布式系统的一某些 站点是客户机站点，而另一些站点是服务器站点； 所有的数据都驻留在服务器站点； 所有的应用都在客户机站点运行； 应用请求是通过客户机请求和服务器响应的协作方式来完成的； 一般不提供完全的位置透明性，即“存在接缝”。
5 分布式数据库系统的管理系统 5.2 分布式数据库管理系统的结构
用户查询
数 据 定 位
查询处理模块
需要的数据 查询分析
实际的数据
完整性 处理模块
系统 DD
优化算法 局部处理命令 LDBMS 数据 CM 网络 分布策略 错误 调度处理模块 对网络的监视信息 DB 可靠性 处理模块
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其他非集中式数据库系统
4 分布式数据库系统与客户机/服务器模式 4.2 集中式客户机/服务器系统
应用 客户端服务 通信组件
AP 通信组件 DBMS 服务 DP
数据库
4 分布式数据库系统与客户机/服务器模式 4.3 多客户机/单服务器系统
应用 客户端服务 通信组件 应用 客户端服务 通信组件 应用 客户端服务 通信组件
分 布 式 数 据 库 特 有 的
映象4
局部概念模式 局部 DBMS 局部概念模式
局部 DBMS
局部概念模式
局部内模式
局部概念模式
局部内模式
局部内模式
DB
局部内模式
DB
集 中集 式中 式 数数 据 库 据也 有 库的 也 有 的
DB
DB
3 分布式数据库系统的体系结构 3.3 基于组件模式的分布式数据库系统体系结构
通信组件 应用 客户端服务 DBMS 服务
通信组件 应用 客户端服务 DBMS 服务 AP/DP AP/DP AP/DP AP/DP
数据库
数据库
5 分布式数据库系统的管理系统 5.1 分布式数据库管理系统的功能
分布式数据库系统是在集中式数据库系统基础上发展起来的，但不是简单 地把集中式数据库系统分散地实现， 负责负责实现分布式数据库的建立、查询、更新、复制和维护等功能，同 时还包括提供分布透明性，查询优化、协调全局事务的执行，协调各局部 DBMS共同完成全局应用，保证数据库的全局一致性，执行并发控制，实现更 新同步和全局恢复等功能。 除此之外，还具有自己的性质和特征。 • • • • • • 数据跟踪 分布式查询处理 分布式事务管理 复制数据的管理 安全性 分布式目录管理
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分布式数据库目录系统的主要内容和逻辑结构
7.3 分布式数据库目录系统的组织方式
分布式数据库目录系统的组织方式通常有以下三种: 独立式 利用操作系统提供的文件管理功能来建立和维护目录信息，这时目录系统具 有独立的数据定义、装入、查询、修改和报告生成功能。 分离式 利用DBMS建立和维护目录信息，但它的用户界面与功能均独立于DBMS。