第2讲分布式数据库的设计-水平分片概要
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方案1 场地0 场地1 场地2 总部（EMP） 分公司1（无） 分公司2（无） 方案2 总部（EMP0） 分公司1（EMP1） 分公司2（EMP2） 方案3 总部（EMP） 分公司1（EMP1） 分公司2（EMP2）
上面三种方案中，除方案1外，均须进行分片定义。方案3中，分公 司的数据信息除本场地存储外，总部场地也存储一份相同信息，存在 在不同场地上互称副本。
第三章分布式数据库的设计
分布式数据库系统原理与应用
内容简介
解决数据分布的问题
①如何对分布式数据库进行逻辑划分 ②如何对逻辑划分结果进行实际物理分配
3.1两种设计策略（ Top-down 和 Bottom-up ）
3.2分片的定义级作用 3.3水平分片 3.4垂直分片 3.5混合分片 3.6分片的表示方法 3.7分配设计
P(FDB)=PDB P-1(PDB)=FDB
P()：表示分配模式映射函数，能从片段数据库经得到物理数据库
P-1()表示分配模式的反映射函数。能从物理数据库得到片段数据库。
分布式数据库系统原理与应用
3.2分片的定义及作用
3.2.4分片的原则
完备性：所有全局数据必须映射到某个片段上。 可重构性：所有片段必须可以重新构成全局数据。 不相交性：划分的各片段所包含的数据不允许相同。
分布式数据库系统原理与应用
3.1两种设计策略
3.1.1-Top-down
概念设计 全局概念模式 需求分析 系统需求说明书 视图设计
外部模式定义
分布设计 局部概念模式 物理设计
局部物理模式 调优
分布式数据库系统原理与应用
3.1两种设计策略
3.1.2-Bottom-up
GCS Integrator InS 1 Translator 1 InS 2 Translator 2 … … InS n Translator n
分布式数据库系统Leabharlann Baidu理与应用
3.2分片的定义及作用
3.2.1分片的定义
分片（Fragmentation) 对全局数据的划分。 片段 划分的结果称为片段
是分布式数据库中数据的存储单位。
分配（Allocation）：对片段的存储场地的指定，称为分配。 数据复制：片段存储在一个以上场地时 数据分割：片段只存储在一个场地
FDB
分配模式 PDB
分布式数据库系统原理与应用
3.2分片的定义及作用
分片模式：定义从全局关系到片段模式的映射关系。 分配模式：定义从片段关系到物理关系的映射关系。 1：N时为复制；1：1时为分割。
R1 R2 R1 R R2 R3 全局关系 片段 R3 场地2 R2 R3 场地3
场地1
副本
分布式数据库系统原理与应用
3.1两种设计策略
Top_Down和 Bottom-UP应用场合
Top_Down: 适 于 新 设 计 一 个 数 据 库 系 统 。 （designed from scratch） Bottom-UP: 已存在许多数据库系统，并将它 们集成为一个数据库。典型的数据集成的研究。
分布式数据库系统原理与应用
3.2分片的定义及作用
3.2.4分片的原则
完备性 如果全局关系R划分的片段为R1,R2,…,Rn，则对于R中 任意数据项d（dR），一定存在dRi（1in）。 可重构性 如果全局关系R划分的片段为R1,R2,…,Rn，则存在关 系运算，使得R=R1R2…Rn。 不相交性 如果全局关系R水平划分的片段为R1,R2,…,Rn，则任 意两个不同的片段的交集为空，即RiRj=（ij, 1in, 1jn）。
总公司
网络
分公司2
分公司2为场地2，职工关系为EMP2
EMP=EMP0+EMP1+EMP2为全局数据
分布式数据库系统原理与应用
3.2分片的定义及作用
数据分布要求 方案1：公司总部保留全部数据。 方案2：各单位只保留自己的数据。 方案3：公司总部保留全部数据，各分公司只保留自己单位的数据。 系统采用以上不同方案，对应需求不同的数据分配方案。如:
分布式数据库系统原理与应用
3.2分片的定义及作用
3.2.3分片设计过程
分片过程是将全局数据进行逻辑划分和实际物理分配的过程。
①全局数据划分为片段数据 ②片段数据经过分配得到物理数据
GDB
分片模式
GDB ： 全 局 数 据 库 （Global DB） FDB ： 片 段 数 据 库 （ Fragmentation DB ） PDB ： 物 理 数 据 库 （Physical DB）
分布式数据库系统原理与应用
3.2分片的定义及作用
3.2.3分片设计过程 F(GDB)=FDB
F()：表示分片模式映射函数；能从全局数据库得到片段数据库
GDB=∑FDBi 表示全局数据库是划分的多个片段数据库的集合。
F-1(FDB)=GDB
F-1()表示分片模式的反映射函数；能从片段数据库得到全局数据
Database 1
Database 2
…
Database n
分布式数据库系统原理与应用
3.2分片的定义及作用
例：某集团公司分地理位置分别在不同城市的总公司和下 属两个分公司组成，彼此之间靠网络相连接，业务管理由 分布式数据库系统完成。其网络结构图如下所示
分公司1
假设：人事系统中，有职工关系，定义为： EMP {ENO，EName，Salary，DNO}。 场地定义：总公司为场地0，职工关系为 EMP0 分公司1为场地1，职工关系为EMP1
本课程侧重 top-down 设计中存在的关键技术。
分布式数据库系统原理与应用
3.1两种设计策略
3.1.1 Top-down 设计过程
基于五步递归实现: 1. 需求分析（Requirement analysis） 2. 概念设计、视图集成、E-R 表示、转换到关 系模式 3. 分布设计、数据分片和分配 4. 物理设计 5. 性能调优（Tuning）
分布式数据库系统原理与应用
3.2分片的定义及作用
3.2.2分片的作用
减少网络传输量。如：采用数据复制，可就近访问所需信息。需
频繁访问的信息分片存储在本地场地上。 增大事务处理的局部性。局部场地上所须数据分片分配在各自的 场地上，减少数据访问的时间，增强局部事务效率。 提高数据的可用性和查询效率。就近访问数据分片或副本，可提 高访问效率。同时当某一场地出故障，若存在副本，非故障场地上 的数据副本均是可用的。保证了数据的可用性、数据的完整性和系 统的可靠性。 使负载均衡。减少数据访问瓶颈，提高整个系统效率。
上面三种方案中，除方案1外，均须进行分片定义。方案3中，分公 司的数据信息除本场地存储外，总部场地也存储一份相同信息，存在 在不同场地上互称副本。
第三章分布式数据库的设计
分布式数据库系统原理与应用
内容简介
解决数据分布的问题
①如何对分布式数据库进行逻辑划分 ②如何对逻辑划分结果进行实际物理分配
3.1两种设计策略（ Top-down 和 Bottom-up ）
3.2分片的定义级作用 3.3水平分片 3.4垂直分片 3.5混合分片 3.6分片的表示方法 3.7分配设计
P(FDB)=PDB P-1(PDB)=FDB
P()：表示分配模式映射函数，能从片段数据库经得到物理数据库
P-1()表示分配模式的反映射函数。能从物理数据库得到片段数据库。
分布式数据库系统原理与应用
3.2分片的定义及作用
3.2.4分片的原则
完备性：所有全局数据必须映射到某个片段上。 可重构性：所有片段必须可以重新构成全局数据。 不相交性：划分的各片段所包含的数据不允许相同。
分布式数据库系统原理与应用
3.1两种设计策略
3.1.1-Top-down
概念设计 全局概念模式 需求分析 系统需求说明书 视图设计
外部模式定义
分布设计 局部概念模式 物理设计
局部物理模式 调优
分布式数据库系统原理与应用
3.1两种设计策略
3.1.2-Bottom-up
GCS Integrator InS 1 Translator 1 InS 2 Translator 2 … … InS n Translator n
分布式数据库系统Leabharlann Baidu理与应用
3.2分片的定义及作用
3.2.1分片的定义
分片（Fragmentation) 对全局数据的划分。 片段 划分的结果称为片段
是分布式数据库中数据的存储单位。
分配（Allocation）：对片段的存储场地的指定，称为分配。 数据复制：片段存储在一个以上场地时 数据分割：片段只存储在一个场地
FDB
分配模式 PDB
分布式数据库系统原理与应用
3.2分片的定义及作用
分片模式：定义从全局关系到片段模式的映射关系。 分配模式：定义从片段关系到物理关系的映射关系。 1：N时为复制；1：1时为分割。
R1 R2 R1 R R2 R3 全局关系 片段 R3 场地2 R2 R3 场地3
场地1
副本
分布式数据库系统原理与应用
3.1两种设计策略
Top_Down和 Bottom-UP应用场合
Top_Down: 适 于 新 设 计 一 个 数 据 库 系 统 。 （designed from scratch） Bottom-UP: 已存在许多数据库系统，并将它 们集成为一个数据库。典型的数据集成的研究。
分布式数据库系统原理与应用
3.2分片的定义及作用
3.2.4分片的原则
完备性 如果全局关系R划分的片段为R1,R2,…,Rn，则对于R中 任意数据项d（dR），一定存在dRi（1in）。 可重构性 如果全局关系R划分的片段为R1,R2,…,Rn，则存在关 系运算，使得R=R1R2…Rn。 不相交性 如果全局关系R水平划分的片段为R1,R2,…,Rn，则任 意两个不同的片段的交集为空，即RiRj=（ij, 1in, 1jn）。
总公司
网络
分公司2
分公司2为场地2，职工关系为EMP2
EMP=EMP0+EMP1+EMP2为全局数据
分布式数据库系统原理与应用
3.2分片的定义及作用
数据分布要求 方案1：公司总部保留全部数据。 方案2：各单位只保留自己的数据。 方案3：公司总部保留全部数据，各分公司只保留自己单位的数据。 系统采用以上不同方案，对应需求不同的数据分配方案。如:
分布式数据库系统原理与应用
3.2分片的定义及作用
3.2.3分片设计过程
分片过程是将全局数据进行逻辑划分和实际物理分配的过程。
①全局数据划分为片段数据 ②片段数据经过分配得到物理数据
GDB
分片模式
GDB ： 全 局 数 据 库 （Global DB） FDB ： 片 段 数 据 库 （ Fragmentation DB ） PDB ： 物 理 数 据 库 （Physical DB）
分布式数据库系统原理与应用
3.2分片的定义及作用
3.2.3分片设计过程 F(GDB)=FDB
F()：表示分片模式映射函数；能从全局数据库得到片段数据库
GDB=∑FDBi 表示全局数据库是划分的多个片段数据库的集合。
F-1(FDB)=GDB
F-1()表示分片模式的反映射函数；能从片段数据库得到全局数据
Database 1
Database 2
…
Database n
分布式数据库系统原理与应用
3.2分片的定义及作用
例：某集团公司分地理位置分别在不同城市的总公司和下 属两个分公司组成，彼此之间靠网络相连接，业务管理由 分布式数据库系统完成。其网络结构图如下所示
分公司1
假设：人事系统中，有职工关系，定义为： EMP {ENO，EName，Salary，DNO}。 场地定义：总公司为场地0，职工关系为 EMP0 分公司1为场地1，职工关系为EMP1
本课程侧重 top-down 设计中存在的关键技术。
分布式数据库系统原理与应用
3.1两种设计策略
3.1.1 Top-down 设计过程
基于五步递归实现: 1. 需求分析（Requirement analysis） 2. 概念设计、视图集成、E-R 表示、转换到关 系模式 3. 分布设计、数据分片和分配 4. 物理设计 5. 性能调优（Tuning）
分布式数据库系统原理与应用
3.2分片的定义及作用
3.2.2分片的作用
减少网络传输量。如：采用数据复制，可就近访问所需信息。需
频繁访问的信息分片存储在本地场地上。 增大事务处理的局部性。局部场地上所须数据分片分配在各自的 场地上，减少数据访问的时间，增强局部事务效率。 提高数据的可用性和查询效率。就近访问数据分片或副本，可提 高访问效率。同时当某一场地出故障，若存在副本，非故障场地上 的数据副本均是可用的。保证了数据的可用性、数据的完整性和系 统的可靠性。 使负载均衡。减少数据访问瓶颈，提高整个系统效率。