數據庫實用教程（第三版）第九章分布式數據庫清華大學出版社董健全Sunday,April13,20251

教學內容：分布式數據庫DDB、DDBS、DDBMS的定義；

分布式數據庫系統(tǒng)的特點、優(yōu)缺點和分類；分布式數據庫的數據存儲；

分布式數據庫的模式結構和特點。第九章分布式數據庫系統(tǒng)2一、集中式系統(tǒng)與分布式系統(tǒng)集中式數據庫系統(tǒng)：所有的工作都由一臺計算機完成。

優(yōu)點：大型計算機配置大容量數據庫，價格比較合算；人員易于管理，便于完成大型任務；數據集中管理，減少了數據冗余；較高的數據獨立性。隨著數據庫應用的不斷發(fā)展，規(guī)模不斷擴大，集中式系統(tǒng)存在如下缺點：大型DBS的設計和操作較復雜；系統(tǒng)不靈活；安全性較差。§1DDBS概述3

分布式系統(tǒng)：通過通信網絡相連接的結點（場地）集合，每個結點都擁有集中式數據庫的計算機系統(tǒng)。

場地1：場地2：通信網絡DB2計算機2□T1□T2□T3DB1計算機1□T1□T2□T3DB3計算機3□T1□T2□T3場地1場地3場地24分布式數據庫的數據分散在各個場地上，但這些數據在邏輯上都是一個整體，如同一個集中式數據庫。

分布式數據庫包括：局部數據庫和全局數據庫兩個概念。

分布式數據庫的“邏輯整體性”特點：局部數據庫是從各個場地的角度;

全局數據庫是從整個系統(tǒng)角度出發(fā)研究問題。5二、分布式數據庫系統(tǒng)(DDBS)的定義定義一:DDBS是物理上分散、邏輯上集中的數據庫系統(tǒng)，系統(tǒng)中的數據分布存放在計算機網絡的不同場地的計算機中，每一場地都有自治處理（即獨立處理）能力并能完成局部應用，而每一場地也參與（至少一種）全局應用，程序通過網絡通信子系統(tǒng)執(zhí)行全局應用。分布式數據庫系統(tǒng)DDBS包括：

分布式數據庫（DDB）;

分布式數據庫管理系統(tǒng)（DDBMS）。6定義二：DDB是計算機網絡環(huán)境中各場地上數據庫的邏輯集合。（DDB是一組結構化的數據集合，邏輯上屬于同一系統(tǒng)，而物理上分布在計算機網絡的各個不同場地。）

DDB具有：數據分布性和邏輯整體性兩個特點。定義三：DDBMS是DDBS中的一組軟件，負責管理分布環(huán)境下邏輯集成數據的存取、一致性和完備性。同時，由于數據的分布性，在管理機制上還必須具有計算機網絡通信協(xié)議的分布管理特性。7三、DDBS的基本特點①物理分布性：②邏輯整體性：③

場地自治性：④場地之間協(xié)作性：數據不是存儲在一個場地上，而是存儲在計算機網絡的多個場地上。數據物理分布在各個場地，但邏輯上是一個整體，它們被所有用戶（全局用戶）共享，并由一個DDBMS統(tǒng)一管理。

各場地上的數據由本地的DBMS管理，具有自治處理能力，完成本場地的應用（局部應用）。各場地雖然具有高度的自治性，但是又相互協(xié)作構成一個整體。對用戶來說，使用DDBS如同集中式數據庫系統(tǒng)一樣，用戶可以在任何一個場地執(zhí)行全局應用。8四、DDBS的其他特點：

①數據獨立性包括:

邏輯獨立性、物理獨立性；

數據分布透明性。

②集中與自治相結合的控制機制；數據共享的兩個層次：局部共享、全局共享。相應的控制機構有兩個層次：集中和自治。

③適當增加數據冗余度；

④事務管理的分布性。9五、DDBS的優(yōu)缺點優(yōu)點:

①

具有靈活的體系結構;②適應分布式的管理和控制機構;③經濟性能優(yōu)越;④系統(tǒng)的可靠性高、可用性好；⑤

局部應用的響應速度快；⑥

可擴展性好，易于集成現(xiàn)有的系統(tǒng)。缺點:①系統(tǒng)開銷較大，主要花在通信部分；

②復雜的存取結構（如輔助索引、文件的鏈接技術）；

③

數據的安全性和保密性較難處理。

10六、DDBS的分類在DDBS中，各場地有各自的DBS。由局部DBS的數據模型和DBMS所支持的DDBS可分成三類：

（1）同構同質型DDBS;

（2）同構異質型DDBS;

（3）異構型DDBS。11數據存儲：先數據分片，再數據分配。一、數據分片（datafragmentation）

DDBS中的數據可以被分割和復制到網絡場地的各個物理數據庫中。數據存放的單位不是關系而是片段（fragment），一個片段是邏輯數據庫中某個全局關系的一部分。

數據分片有四種基本方式：

水平分片；垂直分片；導出分片；混合分片。§2分布式數據存儲12在定義各類分片時必須遵守下面三條規(guī)則：（1）完備性條件：（2）可重構條件：（3）不相交條件：必須把全局關系的所有數據映射到各個片段中，決不允許有屬于全局關系的數據卻不屬于它的任何一個片段。必須保證能夠由同一個全局關系的各個片段來重建該全局關系。對于水平分片可用并操作重構全局關系；對于垂直分片可用聯(lián)接操作重構全局關系。要求一個全局關系被分割后所得的各個數據片段互不重疊（對水平分片）或只包含主鍵重疊（對垂直分片）。13二、數據分配（dataallocation）---分配策略：

(1)集中式：所有數據片段都安排在同一個場地上。容易控制、容易形成瓶頸、系統(tǒng)的可靠性較差。

(2)分割式：所有數據只有一份，它被分割成若干邏輯片段,每個邏輯片段被指派在一個特定的場地上。

(3)全復制式：數據在每個場地重復存儲。

(4)混合式:

介乎于分割式和全復制式之間的分配方式。

分配策略的評估因素：

存儲代價、可靠性、檢索代價、更新代價。

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集中式數據庫的模式結構：三級模式結構、兩級映象、兩級獨立性。分布式數據庫DDB是基于網絡連接的集中式數據庫的邏輯集合。從整體上可以分為兩大部分（六層）：下面兩層是集中式數據庫原有的模式結構，代表各個場地局部

DBS的結構，上面四層是DDBS增加的結構。§3DDB的模式結構15局部內部級局部概念級集中式數據庫原有部分局部概念模式局部內模式局部概念模式局部概念模式局部內模式局部內模式局部數據庫局部數據庫局部數據庫映象5全局外部級全局概念級分片級分配級映象4全局外模式……全局外模式全局概念模式分片模式……分片模式分片模式分配模式分配模式分配模式……映象1映象2映象3分布式數據庫增加部分16二、六層結構的特征在DDB的六層模式結構中:全局概念模式

分片模式

與場地特征無

分配模式關,是全局的。

在低層次上,物理映象映射成

由局部DBMS支持的數據模型。六層結構的三個顯著的特征：(1)數據分片和數據分配概念的分離，形成了“數據分布獨立型”。(2)數據冗余的顯式控制。(3)局部DBMS的獨立性。---“局部映射透明性”。17例:全局關系R的分片與分配情況：R劃分成四個邏輯片段：R1,R2,R3,R4,并以冗余方式將這些片段分配到網絡的三個場地上生成了三個物理映象：S1,S2,S3。R1R2R3R4RR11R21S1（場地1）R12R22S2（場地2）R23R33R43S3（場地3）全局關系邏輯片段物理映象18三、分布透明性

在DDB的六層模式結構之間存在著五級映象:

最上面一級映象（映象1）和最下面一級（映象5）體現(xiàn)了類似于集中式數據庫的邏輯獨立性和物理獨立性。六層結構中位于中間三個級別的映象體現(xiàn)的獨立性分別稱為分片透明性、位置透明性和局部透明性。這三個透明性合起來統(tǒng)稱為“分布透明性”。定義：分布透明性是指用戶或應用程序不必關心數據的邏輯分片，不必關心數據物理位置分配的細節(jié)，也不必關心各個場地上數據庫的數據模型是哪種類型，可以像集中式數據庫一樣來操作物理上分布的數據庫。19全局外模式全局概念模式分片模式分配模式局部概念模式局部內模式映象1：（邏輯數據獨立性）映象2：分片透明性映象3：位置透明性映象4：局部數據模型透明性映象5：（物理數據獨立性）

用戶(全局應用)

數據庫

分布式DB增加的結構

集中式DB原有的結構分布透明性DDB中的映象和數據獨立性:20分布透明性定義：

分布透明性指用戶或應用程序不必關心數據的邏輯分片，不必關心數據物理位置分配的細節(jié)，也不必關心各個場地上數據庫的數據模型是哪種類型，可以像集中式數據庫一樣來操作物理上分布的數據庫。返回21§4DDBMS的功能及組成一、DDBS的組成GDDGDB全局用戶GDDGDB局部用戶全局用戶局部用戶全局用戶局部用戶計算機GDBMSLDBMS計算機GDBMSLDBMS計算機LDBMSGDBMSLDDLDBGDDGDBLDDLDBLDDLDB網絡22二、DDBMS的功能：（1）接受用戶請求：判定將其送什么場地？訪問哪些計算機？（2）訪問網絡數據字典：了解如何請求和使用其中的信息。（3）如果目標數據存儲于系統(tǒng)的多個計算機上，就必須進行分布式處理。（4）通信接口功能：在用戶、局部DBMS和其他計算機的DBMS

之間進行協(xié)調。（5）在一個異構型分布式處理環(huán)境中，需提供數據和進程移植的支持。

23三、DDBMS的組成：從功能上觀察，一個DDBMS應包括以下四個基本功能模塊：（1）查詢處理模塊；（2）完整性處理模塊；（3）調度處理模塊；（4）可靠性處理模塊。24用戶查詢查詢分析優(yōu)化算法完整性處理模塊調度處理模塊LDBMS計算機可靠性處理模塊DB系