分布式数据库系统体系结构

分布式数据库系统体系结构 • 体系结构概述 • 分布式数据库模式结构 • 分布式数据库系统结构 • 分布式数据库管理系统 • Client/Server体系结构

1.体系结构概述 • 体系结构研究什么 • 一个系统的体系结构又叫总体结构，它给出整个系统的总体框架，定义系统各功能层和功能模块及其相互间的关系。 • 设计和实现DDBMS的首要任务 • 存取数据库的支持： • 数据库存取语言 • 用户存取数据库的手段，把用户的存取意图告诉系统 • 数据库的视图或模式 • 用户知道他能存取什么或有些什么数据可供他存取 • 分布式数据库的复杂性 • 数据分布存储在网络的各个节点上，对于不同的透明性，体系结构各不不同 • 两类分布式数据库系统

全局事务 全局事务全局事务完全透明观点半透明观点不透明观点 DB DB DB DB DB DB DB DB DB DDB的透明性

两类分布式数据库系统 • 现有若干集中式数据库的集成 • 从头新建的分布式数据系统 • 体系结构：分布式控制（每一个节点都不处于中心位置，是互相平等的） • C/S体系结构是不对等集中式的控制（数据、DBMS在服务器，Client功能简单）

分布式数据库模式结构 全局外层视图视图视图全局概念模式分片模式全局概念层分配模式局部概念层局部概念模式局部概念模式局部概念模式局部内模式局部内模式局部内模式局部内模式

模式结构（2） • 四层模式结构 • 全局外层（全局视图） • 全局概念层 • 局部概念层 • 局部内层 • 适用范围（ALL） • 完全透明—部分透明 • 同构分布式数据库—异构分布式数据库 • 特点

2.1 全局外层（全局视图） • 分布式数据库特定的全局用户对分布式数据库的最高层抽象，由多个用户视图组成 • 与集中式数据库视图的比较 • 概念相同，对于完全透明的DDB，定义方式和使用方式相同 • 实质区别： • 集中式DB是对具体场地上的局部数据库的抽象 • DDB是从一个虚拟的由各局部数据库逻辑集合中抽取的，根据对透明性的支持程度，定义数据分布与存取等细节

2.2 全局概念层（1） • 是DDB的整体抽象，包含了全部数据特征和逻辑结构，定义了全局数据的逻辑结构、逻辑分布性和物理分布性，不涉及全局数据在每个局部场地上的物理存储细节，是全局DBA视图 • 包括三种模式描述信息： • 全局概念模式：描述DDB全局数据的逻辑结构，是DDB的全局概念视图，包括模式名、属性名、属性的数据类型的定义和长度 • 分片模式：描述全局数据的逻辑划分视图 • 分配模式：描述局部逻辑的局部物理结构，是划分后的片断的物理分配。不是集中式DB的物理存储结构

全局概念层（2） • 数据定义语言（DDL)提供概念模式、分片模式和分配模式 • 关系分片模式分配模式分配模式分片模式全局模式分配模式分配模式分片模式分配模式

全局概念模式 全局关系模式逻辑组合逻辑划分分片模式子关系模式分配模式子关系的物理场地全局概念层的关系数据模型描述

2.3 局部概念层 • 由局部概念模式描述，它是全局概念模式的子集。全局概念模式经逻辑划分后被分配在各局部场地上。 • 局部概念模式与LDB模式的关系 • 只支持全局应用的DDB，其局部概念模式可理解为局部DB的概念模式和外模式； • 支持局部应用的DDB，其局部概念模式还要划分为局部外模式和局部模式，具有局部DBA • DDB全局概念层到局部概念层的映射模式 • 同型数据库：数据模型的同种化集成 • 异型数据库：一体化

2.4 局部内层 • 是DDB中关于物理数据库的描述，相当于集中式数据库的内层。

DDB四层结构的优点 • 将GDB和LDB分开 • 全局概念层定义全局用户视图，完全独立于个各场地的LDB • GDB到LDB由映射模式解释，体现了数据模型转换的透明性 • 数据独立性 • 分布透明中的分片透明和分配透明相分离 • 分片透明：用户操作时不用知道关系是如何在逻辑上划分程各片段，最高程度的透明性 • 分配透明：用户不能在全局关系上操作，只能在分片上操作，但不用考虑片段的存放位置 • 便于实现数据的冗余控制

3.分布式数据库系统结构 • DDBS是可运行的且按分布式数据库方式存储和维护数据，并向应用的网络环境系统提供数据和信息的分布式系统 • 包括存储介质、处理对象、管理系统、网络环境，具体的说： • 多台由计算机网络连接的计算机 • 计算机网络设备、网络通讯软件 • DDBMS • DDB • DDBA • 软件文档

LDB LDBMS GDBMS GD/D CM 通讯网络 CM CM GD/D GD/D GDBMS GDBMS 用户用户用户 LDBMS LDBMS LDB LDB 3.1 DDB体系结构图

3.2 部分成分的简要说明 • 分布式数据目录/词典系统 • 它是分布式数据库系统中为数据库资源管理而设置的系统，存放有关工作数据的描述及管理的相关信息。 • 分布式数据库管理者 • 分布式数据库管理者分成二级，一级是全局数据库管理者（GDBA），另一级是局部数据库管理者（LDBA）。GDBA负责面向全局数据和信息的控制和管理，LDBA是面向GDBA和局部数据及信息的控制与管理。 • 通讯网络及通讯介质 • 不同的通讯介质对分布式数据库系统性能有某种影响。

4.DDBMS • 是对数据进行管理和维护的软件，提供用户与DDB的接口 • 构成：GDBMS、LDBMS、CM • 任务 • 应用程序的远程数据库操作（查询、更新）。 • 支持分布式数据库系统的完全或部分的透明性。 • 对DDB（包括GDB和LDB）的管理和控制。 • 支持分布事务的并发和恢复。

直接应用 特定应用应用层用户接口层编译层事务管理层执行层操作系统计算机 DDBMS的功能分层体系结构

4.1 GDBMS • 全局数据库管理系统负责管理DDB中的全局数据，由于全局数据的分布性，所以一般应具有五种功能： • 链接(接口) • 定位 • 策略 • 面向全网的恢复能力 • 转换

4.2 LDBMS • 这是分布式数据库系统中各场地的数据库管理系统。 • 如果每个场地的自治性都是很强的，那么它们的功能将和集中式数据库管理系统一样。 • 如果作为DDBMS的组成部分，不同系统存在较大差异 • 若场地数据库系统和全局系统不一致，则必须承担各种转换

4.3 CM • 这是保证分布式数据库系统中场地间信息传送的部分。为保证场地间的通讯,必须遵循一组网络协议，CM就是正确使用这种协议，为DDB提供正确而可靠的通讯服务。

5.Client/Server体系结构 • 为什么采用C/S体系结构 • C/S体系结构简介 • C/S构成 • C/S结构的数据库系统 • C/S结构的分布式数据库系统

5.1 为什么采用C/S体系结构 • 当为客户开发一个定制的数据库应用时，我们考察了采用客户/服务器体系结构（Client/Server Architecture）的必要性。为什么要采用C/S体系结构？ • 先进、性能、潮流等都不是问题的实质。 • 真实答案来自对客户现在、未来和潜在需求的研究

DB DB DB 5.2 C/S体系结构简介

5.3 Client/Server构成 • 多台个人计算机 • 多台工作站 • 多个文件服务器 • 多台打印机 • 其它设备 • 基本思想是进行功能分布，即给特定的设备赋予特定的功能，进行特定的服务

5.4 C/S结构的数据库系统 • 构成方案 • 将DBMS放在Server上，将SQL放在Client上，一个Server可给多个Client服务，而给一个Client提供服务的Server也有多个 • 交互方式 • Client接受用户查询的SQL命令，将其分解成若干个独立的场地查询，并将每一个独立的场地查询发送到相应的场地。 • Server接受场地查询，并处理得到的局部查询结果，并将该结果送回Client发送场地。 • Client将所有回送结果合并形成SQL的查询要求的结果提供给用户。

5.5 C/S结构的DDBS • 三级结构 • Server级：承担场地上LDB管理，类似于集中式的DBMS软件，相当于LDBMS • Client级：承担分布式功能，从DDBMS目录中存取分布信息，处理所有请求 • Comm. Software：提供Client使用的通讯原语在场地间传送命令或数据

C/S DDBS中Client的功能 • 承担了DDBS中GDBMS的大部分（或全部）功能，具体包括： • 生成对多场地（或事务）查询的分布式执行计划（DEP) • 对Server发出命令后的管理，监督分布执行 • 使用分布并发技术时，需保证全局事务的原子性 • 对数据的多副本须保证数据的一致性 • 承担有关透明性任务

结束，谢谢！

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