第二章 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

1、Architecture defines a systems structure with Components Functions of components, and Their interactions Purpose of “reference architecture”: A framework for discussion StandardizationDBMS Standardization Based on Components Based on Functions Based on data最早的是基于數(shù)據(jù)組織的ANSI/SPARC Architecture（external

2、 view, internal view, conceptual view） 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)借助于通信網(wǎng)絡(luò)完成地理上分布存儲的數(shù)據(jù)的邏輯集中管理。系統(tǒng)提供給用戶的是全局外層視圖，就象面對集中式數(shù)據(jù)庫一樣。全局外層用戶的應(yīng)用請求分布成局部請求及局部操作完成到結(jié)果提交及整個(gè)全局事務(wù)提交等操作由系統(tǒng)自動完成。 DBMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2.1所示。所示。 CMAPAPAPDPDPDPDBDBDB客戶端軟件服務(wù)器端軟件全局請求局部請求圖2.1 DBMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用戶用戶用戶其中：AP：應(yīng)用處理器 DP：數(shù)據(jù)處理器 CM：通信處理器 其中:應(yīng)用處理器（應(yīng)用處理器（AP）用于完成分布

3、數(shù)據(jù)處理的軟件，如：處理訪問多個(gè)場地的請求，查詢?nèi)肿值渲蟹植夹畔⒌?。?shù)據(jù)處理器（數(shù)據(jù)處理器（DP）負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理的軟件，類似于一個(gè)集中式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）。通信管理器（通信管理器（CM）負(fù)責(zé)為AP和DP在多個(gè)場地之間傳送命令和數(shù)據(jù)。 不同系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。不同系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 APDPa. 集中庫不同系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。不同系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 APAPDPb. 多客戶/單服務(wù)器(c/s)不同系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。不同系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 APAPDPb. 多客戶/單服務(wù)器(c/s)不同系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。不同系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 c. 多客戶/多服務(wù)器 (mc/ms)APAPDPDP不同系統(tǒng)

4、的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。不同系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 d. 服務(wù)器結(jié)構(gòu) APAPDPDP 圖圖2.3描述了描述了DBMS的軟件結(jié)構(gòu)。的軟件結(jié)構(gòu)。 圖2.3 DBMS軟件結(jié)構(gòu)圖 存儲管理局部庫局部日志用戶接口查詢處理全局字典管理全局字典 全局事務(wù)管理網(wǎng)絡(luò)接口全局恢復(fù)管理全局日志 局部查詢處理局部字典管理局部事務(wù)管理局部恢復(fù)管理局部字典CMDPAP 各模塊功能進(jìn)行簡要描述各模塊功能進(jìn)行簡要描述: 1、AP功能：功能：包括用戶接口、查詢處理、全局事務(wù)管理及全局字典管理和全局恢復(fù)管理。（1）用戶接口）用戶接口:檢查用戶身份，接受用戶命令，如：SQL命令。（2）查詢處理查詢處理:將用戶命令翻譯成數(shù)據(jù)庫命令；生成全局查詢

5、的分布執(zhí)行計(jì)劃；收集局部執(zhí)行結(jié)果并返回給用戶。（3）事務(wù)管理事務(wù)管理:調(diào)度協(xié)調(diào)和監(jiān)視AP和DP之間的分布執(zhí)行；保證復(fù)制數(shù)據(jù)的一致性；保證全局事務(wù)的原子性。 各模塊功能進(jìn)行簡要描述各模塊功能進(jìn)行簡要描述: 2 2、DPDP功能功能包括局部查詢處理、局部事務(wù)管理及局部字典管理和局部恢復(fù)管理。（1）局部查詢處理局部查詢處理實(shí)現(xiàn)全局命令到局部命令的轉(zhuǎn)換。（2）局部事務(wù)管理局部事務(wù)管理執(zhí)行局部數(shù)據(jù)操作；返回局部執(zhí)行結(jié)果；保證子事務(wù)執(zhí)行的正確性。 我國分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)草案中給定的抽象為四層的模式結(jié)構(gòu)（見圖2.4）。四層模式劃分為：全局外層、全局概念層、局部概念層和局部內(nèi)層。模式與模式之間是映射關(guān)系。E

6、S1ES2ESnGCSLISnLIS2LIS1LCS1LCS2LCSn映射映射映射模式全局模式局部模式局部模式分片模式分配模式全局外層全局概念層局部概念層局部內(nèi)層ES：全局模式：全局模式 GCS：全局概念模式：全局概念模式 LCS：局部概念模式：局部概念模式 LIS：局部內(nèi)模式：局部內(nèi)模式圖2.4 分布式數(shù)據(jù)庫模式結(jié)構(gòu) 1、 全局模式（全局模式（ES）全局模式定義全局用戶視圖，是分布式數(shù)據(jù)庫的全局用戶對分布式數(shù)據(jù)庫的最高層抽象。全局用戶使用視圖時(shí)，不必關(guān)心數(shù)據(jù)的分片和具體的物理分配細(xì)節(jié)。 2、 全局概念模式（全局概念模式（GCS）-1全局概念模式全局概念模式定義全局概念視圖，是分布式 數(shù)據(jù)庫的

7、整體抽象，包含了全部數(shù)據(jù)特性和邏輯結(jié)構(gòu)。像集中式數(shù)據(jù)庫中的概念模式一樣，是對數(shù)據(jù)庫全體的描述。全局概念模式再經(jīng)過分片模式分片模式和分配模式分配模式映射到局部模式局部模式。 2、 全局概念模式（全局概念模式（GCS）-2 分片模式分片模式是描述全局?jǐn)?shù)據(jù)的邏輯劃分視圖。即全局?jǐn)?shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)根據(jù)某種條件的劃分，將全局?jǐn)?shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)劃分為局部數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。每一個(gè)邏輯劃分成一個(gè)分片一個(gè)分片。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，一個(gè)關(guān)系中的一個(gè)子關(guān)系稱該關(guān)系的一個(gè)分片. 分配模式分配模式是描述局部數(shù)據(jù)邏輯的局部物理結(jié)構(gòu)，即劃分后的分片的物理分配視圖。 3、局部概念視圖（、局部概念視圖（LCS） 局部概念模式局部概念模式定義局部概

8、念視圖，是全局概念模式的子集。全局概念模式經(jīng)邏輯劃分后，被分配到各局部場地上，局部概念模式用于描述局部場地上的局部數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。當(dāng)全局?jǐn)?shù)據(jù)模型與局部數(shù)據(jù)模型不同時(shí)，還涉及數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換等內(nèi)容。 4、局部內(nèi)模式（、局部內(nèi)模式（LIS） 局部內(nèi)模式局部內(nèi)模式定義局部物理視圖，是對物理數(shù)據(jù)庫的描述，類似集中數(shù)據(jù)庫的內(nèi)層。分布式數(shù)據(jù)庫的四層結(jié)構(gòu)及模式定義描述了分布式數(shù)據(jù)庫是一組用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)的局部數(shù)據(jù)庫的邏輯集合。它將數(shù)據(jù)庫分為全局?jǐn)?shù)據(jù)庫全局?jǐn)?shù)據(jù)庫和局部數(shù)據(jù)庫局部數(shù)據(jù)庫。全局?jǐn)?shù)據(jù)庫到局部數(shù)據(jù)庫由映射（1：N）模式描述。全局?jǐn)?shù)據(jù)庫是虛擬的虛擬的，由全局概念層描述。局部數(shù)據(jù)庫是全局?jǐn)?shù)據(jù)庫的內(nèi)層，由局部概念層和局

9、部內(nèi)層描述。全局用戶只關(guān)心全局外層定義的數(shù)據(jù)庫用戶視圖，其內(nèi)部數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換、場地分配節(jié)等由系統(tǒng)自動實(shí)現(xiàn)。 分布式數(shù)據(jù)庫劃分為全局外層、全局概念層、全局外層、全局概念層、局部概念層和局部內(nèi)層局部概念層和局部內(nèi)層。數(shù)據(jù)庫可描述為虛擬的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫和局部場地?cái)?shù)據(jù)庫的邏輯集合。全局?jǐn)?shù)據(jù)庫到局部數(shù)據(jù)庫由分片和分配模式映射描述。下面從軟件模塊組成軟件模塊組成對其進(jìn)行進(jìn)一步描述（見圖2.5）。 用戶接口語義數(shù)據(jù)控制器全局查詢處理器全局執(zhí)行監(jiān)控器monitor局部查詢處理器局部恢復(fù)管理器存儲管理器外模式全局概念模式全局日志局部概念模式系統(tǒng)日志局部內(nèi)模式數(shù)據(jù)庫用戶用戶請求系統(tǒng)響應(yīng)應(yīng)用處理器數(shù)據(jù)處理器圖2.5 D

10、BMS組成結(jié)構(gòu) Global DBAdministratorApplicationSystemAdministratorGCSProcessorESProcessorGD/DLocal DataManagerLocal Data ManagerLocalDBAGCSProcessor-1LD/DLocal ISProcessorInternal DBConceptualTransformationInt. StorageInt. DBTransformationEnterpriseAdministrator 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的分類很多。為全面、系統(tǒng)地對分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行分類，采用分布式數(shù)據(jù)庫

11、的三個(gè)特性（分布性、異構(gòu)性、自治性）組成的三維空間圖來描述分布式數(shù)據(jù)庫的類型。1、三個(gè)基本特性三個(gè)基本特性-1 分布性分布性是指系統(tǒng)的各組成單元是否位于同一場地上。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是物理上分散、邏輯上統(tǒng)一的系統(tǒng)，即具有分布性。而集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)集中在一個(gè)場地上，所以不具有分布性。 1、三個(gè)基本特性三個(gè)基本特性-2異構(gòu)性異構(gòu)性是指系統(tǒng)的各組成單元是否相同，不同為異構(gòu)，相同為同構(gòu)。異構(gòu)主要:數(shù)據(jù)異構(gòu)性：數(shù)據(jù)異構(gòu)性：指數(shù)據(jù)在格式上、語法和語義上存在不同。數(shù)據(jù)系統(tǒng)異構(gòu)性數(shù)據(jù)系統(tǒng)異構(gòu)性：指各個(gè)場地上的局部數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是否相同。如：均采用ORACLE數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的同構(gòu)數(shù)據(jù)系統(tǒng)。或某些場地采用SYBASE數(shù)據(jù)庫

12、系統(tǒng)，某些場地采用INFORMIX系統(tǒng)的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。平臺異構(gòu)性：平臺異構(gòu)性：指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是否相同。如：均為微機(jī)系統(tǒng)組成的平臺同構(gòu)系統(tǒng)或由VAX或ALPHA系統(tǒng)等異構(gòu)平臺組成的系統(tǒng)。 1、三個(gè)基本特性三個(gè)基本特性-3自治性自治性是指每個(gè)場地的獨(dú)立自主能力。自治性通常由設(shè)計(jì)自治性、通訊自治性和執(zhí)行自治性三方面來描述。根據(jù)系統(tǒng)的自治性，可分為集中式系統(tǒng)、聯(lián)邦式系統(tǒng)集中式系統(tǒng)、聯(lián)邦式系統(tǒng)（Federated DB）和和多庫系統(tǒng)（多庫系統(tǒng)（Multi DB）。集中式系統(tǒng)集中式系統(tǒng)即為傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。聯(lián)邦式系統(tǒng)聯(lián)邦式系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)需要交互的所有數(shù)據(jù)庫對之間的一對一連接。 多庫系統(tǒng)多庫系統(tǒng)：是指若干相關(guān)數(shù)

13、據(jù)庫的集合。各個(gè)數(shù)據(jù)庫可以存在同一場地，也可分布多個(gè)場地。對多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行管理的軟件稱多數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，多數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是對一組自治的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，并提供透明訪問。 2、分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分布圖、分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分布圖-分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的分布圖如下所示（見圖2.7）： 圖2.7分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分布圖 集中集中集中MultiprocessorClient/server本書討論（不區(qū)分）Client/server本書討論（不區(qū)分）較多需求 3、Distinction between DDB and MDB In MDB every local data manager is a complete

14、 DBMS with its own DDL, DML and TM In DDB there is only one data manager with its dependent component-data-manager at every local site 1、Model Using a Global Conceptual SchemaFig. 2.8 MDBS Architecture with a GCSGCSGES1GES2GES3LES11LES12LES13LESn1LESn2LESnmLCS1LIS1LCSnLISn2、Model Without a Global Co

15、nceptual Schema Fig. 2.9 MDBS Architecture without a GCSLCS2ES1ES2ES3LCS1LIS2LCS3LIS1LIS3Multidatabase layerLocal system layer3、Components of an MDBSUSERMulti-DBMS LayerQuery ProcessorTransactionManagerSchedulerRecoveryManager Runtime SupportProcessor DBMSUser requestsSystem responsesQuery ProcessorTransactionManagerSchedulerRecoveryManager Runtime SupportProcessor DBMS 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中采用數(shù)據(jù)字典存儲數(shù)據(jù)庫定義、管理等信息。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中字典信息分全局字典和局部字典，其的組織分兩種方式：集中式字典和分布式字典。 集中式字典集中式字典是系統(tǒng)中的字典信息集中存儲在某個(gè)場地存放