網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第1頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第11章網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)11.1客戶機/服務(wù)器系統(tǒng)11.2分布式數(shù)據(jù)庫第2頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常所說的客戶機/服務(wù)器系統(tǒng)既可指硬件系統(tǒng)，也可指軟件系統(tǒng)從硬件方面來說，客戶機/服務(wù)器系統(tǒng)是指某項任務(wù)在兩臺或多臺之間進行分配，其中客戶機（Client）用來運行提供用戶接口和前端處理的應(yīng)用程序，服務(wù)器（Sever）提供可供客戶機使用的各種資源和服務(wù)從軟件方面來說，客戶機/服務(wù)器系統(tǒng)是指把一個軟件系統(tǒng)或應(yīng)用系統(tǒng)按邏輯功能分成若干個組成部分第3頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月11.1.1客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的DBMS能夠很好的滿足聯(lián)機事務(wù)的要求。在客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，可以是只有一個服務(wù)器的情況。在客戶服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，多個服務(wù)器的情況隨著企業(yè)管理模式朝著分布式的，集成化的方向發(fā)展，越來越多的系統(tǒng)包括了多個服務(wù)器。對多服務(wù)器的情況，可以建立分布式事務(wù)，即一個數(shù)據(jù)庫事務(wù)可以更新多個服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。第4頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月11.1.2客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實現(xiàn)客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實現(xiàn)采用了許多新的軟件技術(shù)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器優(yōu)化的各種技術(shù)客戶端應(yīng)用開發(fā)工具的工作模型和實現(xiàn)技術(shù)數(shù)據(jù)庫互聯(lián)技術(shù)分布數(shù)據(jù)管理技術(shù)第5頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實現(xiàn)1．開放的數(shù)據(jù)庫訪問接口ODBC2．存儲過程存儲過程是用SQL語句和數(shù)據(jù)庫編程語言編寫的，完成一定數(shù)據(jù)訪問功能或提供一定的服務(wù)的過程，預(yù)先進行編譯和優(yōu)化后，存儲在服務(wù)器中，客戶應(yīng)用程序可以通過遠程過程調(diào)用的模式調(diào)用它們。采用存儲過程技術(shù)有以下優(yōu)點：高性能、共享性、簡化應(yīng)用開發(fā)過程、簡化了安全控制第6頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實現(xiàn)3．分布數(shù)據(jù)的管理面臨問題查詢遠程數(shù)據(jù)時的通信開銷問題網(wǎng)絡(luò)中某服務(wù)器故障時保持分布式事務(wù)一致性的問題系統(tǒng)的管理開銷問題等。通常采用的分布數(shù)據(jù)管理技術(shù)數(shù)據(jù)復制技術(shù)兩階段提交協(xié)議第7頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實現(xiàn)數(shù)據(jù)復制和分布客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)往往提供數(shù)據(jù)復制服務(wù)，支持將某一服務(wù)器上的某些表中的數(shù)據(jù)復制和分布到其他遠程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器結(jié)點上兩階段提交兩階段提交用來協(xié)調(diào)參議一個分布事務(wù)的多個服務(wù)器的活動，以防止某個服務(wù)器故障時產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致性。采用兩階段提交技術(shù)的分布式事務(wù)的提交分兩個階段進行。一個分布式事務(wù)所涉及的多個服務(wù)器中，有一個作為協(xié)調(diào)者，其余的作為參與者。第8頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月11.1.3客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有高性能、高效率、高可靠、開放、易擴充、可伸縮等優(yōu)越的特性客戶機/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點提供數(shù)據(jù)和服務(wù)的無縫集成為聯(lián)機事務(wù)處理提供高性能開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第9頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2分布式數(shù)據(jù)庫分布式數(shù)據(jù)庫是用計算機網(wǎng)絡(luò)將物理上分散的多個數(shù)據(jù)庫單元連接起來組成的一個邏輯上統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。分布式數(shù)據(jù)庫有一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來進行管理，稱為分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。分布式數(shù)據(jù)庫的基本特點包括：物理分布性、邏輯整體性和站點自治性第10頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.1分布式數(shù)據(jù)庫的概念分布式數(shù)據(jù)庫（DistributedDataBase，DDB）是計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中各場地（Site）或結(jié)點（Node）上數(shù)據(jù)庫的邏輯集合。分布性是指數(shù)據(jù)不是存放在單一場地為各計算機配置的存儲設(shè)備上，而是按全局需要將數(shù)據(jù)劃分成一定結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)子集，分散地存儲在各個場地上。邏輯協(xié)調(diào)性是指各場地上的數(shù)據(jù)子集，相互間由嚴密的約束規(guī)則限定，而在邏輯上是一個整體第11頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式數(shù)據(jù)庫的概念分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和集中式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)一樣，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的一組軟件。負責管理分布環(huán)境下邏輯集成數(shù)據(jù)的存取、一致性、有效性、完整性等。由于分布特性，在管理機制上，還必須具有計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議上的分布管理功能。因此，分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)更為復雜。第12頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.2分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是在集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但不是簡單地把集中式數(shù)據(jù)庫分散地實現(xiàn)，它具有自己的性質(zhì)和特征數(shù)據(jù)獨立性集中與自治相結(jié)合的控制結(jié)構(gòu)適當增加數(shù)據(jù)冗余度事務(wù)管理的分布性第13頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點1．數(shù)據(jù)獨立性含義是應(yīng)用程序和實際數(shù)據(jù)的分離，即系統(tǒng)透明性在集中式數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)獨立性包括兩方面：數(shù)據(jù)的邏輯獨立性和物理獨立性在分布式系統(tǒng)中，還有數(shù)據(jù)分布獨立性也稱分布透明性在集中式數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)的獨立性是通過系統(tǒng)的三級模式和它們之間的二級映像得到的。分布式數(shù)據(jù)庫，分布透明性是由于引入新的模式和模式之間的映像得到的。第14頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)最重要的目標之一就是支持位置透明，這就是說，用戶對所需要的數(shù)據(jù)的存放位置不必關(guān)心。數(shù)據(jù)分片是分布式數(shù)據(jù)庫的特性之一，這與位置透明又緊密相關(guān)第15頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點2．集中與自治相結(jié)合的控制結(jié)構(gòu)在集中式數(shù)據(jù)庫中，為保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性，對數(shù)據(jù)庫的控制是集中的。在分布式數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)的共享有兩個層次：

局部共享

全局共享控制結(jié)構(gòu)也具有兩個層次：集中和自治第16頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點3．適當增加數(shù)據(jù)冗余度在集中式數(shù)據(jù)庫中，盡量減少冗余度是系統(tǒng)目標之一。在分布式系統(tǒng)中卻希望增加冗余數(shù)據(jù)，在不同的場地存儲同一數(shù)據(jù)的多個副本。增加冗余會碰到集中式數(shù)據(jù)庫同樣的問題，即不利于更新，增加了系統(tǒng)維護代價，需要在這些方面做出權(quán)衡。第17頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點4．事務(wù)管理的分布性分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的事務(wù)管理，由于數(shù)據(jù)的分布使得事務(wù)也具有了分布性，即一個事務(wù)（全局事務(wù)）的執(zhí)行將劃分在許多場地上執(zhí)行的子事務(wù)（局部事務(wù)），子事務(wù)的執(zhí)行結(jié)果合并成全局事務(wù)的結(jié)果，這樣的事務(wù)即為分布事務(wù)。分布事務(wù)管理是針對全局數(shù)據(jù)的事務(wù)管理，它與集中式數(shù)據(jù)庫的事務(wù)管理在處理策略上有本質(zhì)的區(qū)別。在組織子事務(wù)時必須以不同的優(yōu)化原則加以組織增加了實際執(zhí)行中的并行處理能力第18頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.3分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1．分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲分布式數(shù)據(jù)存儲可以從數(shù)據(jù)分配和數(shù)據(jù)分片兩個角度考察。確定數(shù)據(jù)分配的策略，一般有4個主要因素要考慮：存儲代價、可靠性、檢索代價和更新代價。在實際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)分配有4種基本類型：集中式分割式全復制式混合式第19頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可歸納出數(shù)據(jù)分配的一般規(guī)則：處理局部性：數(shù)據(jù)分配時應(yīng)盡量考慮提高局部處理能力減少遠程訪問次數(shù)。數(shù)據(jù)的可用性和可靠性：盡量提高只讀應(yīng)用的可靠性和全系統(tǒng)的可用性，充分發(fā)揮DDB的優(yōu)點。工作負載分布的均勻性。使系統(tǒng)各場地的負載均勻，盡量提高系統(tǒng)并行處理能力。第20頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分片是指數(shù)據(jù)存放單位不是全部關(guān)系，而是關(guān)系的一個片段。也就是關(guān)系的一部分。包括以下幾種。水平分片垂直分片混合型分片第21頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分片應(yīng)遵循以下準則。完備性條件：必須把全局關(guān)系的所有數(shù)據(jù)映射到各個片段中，絕不允許發(fā)生屬于全局關(guān)系的某個數(shù)據(jù)不屬于任何一個片段。重構(gòu)條件：劃分所采用的方法必須確保能夠由各個片段重建全局關(guān)系。不相交條件：要求一個全局關(guān)系被劃分后得到的各個數(shù)據(jù)片段互相不重疊。第22頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2．分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分布式DBS的體系結(jié)構(gòu)分為四級：全局外模式

它們是全局應(yīng)用的用戶視圖，是全局概念模式的子集。全局概念模式

全局概念模式描述了分布式數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。分片模式

分片模式定義片段以及定義全局關(guān)系與片段之間的映像。分配模式

分配模式根據(jù)數(shù)據(jù)分配策略的選擇定義片段的存放場地第23頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.4分布式查詢處理全局查詢在分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)分布對用戶一般是透明的。用戶向系統(tǒng)提出查詢，不必關(guān)心所涉及的關(guān)系是否分片、有無復本、存于何處等同題，可以像集中式數(shù)據(jù)庫一樣，用關(guān)系而不是片段表達查詢。在分布式數(shù)據(jù)庫查詢處理過程中，有多種可能的執(zhí)行方案可供選擇，存在查詢優(yōu)化的問題第24頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式查詢處理1．分布式查詢處理的傳輸代價對分布式數(shù)據(jù)庫來說，還必須考慮數(shù)據(jù)在不同場地間的傳輸代價。數(shù)據(jù)量的傳輸費用傳輸?shù)难舆t時間還可以涉及傳輸數(shù)據(jù)的控制信息及控制次數(shù)，場地間的傳輸代價不僅僅體現(xiàn)在查詢處理的策略上，還可能包括分布事務(wù)處理的管理策略。在分布式環(huán)境中，分布查詢的特點使得可將查詢處理分成全局查詢和局部查詢兩個部分來考慮。第25頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式查詢處理2．基于半連接的查詢優(yōu)化策略基本思想在連接時并非每個數(shù)據(jù)都參與操作或有用，因此，不參與操作的值或無用的值不必經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來回傳輸，則可以減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。第26頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式查詢處理設(shè)A為R和S的連接屬性，即A＝Attr(R)∩Atrrr(S)則R和S的連接可按下列步驟進行：（1）πA(R)結(jié)點2。（2）在結(jié)點2進行連接操作πA(R)∞S=πS(S∞R)。（3）πS(S∞R)結(jié)點1。（4）在結(jié)點1進行連接操作R∞(πS(S∞R))=R∞S第27頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.5分布式事務(wù)處理在分布數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，分布式事務(wù)處理的目的在于保證事務(wù)的正確執(zhí)行及執(zhí)行結(jié)果的有效性，主要解決系統(tǒng)可靠性、事務(wù)并發(fā)控制及系統(tǒng)資源的有效利用等問題集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的事務(wù)和分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的事務(wù)子事務(wù)分布式事務(wù)在執(zhí)行時被分解為若干個場地上計算機相關(guān)的操作序列第28頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.5分布式事務(wù)處理1．分布式事務(wù)特性分布式事務(wù)除了具有一般事務(wù)的特征外，還具有自己獨特的特性執(zhí)行特性操作特性控制報文2．分布事務(wù)處理的目標和集中式事務(wù)處理一樣，分布式事務(wù)處理的目標也是追求高效、可靠、并發(fā)地執(zhí)行事務(wù)第29頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式事務(wù)處理影響執(zhí)行效率的因素：CPU和內(nèi)存的利用率控制報文的數(shù)量及長度響應(yīng)時間可用性第30頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式事務(wù)處理3．分布式事務(wù)模型分布執(zhí)行計劃（DEP）分布式事務(wù)對分布式數(shù)據(jù)庫的存取經(jīng)分解、優(yōu)化后，產(chǎn)生一個涉及到用通信操作聯(lián)系的多個局部數(shù)據(jù)的存取操作序列分布執(zhí)行計劃可以分解為涉及相應(yīng)場地上的局部數(shù)據(jù)庫的操作序列，即各場地上的子DEP組成第31頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式事務(wù)處理代理者和協(xié)調(diào)者為了完成各場地的子事務(wù)的處理功能，全局事務(wù)必須為每一個子事務(wù)在相應(yīng)的場地上創(chuàng)建一個代理者進程，每一個代理者都是一個局部進程。為了協(xié)調(diào)各子事務(wù)的操作，全局事務(wù)還要啟動一個協(xié)調(diào)者進程，來控制和協(xié)調(diào)各代理者間的操作，進行代理者間的通信第32頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式事務(wù)處理一般有多種方法來構(gòu)造協(xié)調(diào)進程之間的結(jié)構(gòu)，可以期望如下的進程結(jié)構(gòu)：存在一個協(xié)調(diào)者進程，這個進程一般由事務(wù)的始發(fā)場地啟動，當用戶提供一個用戶請求時，就在請求的始發(fā)場地啟動該進程。協(xié)調(diào)者進程負責控制事務(wù)的執(zhí)行，協(xié)調(diào)代理者之間的操作，發(fā)出事務(wù)的開始、提交或夭折等操作。只有協(xié)調(diào)者才可以請求創(chuàng)建新的代理者。第33頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式事務(wù)處理4．分布式事務(wù)恢復機制關(guān)鍵問題全局事務(wù)可以分解為若干子事務(wù)，分布在不同的結(jié)點上執(zhí)行。系統(tǒng)不但要保證子事務(wù)的原子性，還要保證全局事務(wù)的原子性。這不是哪一個局部DBMS所能完成的，而是需要在結(jié)點間進行協(xié)調(diào)。在分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，失效可分為兩種：一種是結(jié)點失效（NodeFailure第二種是分區(qū)失效（PartitionFailure）第34頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月分布式事務(wù)處理兩步提交協(xié)議當一個事務(wù)分布在多個結(jié)點上執(zhí)行時，在結(jié)束事務(wù)時，各結(jié)點須保持一致，要么都提交，要么都回滾第35頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.6WEB與數(shù)據(jù)庫的連接增加設(shè)計交互性數(shù)據(jù)庫訪問能力的工具和技術(shù)，這種技術(shù)通常主要有三種形式基于服務(wù)器應(yīng)用程序的方法基于服務(wù)器描述腳本的方法基于客戶端應(yīng)用程序的方法實現(xiàn)連接的三個步驟第一步：選擇連接方式第二步：工具的選擇第三步：發(fā)布數(shù)據(jù)第36頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月WEB與數(shù)據(jù)庫的連接構(gòu)造一個數(shù)據(jù)庫連接的基本方式通常有兩種，即服務(wù)器端連接和客戶端連接。1.選擇連接方式服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫連接是最早出現(xiàn)同時也是最常用的一種方法讓客戶端在We