[计算机软件及应用]第八章 现代数据库管理系统.ppt

1,第8章 现代数据库管理系统,8.1 面向对象的数据库管理系统 8.2 分布式数据库管理系统,2,关系数据库系统可以很好地满足传统的信息管理系统的应用需求，在这些应用中一般都是只使用标准的数据类型(如整数、日期、字符或字符串） 但是，在信息管理领域之外还有很多新的应用领域迫切需要使用数据库，如多媒体技术、计算机辅助设计（CAD）等，它们往往需要存储大量的、复杂的数据。关系数据库系统不能很好满足需要。,8.1 面向对象数据库管理系统 OODBMS,3,面向对象数据库产生的原因：支持复杂的数据类型。除了支特关系数据库提供的数据类型外，还支持以下的数据类型： 用户定义的抽象数据类型：声音、图像、录像等复杂数据，甚至还包含对这些数据的处理函数。 构造类型：从原子数据类型构造出集合、数组、元组等新的数据类型。 继承：一个对象可以基于另一个对象的描述。利用面向对象的继承思想提高设计的质量。,4,问题：以上三种数据类型在关系数据库中的处理? 1）可以将图像、声音、录象等复杂数据存储在二进制数据中，但访问要受到一些限制（如不能排序、不能比较等，使用起来很不方便。 2）根本不支持构造类和继承，如果必须要描述此类问题，只能映射到二维表的集合。,5,8.1.1 面向对象数据库技术发展,面向对象的技术研究领域：面向对象的语言、面向对象程序设计方法学、面向对象操作系统、面向对象数据库、面向对象软件开发环境、面向对象硬件支持环境等。 面向对象的技术应用领域：人工智能(AI)、计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)、以及具有多媒体办公自动化系统(OIS)等。,6,2、面向对象数据库的发展,是数据库和面向对象技术的集成。 1）需要实现当前数据库系统的复杂功能，同时需要用面向对象技术满足工程设计领域对数据库的要求。 2）面向对象语言和系统的应用需要具有数据库管理系统的能力，如持久性、并发控制、事务管理等。 面向对象数据库=面向对象概念+数据库功能。,7,图8-1 面向对象的数据库系统,图8-3,8,面向对象数据库的优点,用简单的概念-对象描述所有的概念实体。 允许把任意复杂的对象表示成循环递归的对象。 提供类层次和伴随类层次的特性继承概念。,9,8.1.2 面向对象数据库研究方法,面向对象的研究方法目前有三种： 1、扩充关系数据模型： 2、在面向对象语言中嵌入数据库功能。 3、开发全新的数据模型，从底层实现面向对象数据库系统。 很多数据库厂商正在它们的产品中增加ORDBMS的功能，而且利用现在的关系数据库设计和实现的技术可以很好地处理扩展的对象特征,10,8.2 分布式数据库,传统数据库的缺陷: 1、大型DBS的设计和操作都比较复杂 2、系统不灵活并且安全性也较差 3、主机或服务器不堪重负、网络或通信线路也不堪重负，甚至还可能由于瓶颈问题造成系统瘫痪。 例如：银行系统。,11,20世纪70年代以来，由于计算机网络通信的迅速发展，以及地理上分散的公司、团体和组织对数据库更为广泛应用的需求，在集中式数据库系统成熟技术的基础上产生和发展了分布式数据库系统。 分布式数据库是数据库技术和网络技术两者相互渗透和有机结合的结果。,12,分布式数据库示例,例： 如图所示，系统中有三台拥有自己的数据库系统和若干客户机的服务器，并通过网络相连。用户通过客户机完成局部应用，也可以执行全局应用或分布应用。,13,分布式数据库示例,一个典型的全局应用的例子是银行转账。要求从一个分行的账户(设在DBl数据库) 中转让若干金额到另一个分行的账户(设在DB3数据库)中去， 要求：同时更新两个结点上的数据库。,14,区分一个系统是若干集中式数据库的简单连网还是分布式数据库系统，其关键在于：系统是否支持全局应用。 全局应用：指应用中涉及两个或两个以上结点的数据库。和只存取本结点数据库或只存取另一个结点 数据库的应用不同。,15,8.2 .1 分布式数据库的定义,分布式数据库系统是由分布式数据库管理系统和分布式数据库组成。 分布式数据库：由一组数据集合组成，这些数据属于一个逻辑数据库，但数据分别存贮在多个具有独立处理能力（称为场地自治）的物理计算机节点上，通过网络连接在一起，每一个结点可以执行局部应用，也能通过网络通信执行全局应用。,16,分布式数据库虽然是物理地分布在不同的地点，但在逻辑上是一个整体数据库，用户不需要知道哪些数据存放在什么地方，只需提出要求，至于数据库管理系统在哪能取到所要的数据，完全由分布式数据库系统决定。 位置独立性(位置透明性)：用户不必知道数据的物理存储地点,可像数据全部存储在局部场地一样工作。,17,数据的分割或复制是按照关系代数的选择或投影或二者结合运算产生的关系的一部分进行的，这种运算过程称为数据分片。分片的方法如下： 水平分片：通过选择操作，按一定的条件将全局关系划分为若干个子集。 垂直分片：通过投影操作，将关系按属性划分为若干个子集，每个子集看作一个数据分片。 混合分片：先水平再垂直分片，或垂直分片再水平分片，将全局关系划分为若干个子集。,18,数据的分布方式,集中式：将所有数据安排在一台服务器上，实质是集中数据库管理方式。管理和控制比较容易。但效率较低、可靠性差。 分割式：将数据分割成若干部分，分别存放在若干场地的计算机上，每台数据库服务器都可成为一个自治的局部系统。系统可靠性高，但查询时间较长。 复制式：将一个数据库复制多个副本，每个数据库服务上都有一个完整的副本。可靠性最高，响应时间也较快，但是要保证每个服务器上的数据库同步则要付出比较高的代价。 混合式：分割式与复制的混合。,19,分片独立性(分片透明性)：分布式系统中，利用分片将数据存储在最频繁使用它的位置上，使大部分操作是局部操作，减少网络的信息流量。 数据复制独立性：可在物理级将给定的关系(或片段) 用许多不同副本或复制品在不同场地上存储。 分布式数据库可将数据分布在多个结点上，增加适当的冗余，可提高系统的可靠性。同时为扩展系统的处理能力提供较好的途径。,20,8.2.2 分布式数据库系统结构,分布式数据库系统的一般结构如图所示。,21,1、分布式数据库管理系统的组成 分布式数据库管理系统是负责对分布数据库进行管理，并使数据的分布对用户是透明的软件。它由四部分组成： 局部数据库管理系统（LDBMS） 全局数据库管理系统（GDBMS） 全局数据字典 通讯管理（CM）,22,局部数据库管理系统：是局部场地上的DBMS，提供建立和管理局部数据库的功能和场地自治能力，可执行局部应用及全局应用的子查询。 全局数据库管理系统：是分布式数据库系统的用户界面，提供数据分布透明性，协调全局事务的执行、并发控制、完成局部应用，保证全局数据库的一致性和可恢复性。 全局据字典：存放全局概念模式、分片模式、分布模式的定义、模式间的映射、用户权限的定义、完整性约束定义等。 通讯管理：是一个通讯软件，执行结点间的基本通讯功能。在分布式各场地之间传送消息和数据，完成通讯功能。,23,2、DDBS的基本特点,数据的物理分布性：数据不是存储在一个场地上，而是存储在计算机网络的多个场地上。 逻辑整体性：数据逻辑上是一个整体，它们被所有用户（全局用户）共享，并由一个DDBMS统一管理。 分布透明性（分布独立性）：用户只关心整体数据库有哪些数据，不必关心数据的逻辑分片、物理位置、重复副本一致性问题以及局部场地上数据库支持哪种数据模型。 场地自治性和协调工作：各场地上的数据由本地的DBMS管理，具有自治处理能力，但又相互协作构成一个整体，通过网络协调处理全局的应用请求。,24,数据共享：有如下两个层次 局部共享：局部场地上存储各用户的共享数据。 全局共享：存储供其他场地的用户共享的数据。 相应的控制机构也集中和自治两个层次。 分布式数据库系统常常采用集中和自治相结合的控制机构：局部的DBMS可以独立地管理局部数据库，具有自治的功能。同时，系统又设有集中控制机制，执行全局应用。 不同的系统，集中和自治的程度不尽相同。,25,数据冗余：与集中式数据库系统不同的是，分布式数据库系统中希望增加冗余数据，在不同的场地存储同一数据的多个副本，以实现： 提高系统的可靠性、可用性：当某一场地出现故障时，系统可以对另一场地上的相同副本进行操作。 提高系统性能：系统可以选择用户最近的数据副本进行操作，减少通信代价，改善整个系统的性能。 一般地，增加冗余，提高系统的查询速度、可用性和可靠性，但不利于更新、增加系统维护代价。,26,数据独立性：比集中式数据库系统更加重要，并具有更多的内容。 全局的一致性、可串行性和可恢复性：局部数据库应满足集中式数据库的一致性、并发事务的可串行性和可恢复性，除此以外还应保证数据库的全局一致性、并发事务的可串行性和全局可恢复性。,27,8.2.3 分布式数据库管理系统的分类,（1）按全局控制的分布分类 全局控制集中DDBMS：全局DBMS集中于一个结点； 全部控制分散的DDBMS：全局DBMS分布在网络每个结点上； 全局控制部分分散的DDBMS：全局DBMS分布在网络部分结点上。 （2）按局部DBMS的类型分类：同构型和异构型。 同构型分布式DDBMS是指每一个局部DBMS是相同的，异构型则是指局部DBMS是不同结构的。,28,8.3 SQL Server的分布式数据管理,在SQL Server中包含一个分布式事务协调器MS DTC，提供了处理分布式事务的能力。DTC使用OLE事务对象来提供分布式事务环境下全局的事务管理。,29,SQL Server中包含的分布式事务相关的组件： （1）事务管理器：负责响应事务的请求 （2）资源管理器：负责响应事务的请求 （3）两阶段提交：DTC使用两阶段提交协议,30,8.3.1 概述,SQL Server中用于分布式数据管理的是复制技术。 出版：产生数据的副本 发行：传送数据的副本 订阅：获得数据的副本 源服务器：产生副本的服务器。 目标服务器：存放副本的服务器称。,31,基于事务的复制：SQL Server 在复制的开始传送一次副本，使相关服务器的数据同步，然后通过传送和执行事务使数据保持一致。 紧凑一致（实时一致）：保证所有的拷贝与源数据内容在任何时刻都完全一致。要求使用高速的局域网传送数据。 松散一致（延时一致性）：允许在源数据的改变与目标数据更新之间有一个时间延迟，不能保证在任何时候所有拷贝都与源数据内容完全一致。适合于多种网络，更具可用性，也容易把握。,32,两阶段提交：要实现紧凑一致，可以使用两阶段提交。就是在多个数据库上连续地修改同一数据库的副本，如果在一个服务器上提交失败了，则已经提交事务的也必须撤消事务（第一阶段），只有所有的数据库的（第一阶段）事务提交都成功了，才最后确认事务成功（第二阶段）。,33,8.3.2 SQL Server的复制及其术语,复制：根据一组源数据制作出若干个相同的拷贝，并将这些拷贝物理地存放到网络中不同地点的服务器上。 复制的过程：同步复制开始（拷贝的是事务） （1）同步：复制开始之前，将要分布在各个服务器上的共享数据制作一个副本，并把它存放在各个服务器上。 （2）复制开始：复制拷贝的是影响数据的事务。从事务日志中记录下事务并标明用于复制，随后拷贝到目标数据库并作用于目标数据库。 如果目标数据库开始与源数据相同，那么在拷贝的事务发挥作用后，两个数据库中的数据就应完全相同。,34,出版数据：复制的源数据是出版，相应的存放被复制数据的源服务器称为出版服务器 订阅数据：目标数据，相应的存放复制数据的服务器称为订阅服务器 发行：从源数据到订阅数据的过程 出版物：每个出版物由若干文章构成，一“篇”文章是根据一个表进行选择、投影或选择和投影的混合运算产生的结果。在一个出版服务器上可以有一个或多个出版数据库作为数据源，在一个出版数据库中可以定义多个出版物。,35,发行服务器：扮演“存储和转发”的角色。其上有发行数据库，存储来自出版服务的出版