（管理科学与工程专业论文）分布式数据库在管理信息系统中的应用.pdf

鸯鞠警蓄警蛊黧女蓝 摘要 信息的传递是2 l 世纪缀济活动中不可或缺的重要鳃成部分，获取信 惫夔速度会壹接关系委垒盐瓣经济效益。隧营金数结秘懿逐步分数纯，集 中式的数据库系统己经越来越难以满足企媲倍惠管理的需要，分布式数据 库祭统将成为信息管理系统的主流技术。本人通过大量的分析与实践，对 分布式数据库程锗理信息系统中的应用做丁比较全面的研究。 分毒式数撵疼是撂物毽上分教在不露场爨瑟逻辑上又是一个整体戆 数据瘁系统。它可以分为同稳分布帮异稿分布两大类，熊有共享往、巍治 憾、冗余的可控性以及事务处理的分散性镣特点。分布式数据库系统的研 究始于2 0 世纪7 0 年代，9 0 年代已经有部分产品进入市场。开放式数据 摩服务器、并行数据服务器、分布式知识鹰系统以及分布式厦趣对象数据 露系统等是当今瓣磅究热点，e 经成为分露式今磊静笈瀵方囊。 分布式数掰库的模式结构分为局部内朦、局部概念屡、全局概念屡和 全局外层四个部分，数据库的管理又是由企局数据库管瑷系统、局部数据 库管理系统和邋讯程序来完成的。网络、通讯设备、分布式数据库管耀系 缀、分毒式数鬃瘁、分毒式数攥瘁警理考秘分毒式数据黪较 孚文搂一起籀 成了完整的分稳式数据库系统。 分布式数据库系统中传输数据首先要滋行数据的分布与分片操作。分 片熙按照需求将数据库进行分割，而分布越将不同的片段放置在不同的地 理位置上。分摩擦作包括水平分片、垂壹分冀、混合分嚣巍诱导分片。分 布式翡并发事务处理能傈证事务静高效正确静进行，它缀括锁和对溺印两 种控制模型。完熬性约束能保证数据传输麟整个分布式数据库系统数据的 一致性与完整憾。本文还提出利用基于角甑的权限控制来保证分布式数据 库的安全性。 s q ls e v e r2 0 0 0 孛戆笈翻模登是浃遮建立努毒式数据疼系统秘方便 工熙，它通过醚鬣复制、建立发布、订阅发布、应用初始快照和同步数据 等五个步骤来完成整个系统的建立与维护。复制分为快照复制、事务炭制 和合并复制三种方式，通过复制监视器等工具来保证复制运行的正确性。 本文鼓菜爨垃公司静营镑管理平台惫锲，逶过系绞戆霉求分接、凌戆 设计、分布式数据库设计、安全性傈证彝系统实施等五个方面详细验诞了 分布式数据库技术在企业管理信息系统中的应用。事实诞明分布式数据库 系统能够满足企业分散结构的需要，对企北提高工作效率，创造更高的价 馕夔定了坚实的麓硝。 关键词：分布式数据库、信息管理系统、s q ls e v e r 复制模烈、 营销管理平台 鱼墼錾盔笪型耋遨 a b s t r a c t t h ee x c h a n g eo fm e s s a g ei sa ni m p o r t a n tp a r ti nt h ee c o n o m i ca c t i v i t i e s o ft h e2 1 s tc e n t u r y t h es p e e do f g e t t i n gm e s s a g eh a sp r o x i m a t eb e e nb o u n d u pw i t ht h ep r o f i to ft h ec o m p a n y w i t ht h ee n t e r p r i s e ss t r u c t u r em o r ea n d m o r es e p a r a t e d ，i n t e n s i v ed a t a b a s eh a sn o ts a t i s f i e dt h en e e do ft h eu s e r sa n y l o n g e r a n dt h et e c h n o l o g yo f t h ed i s t r i b u t e dd a t a b a s ew i l lb e c o m et h er o l e t h ea u t h o rh a sd o n es o m er e s e a r c ho nt h ea p p l y i n gd i s t r i b u t e dd a t a b a s et ot h e i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e mb y m u c h a n a l y s i sa n dp r a c t i c e t h ed i s t r i b u t e dd a t a b a s em e a n sad a t a b a s ew i t c hs e p a r a t e di nd i f f e r e n t p l a c e sa n du n i t e di nl o g i c i tc a nb ed i v i d e dt o t w os o r t st h e r ea r ea l i k e s t r u c t u r ea n dd i f f e r e n ts t r u c t u r e a n di th a sc h a r a c t e r ss u c ha s u s i n g i n c o m m o n ，i n d e p e n d e n c e ，c o n t r o l l i n gr e d u n d a n c ya n ds e p a r a t e dt r a n s a c t i o no f b u s i n e s s t h er e s e a r c ho nd i s t r i b u t e dd a t a b a s eb e g a nf r o mt h e1 9 7 0 sa n d s o m ep r o d u c th a sb e e np u tt ou s ei nt h e1 9 9 0 s t h ef u t u r ed i r e c t i o no ft h e d e v e l o p m e n t o ft h ed i s t r i b u t e di n c l u d e so p e n i n gd a t a b a s es e v e r , c o l l o c a t ed a t a s e v e r , d i s t r i b u t e dk n o w l e d g es y s t e m t h em o d u l es t r u c t u r eo fd i s t r i b u t e dd a t a b a s ei n c l u d e sl o c a li n t e m a l s t r a t u m ，l o c a lc o n c e p ts t r a t u m ，g l o b a lc o n c e p ts t r a t u ma n dg l o b a li n t e m a l s t r a t u m t h em a n a g e m e n to ft h ed i s t r i b u t e ds y s t e mi s c o m p o s e do fg l o b a l d a t a b a s e m a n a g e m e n ts y s t e m ，l o c a l d a t a b a s e m a n a g e m e n ts y s t e m a n d c o m m u n i c a t i o n m a n a g e m e n t n e t , c o m m u n i c a t i o nd e v i c e ，d i s t r i b u t e d m a n a g e m e n ts y s t e m ，d i s t r i b u t e dd a t a b a s e ，s y s t e ma d m i n i s t r a t o ra n ds o f t w a r e w o r dw i t c hm a k e u p o f t h ew h o l e d i s t r i b u t e ds y s t e m t h ef i r s tw o r ki s d i s t r i b u t i n g a n dd e m a r c a t i n gd a t ai no r d e rt os e n d m e s s a g e d i s t r i b u t i n gm e a n sd i v i d i n gd a t ao nt h eg r o u n d so ft h en e e d so f u s e r sa n d d e m a r c a t i n g i s p u t t i n g d i f f e r e n tf r a m e w o r kt o v a r y i n gp l a c e s d i s t r i b u t i n gi n c l u d e sh o r i z o n t a l ，v e r t i c a l ，m i x e da n di n d u c t i v ed i v i d i n gm o d e s t h ec o l l o c a t e dt r a n s a c t i o nc a ni n s u r eo fe f f i c i e n ta n dc o r r e c tw o r ka n di th a s l o c ka n dt i m ei m p r e s s i o nc o n t r o lm o d e l s i n t e g r a t e dr e s t r i c t i o nc a ns t a n du p f o rt h ed a t a sa c c o r d a n c ea n dt o t a lo ft h ew h o l ed i s t r i b u t e dd a t a b a s ea f t e r 鱼翻錾垄塑生墅遨 s e n d i n gd a t a t h ep a p e r a l s od i s c u s s e sb u i l da na u t h o r i t yc o n t r o lv i ae n du s e f s a c c e s st om a k es u r eo f t h es a f e t yo f t h ed i s t r i b u t e dd a t a b a s es y s t e m t h e r e p l i c a t em o d e li nt h es q l s e v e r2 0 0 0i sat o o lt oe s t a b l i s hd i s t r i b u t e d d a t a b a s es y s t e mq u i c k l ya n df a c i l i t i e sb yc o n f i g u r a t i o nr e p l i c a t i o n , f o u n d i n g p u b l i s h ，s u b s c r i b i n gp u b l i s h ，a p p l y i n go r i g i n a ls n a p s h o t t h er e p l i c a t i o nh a s t h r e em o d ea ss n a p s h o t ，t r a n s a c t i o na n da m a l g a m a t e t h ep r o c e d u r ec a nb e s u p e r v i s e db yo v e r s i g h td e v i c e t h ep a p e rt e s t i f i e dt h ea p p l i c a t i o no ft h ed i s t r i b u t e dd a t a b a s e t e c h n o l o g y i nt h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mb yd e s i g n i n gas y s t e mf o ram e d i c a l c o r p o r a t i o na sp r a c t i c a le x a m p l ei n d e t a i lw i t c hi n c l u d e s r e q u i r ea n a l y s i s ， d e v i s i n g f u n c t i o n ，d e s i g n i n g d i s t r i b u t e d d a t a b a s e ，s a f e t y i n s u r a n c ea n d a p p l y i n gs y s t e m i tc a r lb eb e l i e v e dt 1 1 a tt h ed i s t r i b u t e dd a t a b a s ec a ns a r i s f yt h e n e e d so ft h es e p a r a t e dc o r p o r a t i o ns t r u c t u r e ，b eas u b s t a n t i a lb a s i st oi m p r o v e t h ee f f i c i e n c yo ft h ew o r ka n dc r e a t em o r e p r o f i t k e yw o rds ：d i s t r i b u t e dd a t a b a s e ，i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，s q l s e v e rr e p l i c a t i o nm o d e l ，s a l e m a n a g e m e n t t e r r a c e 鎏鹜甄签酱毡鲨鎏逸 第1 牵概论 1 1 分布式数据库的定义 随着信息技术国新月舜的飞速更新，人们对计算机的依赖性也越来越 强，嚣露对诗算极酶要求瞧越来越毫。赞绞瓣攀诗箕撬系绕在功栽嚣性能 上已不能满足人们对信息的需要，由网络连接的多台计算机系统所构成的 分布式系统澄经或为当今滟主流系统。计算税体系终构酶发展，傻传统的 软件系统也馘临新的挑战从集中走向分稚。在数据库领域中，分布式 数据库技术融成为个主鬻的研究方向。 。 。 数掇势希麓需求分耩 传统鲍数据库整理模式是梅所有数擐集中予单个戆数攒痒孛，震户遽 过各种数据库工具，如数据描述语言、数据操作语言、各种访问机制和约 泰监测等来实现数攥淳懿维护程镬矮。毽是，在实酥应用中，这榉熬方式 有时很难满足用户的需要。当这个数据库中的数据量特别大时，用户查询 菜一数据( 褥剐是糯户在舜遣薅) 往往需要耗费大量的时溺，显然这无法 满足当今快节奏的工作步伐；同时，当出现一魑人为和自然灾害等对数擐 的破坏时，数据的安全性将无法得到保护，甚至出现完全丢失。 蔼采焉数据豹分布技术虿淤很好建弥耠传统数据管理方式韵欠缺。据 有关资料调畿显示，超过9 0 以上的用户只需鞭同自己相关的局部数据进 行交曩，将各个用户所需要的不阀数据进行分类，贮存在不同的局部数据 库中，能够极大地提高数据访阀的速度；月默，采用数据螅分布式管理， 在不问的站点进行数据的备份，宵利于增大数据的安全性。 1 2 分希式数据库系统的定义 分布式数据库( d i s t r i b u t e d d a t a s y s t e m ，d d b s 逶谂黉亟说， 是物理上分散而逻辑上集中的数据库系统。分布式数据库系统使用计算机 丽络臻缝理使置分敬丽管理帮控嘉l 又需要不闲程度集中的多个逻辑单位 ( 通常是集中式数据库系统) 联接起来，菇同缎成一个同意的数据俺系统。 因魏可看成： 鸯罂鋈盔鲨坠兰重盆銮 数据库系统十计算机网络 其严格定义应是：分布式数据库是一组数据集，逻辑上它们属于同 一系统，而物理上它们分散在用计算机网络连接的多个场地上，并统一由 一个分布式数据库管理系统管理。 分布式数据库系统由分布式数据库( d i s t r i b u t e dd a t ab a s e ，d d b ) 和分布式数据库管理系统( d d b m s ) 组成。分布式数据库是计算机网络环 境中各场地或节点上数据库的逻辑集合。它包括局部应用和全局应用：局 部应用即对仅对本结点的数据库执行某些应用；而全局应用( 或分布应用) 是指对两个以上结点上的数据执行某些应用。支持全局应用的系统才能称 为分布式数据库系统。分布式管理系统是分布式数据库系统中的一组软 件，负责管理分布式环境下的数据存取、一致性、安全性和完整性等。 1 2 分布式数据库系统的特点 分布式数据库是同网络结合的集中式数据库的发展，所以，它具有集 中式数据库的特点的同时，也还有一些自身的特点。 1 2 1 共享性与自治性 对于分布式数据库而言，多个场地或节点的局部数据库在逻辑上集 成为一个集体，并为分布式数据库系统的所有用户使用。简单地说，分布 式数据库的用户在使用该数据库时，同使用集中式数据库一样，无论该数 据位于任何站点上，只要权限允许，该用户就可以查询或修改数据，而不 需要具体关心数据的物理位置，所有站点上的数据都是共享的。这就是分 布式数据库的共享性。 自治性指的是每个站点的数据库系统管理人员可以根据以根据实际 的情况，选择存放于站点数据库中的数据是否参与全局的数据共享。对于 那些不能参与共享的数据，分布式数据库系统允许它们仅仅只保留在蟊占点 数据库中。 1 2 2 冗余的可控性 在集中性数据库系统中，数据的冗余量的大小是衡量一个数据库系统 是否最优的重要标志。但对于分布式数据库系统，适当的数据冗余可以提 高数据的查询速度，增强数据的安全性。对于不同站点用户应用的相同数 鸯窑塑耋耋堡垡丝鎏 据，在这些用户的站点上各自存放一份，可以减少网络通信的成本，提高 用户操作数据的效率。特别是，当某些站点上的数据丢失时，可以通过其 它的站点对它进行数据恢复。这是分布式数据库系统与集中式系统非常不 同的地方。 1 2 3 事务管理的分布性 事务是数据库系统中一个非常重要的概念，数据库系统中对数据的操 作都离不开事务。分布式数据库中的事务处理比集中式的事务处理更复 杂。分布式数据库中结构与集中式的不同，数据也从逻辑结构和物理结构 的组织方式扩展为全局逻辑结构、局部逻辑结构和局部物理结构方式。分 布式的事务管理是针对全局数据的管理，它的所有事务是由局部子事务合 成的，因此，它的事务管理策略与集中式数据库系统有着本质的区别。 1 2 4 存取效率 在分布式数据库系统中，数据存放于不同的站点。用户在访问数据时， 可以在多副本中选取最合适的场地副本进行数据访问。同集中式数据库系 统相比，这种访问方式，能够使得场地间的数据传输量以及次数最少，极 大地降低系统通信开销。同时，可以提高数据访问的速度。 1 3 分布式数据库系统的分类 根据分布式数据库系统建立的原则，可以把分布式数据库系统分为两 类：同构分布式数据库管理系统和异构分布式数据库管理系统。这两类分 布式数据库系统具有不同的特点，可满足不同的系统需求。 1 3 1 同构分布式数据库特点 同构分布式数据库是指各个站点上的数据库的数据模型都是一致的。 它类似于一个集中式数据库，只不过同构分布数据库将数据存放在网络中 分布的不同结点内，而不是存放在一个结点内。根据数据库管理系统的不 同，同构分布式数据库又可以分为同构同质型和同构异质型。 1 3 2 异构分布式数据库的特点 各个站点上数据库的数据类型不同的分布式数据库称为异构分布式 数据库。它的特点是在各个结点上运行着不同的数据库管理系统。它又可 以分为两个子类：一个是完全在本系统中进行集成；另一个是还要通过网 关( g a t e w a y ) 与其它系统实现连接。 鱼罂鋈垄塑生箜磐 1 4 分布式数据库的研究现状 分布式数据库系统的研究始于2 0 世纪7 0 年代中期。美国计算机公司 研制第一个分布式数据库系统的原型系统s d d 一1 。这一系统是1 9 7 6 “1 9 7 8 年进行设计，1 9 7 9 年在d e c 一1 0 和d e c 一2 0 计算机上实现的。它概括了 分布式数据库的几乎全部理论和实现技术，是分布式数据库发展中的一个 典范。目前已经有了一些同构分布与异构分布的分布式数据库系统的原 型。 我国对分布式数据库的研究是8 0 年代初开始的，虽然起步比较晚， 但起点高。目前已经研制的原型系统在性能和功能上都已达到当今世界水 平。其中有武汉大学数据库组研制的w d d b s 系统、东南大学计算机系开发 的s u n d d b 系统、人民大学数据与知识工程研究所研制的d o s s e l s 、东北 大学研制的d m u f o 等系统。 经过近2 0 年的发展，分布式数据库理论已经成熟，其技术问题也基 本解决。9 0 年代已有部分产品进入市场，但由于系统复杂性对于完全透 明的分布式数据库还难于达到，所以造成分布式数据库系统未进入实用 化。 分布式数据库系统符合当今信息系统应用的需求，符合当今企业组织 的管理思想和管理方式。尤其是那些地域上分散而管理上又相对集中的大 集团、大机关、大企业，如全球性的或全国性的公司、银行、连锁店、保 险业、各类交通运输业，以及全国性人、财、资源、环境管理机构和军事 国防部门等。在这些组织中，往往既要有各部门的局部控制和分散管理， 同时也要有整个组织的全局控制和高层次的协同管理。因此，分布式数据 库系统具有潜在的大市场。 1 5 分布式数据库的发展方向 随着一些新应用的出现和计算机技术的发展，分布式数据库技术也出 现了许多新的发展方向。 1 5 1 开放式数据服务器 开放式数据服务器是将数据服务器技术和分布式数据库技术结合在 4 鸯黼磐垄塑鹜麴瓣塞 一起的数据服务器结构。例如，一个地理上分散的分布式数据库中的舔个 场滤是透过广域弼遘行连接，瑟每个场建又是透过一个罄一羧务器霸避遘 局城网连接酌一缀工俸站组成。每个工作站都能够通过髑域网或广域潮存 取任何数据服务器上的数据。 这毒孛结擒送行数据查邂黪，霹强采臻嶷燕裁鼹务器受责鼹毒懿套诲处 遴，也可以在每个应用服务嚣上设置分布斌查询处理器和查询哥录。 开放式数据服务器结构邋应于分散于备地的办事她或分公司规模较 大熬全球大型跨隰公霹、业务菠围广的大型企业等，办搿处或分公蔼建豁 采溺c s 翡服务器帮客户梳络构，同时各个办事处或分公司韵服务器通过 i n t e r n e t 等广域网进行通信。这种技术间管理信息系统相结合能够满足 上谶企业结构的需要。 器2 并行数据鼹务器 并行数据服务器是利用计搏机并行体系结构建立的数据库服务器，它 能够避行有效的数据管理。并雩亍体系是通过多处理枫缝梅来完成的，多处 疆祝结构是交鬻滤通讯奔囊逡接起来懿多令狻立处理攀元组成的。备个处 理单元可以分别执行不同的操作、查询或予操作等，以并行的方式执行相 互查询、内部奁询和内部操作。 金狻占结构憝多楚理税髂系结擒孛翡一耱，其中每个处理瓿对一个或 多个内存模块或磁盘单元只自谶行互斥访问，所共享的资源仅有网络和总 线，用以交换信息。这种结构可以成为分布式数据库系统的一种特殊实现 方式，其鏊夔是在数令爱戆弱瓣奎蔑攘诗冀撬基麓之上实蕊一个功戆舔大 的计算机系统。 通过并行数据服务器技术，企业可以利用现有的计算机组成一个功能 强大靛分毒式数爨摩系统蠢不溪要耗费匿资霪囊配墨褒移。这襻有裂予孛 小众渡普及分布式的信息管理系统，加快髂患化的建设步伐。 1 5 3 分布式知识库系统 分毒式絮谖薄系统是褥专寒系统霭分纛姣数据瘴技术穗结舍懿产物， 鱼辇篷垄馨鲨篓蹩 具有从己知信息搬导出新的信息的能力。一个知识库可定义为一个内涵数 据痒和一个外延数据库缀成的并集。内涵数器库焉于存储公共知识，郧命 题和规则等：外延数据艨用于存储事实，即基本数据。 分布式知识库系统能够提商集中式专家系统的性能，打破专家库中知 识积累翁戆域疆铡，热袄整个系统静遮行遗波。所叛，分布式知识库系统 具有广阔的应用前景，怒目前分布式数据库研究的一个发展方向。 1 5 4 分布式谶向对象数据库系统 面向对象数据库是措提供了面向对象的建模方法、编程语言和数掇库 语言灼支持嚣向对象的数握库。宅综合了嚣国对象驰程序设诗按零期数据 库管理技术，具有面向对象方法所具有的建模能力和灵活性，能支持复杂 数撂褒示黪管理；豫枣 了嵌入式语言豹不足，完全冒敬瑁褥商对象静数据 库语言来开发复杂的数据库系统；同时，面向对象数据库提供了高级的数 据瘴特性。 嚣囊对象数据摩技零笼够缭短数鬃瘁系绞骜并发霭期，提高系统翡淫 能，方便用户对系统进行维护。分布式面向对象数据库技术是分布式数据 痒系统又一个热门筋发栽方向，受至了广大编程人员的欢逐。 6 鸯黧骚盔篁鹜警誊远盔 第2 章分布式数据库系统体系结构 2 。 分布式数据库模式结构 分布式数据库系统是集中式数据库系统在网络环境下的扩展和深入。 因此，分布式数据库系统保持了集中式数据库系统的特饿，又比集中戏数 据艨系统复杂。 目前，关于分布式数据库的结构尚无统一的标准。般认为分布戏数 据魔系统为四层的模式结构( 如图1 1 ) 。这种四层模式划分为：全局外 屡( 或称全局褫辫) 、全局壤念层、届部檄念屡秘鼹部内朦。囤霹，凌各 瀑次之闻还有相应的层闻映射。下面通过与集中式数摇癣模式结构的对比 来分析分布式数据库的模式结构。 图k t 分布式数据库结构图 7 鱼墼竖荃鲨彗兰趑 2 1 1 全局外层 分布式数据库的全局外层如同集中式数据库一样，由多个用户视图 ( 简称为视图) 组成，它们是分布式数据库系统特定的全局用户对分布式 数据库的最高层次的抽象。 分布式数据库与集中式数据库的视图有同样的概念，不同的只是它不 是从某一个具体场地上的局部数据库中抽取，而是从一个虚拟的由各局部 数据库逻辑集合中抽取。对全局用户而言，在所有分布式数据库的各个场 地上都可认为所有的数据库都在本场地，也就是说他们不需要关心数据分 布的实际物理位置，只需要使用他们所需的数据。 2 1 2 全局概念层 全局概念层是分布式数据库的整体抽象，包含了全部数据特性和逻辑 结构。就像集中式数据库中概念视图一样，是对数据库全体的描述。 分布式数据库全局模式概念层具有三种模式描述信息：全局概念模 式、分片模式和分配模式。全局概念模式描述分布式数据库全局数据的逻 辑结构，是分布式数据库的全局概念视图，包含全局概念模式名、属性名、 每种属性的数据类型定义和长度：分片模式描述全局数据的逻辑划分视 图，是全局数据逻辑结构根据某种条件的划分，即成为局部的逻辑结构， 每一个逻辑划分即是一个片段或分片：分配模式描述局部逻辑的局部物理 结构，是划分后的片段( 或分片) 的物理分配视图。 从全局概念层观察分布式数据库，它定义了全局数据的逻辑结构、逻 辑分布性和物理分布性，但并不涉及全局数据在每个局部场地上的物理存 储细节。 2 1 3 局部概念层 局部概念层是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。在分布式数据库局部场地 上，对每个全局关系有该全局关系的若干个( 可允许是全部) 逻辑片段的 物理片段集合，该集合是一个全局关系在某个局部场地上的物理映像，其 鱼罂琶签塑生箜磐 全部则组成局部概念模式。如果两个场地上所有的物理映像都相同，则其 中一个场地上的物理映像必是另一个场地的副本，因此两个场地的局部概 念模式也相同。 2 1 4 局部内层 局部内层是分布式数据库中关于物理数据库的描述，相当于集中式数 据库的内层。其描述的内容和方法与之大致相同。 总之，分布式数据库四层结构及其模式定义和映射关系，体现了分布 式数据库是一组用网络联结的局部数据库的逻辑结合。它们在地理位置上 是分散的，但是在逻辑上是一个整体。 2 2 分布式数据库管理系统 分布式数据库管理系统如同集中式数据库管理系统一样，是对数据库 进行管理和维护的一组软件，是分布式数据库系统的重要组成部分，是用 户与分布式数据库的接口。 分布式数据库管理系统包括三个组成部分：全局数据库管理系统 ( g d b m s ) 、局部数据库管理系统( l d b m s ) 和通讯管理程序( c m ) 。它能支 持四个基本功能：应用程序的远程数据库操作( 包括查询和更新操作) 、 支持分布式数据库系统的完全的或部分的透明性、对分布式数据库( 包括 全局数据库和局部数据库) 的管理和控制以及支持分布式事务的并发和恢 复。 2 2 1 全局数据库管理系统( g d b m $ ) 全局数据库管理系统负责管理分布式数据库中的全局数据，主要有以 下的几个方面：全局数据库管理系统起到用户和局部数据库管理系统、用 户与通讯管理系统之间的接口；负责定位和查找用户请求的数据；对不同 的请求采取相应的策略；当某一场地出现故障时，能保证其他场地的正常 运行，并及时恢复该场地以及处理全局数据与局部数据之间各个方面的转 换等。 9 亟鳖墼茎耋墼箜丝錾耋 2 2 2 局部数据库管理系统( l d b m s ) 局部数据库管理系统是分布式数据库系统中各场地的数据库管理系 统。对不同的分布式系统，它的功能有很大的差异。对于场地自治性很强 的分布式系统，局部数据库管理系统的功能将和集中式数据库管理系统一 样。若场地数据库系统和全局系统不一致，局部数据库管理系统则必须承 担各种转换( 根据映射) 并执行。 2 2 3 通讯管理程序( c m ) 通讯管理程序是保证分布式数据库系统中场地间信息传送部分。无论 对于什么样的通讯网络，它们都遵循网络协议，来保证场地间的通讯服务。 通讯管理程序就是正确地使用这种协议，为分布式数据库提供正确而可靠 的通讯服务。 总之，个分布式数据库管理系统必须对物理上分布存储于用计算机 网络连接的多个场地上的，而逻辑上又是一个整体的分布式数据库进行全 面的管理，使之具有高可靠性、高并行处理性、高可用性和处理代价低、 通信成本少、易升级等集中式数据库系统所不具有的优点。 2 3 分布式数据库系统结构 分布式数据库系统是数据库系统的一个子集，它不仅包括分布式数据 库管理系统和分布式数据库，还包括其它的部分。它按照分布式数据库方 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。它是存储介质、处理对象、管理系统和网络环境的综合体。 无论是哪种分布式数据库系统，它们的结构都是由这几部分组成( 如 图2 1 ) ：多台计算机设备，并由计算机网络连接：计算机网络设备，网 络通讯的一组软件；分布式数据库管理系统，包括g d d m s 、l d b m s 和c m 等： 分布式数据库( d d b ) ；分布式数据库管理者( d d b a ) 和分布式数据库系统 软件文档。 分布式数据库管理者分为二级，一级是全局数据库管理者( g d b a ) ， 另一级是局部数据库管理者( l d b a ) 。g d b a 负责面向全局数据和信息的控 1 0 墓黧璺霪塑驻盏墓冀这 制和管理，l d b a 是磷向g d b a 鞠髑部数据及信熙的控制与管理。 图2 工分布式数据库系统体系结构 黧鬻星鹜鎏鹜筮鍪l 这 第3 章分布式数据库数据传输机制 3 。1 数据分游与分配 在实施分布式数据库系统时，必须考虑如何将数据分布在系统的各个 场地( 站点) 上，也就是说怎样将数据进行分片，在进行分片后又怎样将 它奶进行分嚣。分片是对整个蒙据疼孛盼数据来谨匏，瑟分嚣是分布焱鼗 掰痒在物理位鬣上豹存储。 3 1 1 数据划分原则与分片方法 数瑟楚分是撵褥8 豹企昃关系翅分海翡庭懿邋瓣片段，蓟分是对 d d b 的一种分片操作。 分片一般按照两个原则进行数据划分，根据d d b 外魏j 特征划分和协部 穗缝。赡帮拷鬣建撞爰户毳劐翡d d b ，惫戆按照数据繁嶷、数藜矮袋等送 行划分；内部特征是指d d b 的组成性质。 分片操作包括水平分片、霆直分片、混合分片及诱拧分片四种。水平 分片是毒霉关系按霉亍横囱( 承乎囱) 戳莱些蘩箨楚分残元缀豹子集，镣个子 鬃食有一定的逻辑意义，称为一个逻辑片段。垂直分片怒将关系按列纵向 ( 瓣直向) 以属性组划分成糟干片段。混含分片是垂直分片和水平分片的 缀会。诱导分片是基于水平分片的诱导，怒一种半联结搽俸。 以某学校学艇的基本情况袤作为事例来进行具体的数据分片操作( 如 图3 1 ) 。水平操作是以“班级”属性值对农中的行进行水平划分：藏直 分片是将原表按照“姓名”秘“班级”划分为两个表，水平幸亍数不变，壤 号楚两个表豹公莛藩往，毽含在两个片段申：混合分片怒将东平分冀翮垂 直分片综合在一超，先按照“班级”进行水平划分，再进行垂直划分，将 原袭分为三个子液；如果存藏两个表，一个存放学生的班级和姓名，国一 个露放学生麴瞧爨瑟籍贯+ 嚣臻怼嚣一令焱缓照藏表审熬“褒缀”瀑瞧避 行承平划分，这就是诱导分片。 为了保证分片的正确性，通常采用三个方面的检查。首先是完整憔的 捡焱，全局关系鹚所有数据壤必须包括在经舞令冀段巾，不兔谗窭瑗遗 型翻盗筮翟连籍鎏盗 潺：重构性检查是指赝有片段必须能耋秘( 逆操作) 成全届关系：最后是 不栩交检查，这不是必须的，但是尽量要求划分时不相交。 编号姓名班级 编号姓名班缓 1 2 0 0 1 李乎9 7 0 l l，2 。，牵平9 7 0 l 编号娥名班级 | 1 2 0 0 2张蓝9 7 0 2 1 2 0 0 2张蓝9 7 0 2 ，2 。3王铃9 7 0 2 1 2 0 0 3王铃9 7 0 2 ( a ) 水平分片 国) 垂燕势片 鱼罂鋈盔塑型耋丝 编号姓名 1 2 0 0 3王铃 1 2 0 0 2张蓝 编号姓名班级 夕一 编号姓名 1 2 0 0 1李平9 7 0 l1 2 0 0 1李平 1 2 0 0 2张蓝9 7 0 2 编号班级 1 2 0 0 3 王铃9 7 0 2 1 2 0 0 19 7 0 l 1 2 0 0 29 7 0 2 ( c ) 混合分片 1 2 0 0 39 7 0 2 1 4 鸯翟逛盔塑捌鲞垡誊塞 3 1 2 数据分配的原潮和方法 全届关系经过分片露，等到著于个片段，零要将它们磐叁放爨一个物 理场地( 站点) 上。这就是数据分配问题。为分布式数据库系统的可靠性， 需要将片段技置在一个懿上静场逸上。 数据分配畜甄搴孛类型：集中型、分割型、全复测型彝混合型。集中型 是数据虽经划分，但所裔的逻辑片段宪全集中在一个场地上，像集中式数 据簿祥；分裁黧是据掰春懿逻辑片浚都分鹣在一个不弱鹣场建上；全复 制型是所有的逻辑片段在每个场地上均重复设置；混合型是数据划分后的 遂辑片段嘏据需甏分配。 琵较这嚣释分配方式，集审燮阕集孛式数攥疼基本一致，没骞额终存 储费用，但系统的可靠性差，故障恢复能力弱，外场地检索数据耗费时间 长，通讯成本高，没有翮本更新闼题。分截黧的存储代徐没有蹭鞠，系统 的可靠性比集中戮强，棱索当地数据时间短，但检索外场地数据耗费时间 长，菜场蟪出现故障后臌然不影响其他站点，但由于没有副本，系统无法 对蠢进霉亍恢复。全复制型豹可靠牲最好，无论 王傍蛄点出现故跨鄯可以进 行俄复。但存储代价高，数据熙新复杂。混合型是综合了前面三种分配模 式静没萋，辩予纛绞中菸享静逻辑片段应考虑浚嚣副本；依蕹瘦建孛熨凝 检索比确定更新代价与检索代价的评估。 简化地说，数据分配的方法有非冗余分配和冗余分配两种。非冗余分 配是疼每一释分愆方寨( # 趸众) 黎楚行计簿，然后选择一个牧签最好豹 方案。这种方法没有考虑给定场地上两个相关场地的影响。冗余分配比较 复杂，又分为选耩所有救益场地法帮添茄副本法。选择繇有狡懿殇遮法是 在全部场地内选择一组场地，当片段的一个剿本分配在这一组场地时，其 收益高于所花费的代价，刚该触本就放置在这一缀场地上；添加副本法是 先黑“最馕”法决定 # 冗余分飘方案，然后增加副本，搜其仍能收盏，再 添加副本鼠至到无法收箍为止。 3 2 并发事务控制 攀务题分毒式数据黪管理系统豹一个羹嫠组残部分，数攥露载各项攥 15 鱼塑驻盏翟滤耋擞 干笮都篷通过搴务采避行楚理韵。并发控奄l 是分布式攀务处理静基本任务之 一，其目的是保证分布式数据库系统中多个攀务的瀚效正确执行。在分布 式数据库系统中有两稀臻务调动的基本模鹜，一稀是戳锁方式的形式模 型；爨一种楚以时间印方式的时间模型。 3 2 1 锁模型 锁方式的基本思想是：事务对任何数据的操作必须先申请该数据项的 铰，只窍孛谤到锬渡嚣，瑟热琰成功以矗，君毒戳爻雩数撂矮进嚣操 睾。操 作完成以后，要释放己申请的锁。通过锁的共享及排斥的特性，实现事务 静可帛行诧谲度。 锁懿类慰分为读锬和写锬。读锁愚对数攒顼进行读摄像对要麴豹锬， 因为读操作是可以共享的，因此也称作共享锁：写锁是对数据项进行写操 俸辩装翱黪镁，写搽俸是不可共享於，透蘧魄称爻簧 它簇。 锁摸型实现并发豹最著名鲍募法怒两段锬协议( 2 p l 执议) 。基本内容 是，任何事务对数据项的操作先加锁，加锁的方法熄事务中全部加锁操作 在第一令解镶操传豹蘩蘸完成。燕锬释解锬操俸分毒在攀务中鹣瑟个浚 段，故称2 p l 协议。在分布式数据库系统中，如果众部的分布式攀务均以 2 p l 协议热锁，孀系统中的各场遣上静局部调度是霹串行的。也就是说， 如果分布式数据瘁系统采用2 p l 协议加锁，则它在任何场地( 站点) 的全 部子攀务也蹙2 p l 协议加锁的。 3 2 ，2 分布式琵镶及处理 采月锬模型约方法控铡并发式事务，可能会出魏死锬戆煌况。毽为黠 每个子事务而言都可能谯申请了部分资源锁以后，申请锁住了已l h 另, j 的潦 务锬往的姿源，觚褥进入等待状态。蓉掰鸯瓣子事务均不骚串请蠲全豁懿 锁则进入永远的相互等待状态，从而进入死锁。 氍分布戏数据库系统中，通过一些检测算法来处理死锁问题。常用的 检测簿法蠢：超辩浚解决琵镂、死锬等德霆、集孛式或势瓣控痞l 梭测殛镁 等。 1 6 巍翟墓茎塑馨卷稿鑫 超时法是解决死锁问题燎简单的方法，当事务申请对某数据项加锁 时，或在一个一定长的时间内来申请到锬，则认定系绕处于死锁状态。进 入瑟镇处理过稷，停止该事务，释放由萁占摇靛资源。该方法豹优点建没 有额外的控制报文的传送；缺点是超时的界限难以确定，分布式系统在各 个站点的计算机性能存在差异，设立统一的时限较困难。 等待鹜( w a i tf o rg r a p h ，篱写w f g ) 是捂萁节点表示每个事务，当 攀务t ，对数据项x 要获得锁时，x 已被另一事务t ：锁住，这时t 。必须等待 t 。释放对x 的锁，在图中即有从，r 。指向t 。的边。出现死锁，当且仅当阁中 蛇逑有霞路。奁分布式数据露系统孛，要产垒一令分表式豹等跨霾( d w f g ) ， 它幽各局部场地上的等待图( l w f g ) 联结构成( 如图3 2 ) 。 场地1场地2场地1 厂i 、余 、 、一 l 奈 ， 强a 2、 、 、 f t l a l 、 工 、 f t 2 a 2 、 ( a ) 分布式死锁等待图( b ) 局部等待图 鼙3 。2 全齑帮躅帮等特銎 集中式死锁检测方法是选择一个场地来运行集中式的死锁检测程序， 然飚从系统中的熊他场地接收l w f g 。当所有的l w f g 收到后，由该穰j 挚生 成全局等待蓬d w f g ，在d w f g 巾按溅嚣路，翔有鏊路，麓发瑗死镁势避行 死锁解除处理；甭则没有死锁。同时，因为发生死锁的不是所有场地，因 此可采用分层控制方法。这种方法通过建立死锁检测程序的整颗树，通过 分艨的检索来降低网络的逶谶费惩。 通常在发现鞭锁后，采用中止事务来释放资源这榉的方式来解除殛 锁a 一般选择要中止的事务时依据下列的一些原则：中此最年轻的事务： 中止占用资源最少，代价最少的事务；中止预期完成畸阕最长的事务。 鱼墼墼盗篁蛋登继 3 2 3 多副本的并发控制 分布式数据库系统的一个特点就是存放在不同站点有多个数据项的 副本，这样可以提高系统的安全性、可靠性，提高存取效率。但是，副本 的选择以及副本的更新会增加系统的复杂性。在锁模型中，通常采用读一 写全法、多数法、主副本法、中心场地法和主副本令牌法等进行加锁处理。 读一写全法的特点是当事务对某一数据项加锁时，若加读锁，则只对 其多副本中的任一副本加锁；若加写锁，则要对该数据的所有副本加锁。 对读锁而言，只要随便采用包含该数据项的哪一个副本都可以。但是，写 锁操作需要对所有副本的都要发送报文申请，只要其中有一个回答不能加 锁，则整个操作都不能向下进行。这种方法需要进行大量的网络通讯，通 讯费用较大。 多数法是指只有在获得多于副本数一半以上的锁( 包含读或写锁) 以 后，才可以获得对该数据项的加锁，即加锁的副本数总大于未加锁的副本 数。该种方法同读一写全比，发送报文的次数要少。 主副本法是不论其副本数多少，只要其中一个称之为主副本的加上 锁，即得到该数据项的锁。一般来说主副本选择在用户提出锁某项数据申 请最多的场地，该场地称之为主场地，因此主副本方法中通讯的费用非常 低，但并发的程度也降低了。 中心场地法采用在分布式数据库系统由一个专门的场地来管理加锁 的请求，这一场地称之为中心场地。系统中所有的加锁请求都由其它场地 传给中心场地，由中心场地决定同意或拒绝用户的加锁请求。这种方法对 中心场地的依赖性很高，当申请很多时，处理的时间也会很长。 主副本令牌法是假设有一些专门的场地，这些场地拥有某一数据项的 读令牌或写令牌，这些令牌在网络中是不断传递的。当某一场地拥有某一 数据项的写令牌时，它就可以得到该数据项的读写锁，当拥有读令牌时， 它就可以得到该数据项的读锁。 这几种方法都是用来控制分布式事务处理中加锁操作的，它们各有优 耋鬻鐾垄塑鹜磬蒸塞鎏 劣。可以根据系统的实