《数据库系统》-第6章 现代数据库技术

6.1面向对象的数据库系统6.1.1面向对象的数据库系统定义面向对象的数据库系统（ObjectOrientedDataBaseSystem，OODBS）是面向对象的程序设计方法与数据库技术相结合的产物，可以使数据库系统的分析、设计最大程度地与人们对客观世界的认识相一致，是为了满足新的数据库实际应用需要而产生的新一代数据库系统。下一页6.1面向对象的数据库系统6.1.2面向对象技术的优势1.利用对象来支持复杂的数据模型2.支持复杂的数据结构3.支持分布式计算和大型对象存储4.更好地实现数据的完整性下一页上一页6.1面向对象的数据库系统6.1.3面向对象技术和数据库技术相结合的发展途径1.面向对象数据库管理系统面向对象数据库管理系统（OODBMS）以一种面向对象语言为基础，增加数据库的功能，主要支持持久对象和实现数据共享。2.对象关系数据库管理系统对象关系数据库管理系统（ORDBMS）既支持SQL语句，也支持面向对象技术，实现了传统数据库技术和面向对象技术的完美结合。下一页上一页6.1面向对象的数据库系统6.1.3面向对象技术和数据库技术相结合的发展途径3.对象关系映射数据库系统对象关系映射数据库系统（ORMDBMS）是在对象层和关系层之间建立一个映射层，使得数据源中的关系数据能够进入对象领域，并且作为对象供上层应用使用。下一页上一页6.1面向对象的数据库系统6.1.4面向对象数据模型的基本概念1.对象在面向对象数据库的设计中，将客观世界中的实体抽象成为对象。2.对象标识面向对象系统提供一种“对象标识符（OID）”的概念来标识对象。3.类与类层次数据库中通常有很多相似的对象，“相似”是指它们响应相同的消息，使用相同的方法，并有相同名称和类型的变量。如图6-1所示，给出了学校数据库的一个类层次关系。下一页上一页6.1面向对象的数据库系统6.1.4面向对象数据模型的基本概念4.继承性继承性指的是不同类的对象共享它们公共部分的结构和特性。在面向对象数据模型中有两种继承，单继承与多重继承。常用继承性可以用超类和子类的层次联系实现，若一个子类只能继承一个超类的结构和特性，这称为“单继承”；若一个子类也可以继承多个超类的结构和特性，这称为“多重继承”，如图6-2（a）和图6-2（b）所示。下一页上一页6.1面向对象的数据库系统6.1.4面向对象数据模型的基本概念5.对象包含一个面向对象数据库模式中，对象的某一属性可以是单值或值的集合。进而，一个对象的属性也可以是一个对象，这样不同类的对象之间可能存在着包含关系。包含其他对象的对象称为复合对象。包含关系可以有多层，，形成嵌套层次结构。包含着一种“是一部分”（ispartof）的联系，因此包含与继承是两种不同的数据联系，如图6-3所示是包含关系。上一页返回6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.1并行数据库系统概述并行数据库系统是数据库技术与并行计算机相结合的产物，是随着并行计算机系统的发展和普及而逐渐发展起来的，它要求尽可能的并行执行所有的数据库操作，从而在整体上提高数据库系统的性能。并行数据库系统以高性能、高可用性、高扩充性为目标，采用先进的并行查询技术和并行数据管理技术，充分发挥多处理器结构的优势，通过多种并行性，在联机事务处理与决策支持应用两种典型环境中提供优化的响应时间与事务吞吐量。下一页6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.2并行数据库系统目标1.高性能并行数据库系统将数据库管理技术与并行处理技术有机结合，发挥多处理机结构的优势，既有效提高数据处理速度，又大大降低了成本。2.高可用性随着并行计算机系统规模的不断增大，系统的失效率呈线性增长。3.可扩充性数据库系统的可扩充性指系统通过增加处理和存储能力而平滑地扩展性能的能力，能够随着时代进步，而方便、快捷、有效地扩充数据库的功能，来满足人们更高层次的需要。下一页上一页6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.3并行数据库的结构1.共享内存结构共享内存（Shared-Memory）结构，又称Shared-Everything结构，简称SM结构。其中，包括多个处理器、一个全局共享的内存（主存储器）和多个磁盘存储，如图6-4所示。下一页上一页6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.3并行数据库的结构这种结构的优点有：①数据库中的数据存储在多个磁盘存储上，并可以为所有处理器访问；②提供多个数据库服务的处理器通过全局共享内存来交换消息和数据，通信效率很高，查询间并行性的实现不需要额外的开销，查询内并行性的实现也不困难；③在数据库软件的编制方面与单处理机的情形区别也不大：④这种结构由于使用了共享的内存，所以可以基于系统的实际负荷来动态地给系统中的各个处理器分配任务，从而可以很好地实现负荷均衡。下一页上一页6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.3并行数据库的结构但这种结构也有缺点：①硬件资源之间的互联比较复杂，硬件成本较高；②由于多个处理器共享一个内存，所以系统中的处理器数量的增加会导致严重的内存争用，因此系统中处理器的数量受到限制，系统的可扩充性较差；③由于共享内存的设计，共享内存的任何错误将影响到系统中的全部处理器，使得系统的可用性表现得也不是很好。下一页上一页6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.3并行数据库的结构2.共享磁盘结构共享磁盘（Shared-Disk）结构由多个具有独立内存（主存储器）的处理器和多个磁盘存储构成，各个处理器相互之间没有任何直接的信息和数据的交换，多个处理器和磁盘存储器由高速通信网络连接，每个处理器都可以读写全部的磁盘存储器，如图6-5所示。下一页上一页6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.3并行数据库的结构这种结构的优点有：①这种结构的系统可以使用标准总线互连，因而成本较共享内存结构低；②采用共享磁盘结构，每个处理器都有自己的私有内存，消除了内存访问“瓶颈”，节点能扩展到数百个，可扩展性较好；③可很容易地从单处理器系统迁移，还可以容易地在多个处理器之间实现负载均衡，可用性强。下一页上一页6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.3并行数据库的结构但这种结构也有缺点：①系统中的每一个处理器可以访问全部的磁盘存储，磁盘存储中的数据被复制到各个处理器各自的高速缓冲区中进行处理，这时会出现多个处理器同时对同一磁盘存储位置进行访问和修改，最终导致数据的一致性无法保障，因此，在结构中需要增加一个分布式缓存管理器来对各个处理器的并发访问进行全局控制与管理，这会带来额外的通信开销；②多个处理器对共享磁盘同时进行访问，也可能会产生“瓶颈”问题。下一页上一页6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.3并行数据库的结构3.无共享资源结构无共享资源（Shared-Nothing）结构由多个完全独立的处理节点构成，每个处理节点具有自己独立的处理器、独立的内存（主存储器）和独立的磁盘存储器，多个处理节点在处理器级由高速通信网络连接，系统中的各个处理器使用自己的内存独立地处理自己的数据，并在自己的磁盘存储器上进行数据存取，如图6-6所示。下一页上一页6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.3并行数据库的结构这种结构的优点有：①这种结构的系统可以使用标准总线互连，成本较低；②由于每个处理器使用自己的资源处理自己的数据，不存在内存和磁盘的争用，消除了内存和磁盘同时访问“瓶颈”问题，整体性能得到提高；③可在多个结点上复制数据，可用性较高；④只需增加额外的处理节点，就可以以接近线性的比例增加系统的处理能力，节点数目可达数千个，同时通过最小化共享资源来最小化资源竞争带来的系统干扰，具有优良的可扩展性。下一页上一页6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.3并行数据库的结构但这种结构也有缺点：①由于数据是各个处理器私有的，因此系统中数据的分布就需要特殊的处理，以尽量保证系统中各个节点的负载基本平衡，而现实往往只是根据数据的物理位置而非系统的实际负载来分配任务；②由于数据是分布在各个处理节点上的，因此，使用这种结构的并行数据库系统，在加入新节点时不可避免地会导致数据在整个系统范围内的重分布问题。下一页上一页6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.4分布式数据库系统概述分布式数据库系统是在集中式数据库系统的基础上发展起来的，是计算机技术和网络技术结合的产物。分布式数据库系统的特点有：①数据物理分布性；②数据逻辑整体性；③数据分布独立性；④场地自治和协调；⑤增加数据冗余度。这些特点使分布式数据库能提高响应速度，降低通信费用。下一页上一页6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.5分布式数据库系统目标1.适应部门分布的组织结构，降低费用2.提高系统的可靠性和可用性3.充分利用数据库资源，提高现有集中式数据库的利用率4.逐步扩展处理能力和系统规模下一页上一页6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.6分布式数据库系统结构分布式数据库系统的体系结构是：多个局部数据模式+1个全局数据模式。分布式数据库系统模式结构从整体上分为两大部分（如图6-7所示）：下部是集中式数据库系统的模式结构，代表了各局部场地上局部数据库系统的基本结构；上部是分布式数据库系统增加的模式级别。下一页上一页6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.6分布式数据库系统结构1）全局外模式，由全局用户视图组成，是全局概念模式的子集。2）全局概念模式，定义分布式数据库系统中所有数据的整体逻辑结构，是全局应用的公共数据视图。3）分片模式，是全局数据整体逻辑结构分割后的局部逻辑结构，是全局数据的逻辑划分视图。4）分布模式，定义片段在物理上分配到网络的存放节点。下一页上一页6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.7并行数据库系统和分布式数据库系统的区别1.应用目标不同并行数据库系统的目标是充分发挥并行计算机的优势，利用系统中的各结点并行地完成数据库任务，提高数据库系统的整体性能。分布式数据库系统主要目的在于实现场地自治和数据的全局透明共享。下一页上一页6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.7并行数据库系统和分布式数据库系统的区别2.实现方式不同在并行数据库系统中，为了充分利用各个结点的处理能力，各结点间采用高速网络互连，数据传输代价相对较低，可以通过系统中各个结点负载平衡和操作并行来提高系统性能。分布式数据库系统中，各结点之间一般采用局域网或广域网相连，网络带宽较低，结点间通信开销较大。下一页上一页6.2并行数据库系统和分布式数据库系统6.2.7并行数据库系统和分布式数据库系统的区别3.各结点的地位不同并行数据库系统中不存在全局应用和局部应用的概念，各结点是完全非独立的，在数据处理中只能发挥协同作用。分布式数据库系统中，各结点除了能通过网络协同完成全局应用，更重要的是还具有场地自治性，即每个场地都是独立的数据库系统，具有高度的自治性。上一页返回6.3多媒体数据库6.3.1多媒体数据库的由来用传统的关系型数据库来处理多媒体信息很难达到设计者的要求，因此，多媒体数据库技术作为一种强大的多媒体数据处理技术成为了首选方案，被越来越多地应用到实践中，同时自身也不断得到发展。下一页6.3多媒体数据库6.3.2多媒体数据库的定义多媒体数据库是数据库技术与多媒体技术结合的产物。多媒体数据库从多媒体数据与信息本身的特性出发，考虑将其引入到数据库中之后而带来的相关问题，力求将各种多媒体数据有机组合在一起，形成一个集多样化、有效性、可扩展性的方便、实用的多媒体数据库系统。从本质上讲，要解决四个难题。第一是存储信息媒体的多样化；第二要解决多媒体数据之间的联系性；第三是多媒体数据与人之间的交互性；第四，多媒体数据库系统的网络功能。下一页上一页6.3多媒体数据库6.3.3多媒体数据库与关系数据库的区别1.数据模型的区别从数据类型上看，多媒体数据除了包含整型、实型、布尔型和字符型等传统数据类型，而且还应包括图形、图像、视频、声音、文字、动画等复杂数据类型，具有复合性、分散性和时序性三个特点。2.数据存储算法不同传统的关系数据库数据模型简单，数据量不大，而多媒体数据库存储和处理的对象都较复杂，所占容量也较多，所以，其存储技术需要增加新的处理功能，如数据压缩和解压功能。下一页上一页6.3多媒体数据库6.3.3多媒体数据库与关系数据库的区别3.数据定义与操作不同由于数据模型不同，因而多媒体数据库在数据定义与操作上与传统的关系数据库不同。4.检索方案不同同样，由于数据定义与操作的不同，多媒体数据库要采用独特的检索优化方案。下一页上一页6.3多媒体数据库6.3.4多媒体数据库数据模型数据（Date）是描述事物的符号记录，模型（Model）是现实世界的抽象。数据模型（DataModel）是数据特征的抽象，是数据库管理的形式框架，直接影响到数据库管理的能力和效果。关系数据库其数据模型是基于数值的，很适于表格一类的应用，但对于多媒体这样复杂的数据却不能适应。从多媒体数据库本身的数据特性出发，多媒体数据模型主要采用文件系统管理方式、扩充关系数据库的方式和面向对象数据库的方式。下一页上一页6.3多媒体数据库6.3.4多媒体数据库数据模型文件系统管理方式。多媒体资料是以文件的形式在计算机上存储的，所以用各种操作系统的文件管理功能就可以实现存储管理。扩充关系数据库的方式。传统的关系数据模型建立在严格的关系代数的基础上的，主要是处理格式化的数据及文本信息，解决了数据管理的许多问题，目前基于关系模型的数据库管理系统仍然是主流技术。面向对象数据库的方式。为了方便灵活地处理图形、图像、声音、动画等具有层次结构的多媒体数据对象，目前大多数多媒体数据库采用面向对象的多媒体数据模型。上一页返回6.4数据仓库6.4.1数据仓库概述随着对数据处理认识的逐步加深，人们认识到计算机系统的数据处理应当分为两类：以操作为主要内容的事务处理和以分析决策为主要内容的分析型处理。著名的数据仓库专家W.H.Inmon在其著作《BuildingtheDataWarehouse》一书中给予数据仓库如下描述：数据仓库（DataWarehouse）是一个面向主题的、集成的、相对稳定的、反映历史变化的数据集合，用于支持管理决策。下一页6.4数据仓库6.4.1数据仓库概述1）面向主题的：操作型数据库的数据组织面向事务处理任务，各个业务系统之间各自分离，而数据仓库中的数据是按照一定的主题域进行组织的。2）集成的：数据仓库中的数据是在对原有分散的数据库数据抽取、清理的基础上经过系统加工、汇总和整理得到的，必须消除源数据中的不一致性，以保证数据仓库内的信息是关于整个企业的一致的全局信息。下一页上一页6.4数据仓库6.4.1数据仓库概述3）相对稳定的：数据仓库的数据主要供企业决策分析之用，所涉及的数据操作主要是数据查询，一旦某个数据进入数据仓库以后，一般情况下将被长期保留，也就是数据仓库中一般有大量的查询操作，但修改和删除操作很少，通常只需要定期的加载、刷新。4）反映历史变化：数据仓库中的数据通常包含历史信息，系统记录了企业从过去某一时点到目前的各个阶段的信息，通过这些信息，可以对企业的发展历程和未来趋势做出定量分析和预测。下一页上一页6.4数据仓库6.4.2数据仓库目标1）效率足够高。2）数据准确度高。3）扩展性强。下一页上一页6.4数据仓库6.4.3数据仓库组成1）数据仓库数据库：是整个数据仓库环境的核心，是数据存放的地方和提供对数据检索的支持，其突出的特点是快速的检索技术和对海量数据的支持。2）元数据：元数据是数据仓库运行和维护的中心，它为访问数据仓库提供了一个信息目录。3）数据抽取工具：把数据从各种各样的存储方式中拿出来，进行必要的转化、整理，再存放到数据仓库内。4）访问工具：为用户访问数据仓库提供手段。下一页上一页6.4数据仓库6.4.3数据仓库组成5）数据集市：为了特定的应用目的或应用范围，而从数据仓库中独立出来的一部分数据，也可称为部门数据或主题数据。6）信息发布系统：把数据仓库中的数据发送给不同的地点或用户。