分布式数据库系统体系结构.ppt

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1、第二章 分布式数据库系统体系结构主要内容主要内容2.1 体系结构体系结构2.2 系统结构系统结构2.3 模式结构模式结构2.4 功能结构功能结构2.5 分布式数据库系统分类分布式数据库系统分类2.6 MDBS体系结构体系结构2.7字典信息的组织字典信息的组织2.1 系统结构系统结构系统的体系结构（系统的体系结构（Architecture）指按组件、组件功指按组件、组件功能以及它们的交互作用定义系统的结构能以及它们的交互作用定义系统的结构(structure）。）。参考体系结构的目的参考体系结构的目的讨论的框架讨论的框架标准标准DBMS 标准化标准化基于组件基于组件基于功能基于功能 基于数据基于

2、数据最最 早早 的的 是是 基基 于于 数数 据据 组组 织织 的的 ANSI/SPARC Architecture（external view,conceptual view，internal view,）的三级模式结构）的三级模式结构2.1 系统结构系统结构 DBMS系统结构系统结构CMAPAPAPDPDPDPDBDBDB客户端软件客户端软件服务器端软件服务器端软件全局请求全局请求局部请求局部请求用户用户用户用户用户用户其中：AP：应用处理器 DP：数据处理器 CM：通信处理器 应用处理器应用处理器(AP)用于完成分布数用于完成分布数据处理的软件，据处理的软件，如：处理访问多如：处理访问多

3、个场地的请求，个场地的请求，查询全局字典中查询全局字典中分布信息等。分布信息等。数据处理器数据处理器(DP)负责进行数据管负责进行数据管理的软件，类似理的软件，类似于一个集中式数于一个集中式数据库管理系统据库管理系统（DBMS）。）。通信管理器通信管理器(CM)负责为负责为AP和和DP在多个场地之间传送命令和数据在多个场地之间传送命令和数据。2.1 系统结构系统结构不同系统的系统结构图不同系统的系统结构图 APDPa.集中库集中库2.1 系统结构系统结构不同系统的系统结构图不同系统的系统结构图 APAPDPb.多客户多客户/单服务器单服务器(c/s)2.1 系统结构系统结构不同系统的系统结构图

4、不同系统的系统结构图 APAPDPb.多客户多客户/单服务器单服务器(c/s)2.1 系统结构系统结构不同系统的系统结构图不同系统的系统结构图c.多客户多客户/多服务器多服务器(mc/ms)APAPDPDP2.1 系统结构系统结构不同系统的系统结构图不同系统的系统结构图 d.服务器结构 APAPDPDP2.4 组件结构组件结构 用户接口语义数据控制器全局查询处理器全局执行监控器monitor局部查询处理器局部恢复管理器存储管理器外模式全局概念模式全局日志局部概念模式系统日志局部内模式数据库用户用户请求系统响应应用处理器数据处理器2.2 组件结构组件结构 应用处理器（应用处理器（AP）功能功能：

5、用用户户接接口口：检检查查用用户户身身份份，接接受受用用户户命命令令，如如：SQL命令。命令。语语义义数数据据控控制制器器：视视图图管管理理、安安全全控控制制、语语义义完完整整性性控控制制（全全局局概概念念模模式式）。这这些些约约束束定定义义在在字字典典中。中。全全局局查查询询处处理理器器:将将用用户户命命令令翻翻译译成成数数据据库库命命令令；生生成成全全局局查查询询的的分分布布执执行行计计划划；收收集集局局部部执执行行结结果果并返回给用户。并返回给用户。全全局局执执行行监监控控器器（全全局局事事务务管管理理器器):调调度度协协调调和和监监视视AP和和DP之之间间的的分分布布执执行行；保保证证

6、复复制制数数据据的的一一致性；保证全局事务的原子性。致性；保证全局事务的原子性。2.2 组件结构组件结构 DPDP功能功能局局部部查查询询处处理理：实现全局命令到局部命令的转换；访问路径选择器，选择最好的路径执行。局局部部恢恢复复管管理理器器：维维护护本本地地数数据据库库一一致致性性的的故故障障恢复。恢复。运运行行支支持持处处理理器器（存存储储管管理理器器）：按按调调度度命命令令访访问问数数据据库库；控控制制数数据据库库缓缓存存管管理理器器；返返回回局局部部执执行行结果；保证子事务执行的正确性。结果；保证子事务执行的正确性。2.3 模式结构模式结构 我我国国分分布布式式数数据据库库系系统统标标

7、准准草草案案中中给给定定的的抽抽象象为为四四层层的的模模式式结结构构：全全局局外外层层、全全局局概概念念层层、局局部部概概念念层层和和局局部部内层内层。模式与模式之间是映射关系。模式与模式之间是映射关系。ES1ES2ESnGCSLISnLIS2LIS1LCS1LCS2LCSn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层全局概念层局部概念层局部内层ES：全全局局模模式式 GCS：全全局局概概念念模模式式 LCS：局部概念模式局部概念模式 LIS：局部内模式局部内模式2.3 模式结构模式结构 全全局局模模式式（ES）:全全局局模模式式定定义义全全局局用用户户视视图图，是是分分布

8、布式式数数据据库库的的全全局局用用户户对对分分布布式式数数据据库库的的最最高高层层抽抽象象。全全局局用用户户使使用用视视图图时时，不不必必关关心心数数据据的的分分片片和和具具体体的的物物理理分分配配细节。细节。全局概念模式（全局概念模式（GCS）:全局概念模式全局概念模式定义全局概念视定义全局概念视图，是分布式图，是分布式 数据库的整体抽象，包含了全部数据特性和数据库的整体抽象，包含了全部数据特性和逻辑结构。像集中式数据库中的概念模式一样，是对数据逻辑结构。像集中式数据库中的概念模式一样，是对数据库全体的描述。全局概念模式再经过库全体的描述。全局概念模式再经过分片模式分片模式和和分配模式分配模

9、式映射到映射到局部模式局部模式。分片模式分片模式是描述全局数据的逻辑划分视图。即全局数据是描述全局数据的逻辑划分视图。即全局数据逻辑结构根据某种条件的划分，将全局数据逻辑结构划分逻辑结构根据某种条件的划分，将全局数据逻辑结构划分为局部数据逻辑结构。每一个逻辑划分成为局部数据逻辑结构。每一个逻辑划分成一个分片一个分片。在关。在关系数据库中，一个关系中的一个子关系称该关系的一个分系数据库中，一个关系中的一个子关系称该关系的一个分片。片。分配模式分配模式是描述局部数据逻辑的局部物理结构，即划分是描述局部数据逻辑的局部物理结构，即划分后的分片的物理分配视图。后的分片的物理分配视图。2.3 模式结构模式

10、结构 局局部部概概念念视视图图（LCS）：局局部部概概念念模模式式定义局部概念视图，是全局概念模式的子集。局局部部概概念念模模式式用于描述局部场地上的局部数据逻辑结构。当全局数据模型与局部数据模型不同时，还涉及数据模型转换等内容。局局部部内内模模式式定义局部物理视图，是对物理数据库的描述，类似集中数据库的内层。分布式数据库的四层结构及模式定义描述了分布式数据库是一组用网络联结的局部数据库的逻辑集合。它将数据库分为全全局局数数据据库库和局局部部数数据据库库。全局数据库到局部数据库由映射（1：N）模式描述。全局数据库是虚虚拟拟的的，由全局概念层描述。局部数据库是全局数据库的内层，由局部概念层和局部

11、内层描述。全全局局用用户户只关心全局外层定义的数据库用户视图，其内部数据模型的转换、场地分配节等由系统自动实现。2.4 功能结构功能结构 Global DBAdministratorApplicationSystemAdministratorGCSProcessorESProcessorGD/DLocal DataManagerLocal Data ManagerLocalDBAGCSProcessor-1LD/DLocal ISProcessorInternal DBConceptualTransformationInt.StorageInt.DBTransformationEnterpri

12、seAdministrator2.5 分布式数据库系统分类分布式数据库系统分类 分分布布式式数数据据库库系系统统的的分分类类很很多多。为为全全面面、系系统统地地对对分分布布式式数数据据库库系系统统进进行行分分类类，采采用用分分布布式式数数据据库库的的三三个个特特性性（分分布布性性、异异构构性性、自自治治性性）组成的三维空间图来描述分布式数据库的类型。组成的三维空间图来描述分布式数据库的类型。三个基本特性三个基本特性分分布布性性是是指指系系统统的的各各组组成成单单元元是是否否位位于于同同一一场场地地上上。分分布布式式数数据据库库系系统统是是物物理理上上分分散散、逻逻辑辑上上统统一一的的系系统统，

13、即即具具有有分分布布性性。而而集集中中式式数数据据库库系系统统集集中中在在一一个个场场地地上上，所以不具有分布性。所以不具有分布性。2.5 分布式数据库系统分类分布式数据库系统分类 异异构构性性是是指指系系统统的的各各组组成成单单元元是是否否相相同同，不不同同为为异构，相同为同构。异构主要异构，相同为同构。异构主要:-数数据据异异构构性性：指指数数据据在在格格式式上上、语语法法和和语语义义上上存在不同。存在不同。-数数据据系系统统异异构构性性：指指各各个个场场地地上上的的局局部部数数据据库库系系统统是是否否相相同同。如如：均均采采用用ORACLE数数据据库库系系统统的的同同构构数数据据系系统统

14、。或或某某些些场场地地采采用用SYBASE数数据据库库系系统统，某某些些场场地地采采用用INFORMIX系系统统的的异异构构数数据据库系统。库系统。-平平台台异异构构性性：指指计计算算机机系系统统是是否否相相同同。如如：均均为为微微机机系系统统组组成成的的平平台台同同构构系系统统或或由由VAX或或ALPHA系统等异构平台组成的系统。系统等异构平台组成的系统。2.5 分布式数据库系统分类分布式数据库系统分类 自自治治性性是是指指每每个个场场地地的的独独立立自自主主能能力力。自自治治性性通通常常由由设设计计自自治治性性、通通讯讯自自治治性性和和执执行行自自治治性性三三方方面面来来描描述述。根根据据

15、系系统统的的自自治治性性，可可分分为为集集中中式式系系统统、联联邦邦式式系统（系统（Federated DB）和和多库系统（多库系统（Multi DB）。-集中式系统集中式系统即为传统的数据库系统。即为传统的数据库系统。-联联邦邦式式系系统统：实实现现需需要要交交互互的的所所有有数数据据库库对对之之间间的的一对一连接。一对一连接。-多多库库系系统统：是是指指若若干干相相关关数数据据库库的的集集合合。各各个个数数据据库库可可以以存存在在同同一一场场地地，也也可可分分布布多多个个场场地地。对对多多数数据据库库系系统统进进行行管管理理的的软软件件称称多多数数据据库库管管理理系系统统，多多数数据据库库

16、管管理理系系统统是是对对一一组组自自治治的的数数据据库库进进行行管管理理，并并提提供供透明访问。透明访问。2.5 分布式数据库系统分类分布式数据库系统分类 分分布布式式数数据据库库系系统统分分布布图图-分布式数据库系统的分布图如下所示：Multiprocessor本书讨论（不区分）较多需求2.5 分布式数据库系统分类分布式数据库系统分类 DDB 和和 MDB的不同的不同 MDB：本本地地数数据据管管理理器器（data manager）都都是是完完备备的的DBMS，具具有有 它它自自己己的的DDL,DML和和TM。DDB：只只有有一一个个数数据据管管理理器器，和和依依赖赖于于该该管管理理器器的的

17、、存存在在于于各各局局部部场场地地上上组组件件数数据据管管理理器器（component-data-manager）。2.6 MDBS MDBS 体系结构体系结构 具有全局概念模式的模型具有全局概念模式的模型GCSGES1GES2GES3LES11LES12LES13LESn1LESn2LESnmLCS1LIS1LCSnLISn LCS2ES1ES2ES3LCS1LIS2LCS3LIS1LIS3Multidatabase layerLocal system layer 没有没有全局概念模式的模型全局概念模式的模型2.6 MDBS 体系结构体系结构MDBS 的组件结构的组件结构USERMulti-

18、DBMS LayerQuery ProcessorTransactionManagerSchedulerRecoveryManager Runtime SupportProcessor DBMSUser requestsSystem responsesQuery ProcessorTransactionManagerSchedulerRecoveryManager Runtime SupportProcessor DBMS2.6 MDBS 体系结构体系结构2.7字典信息的组织字典信息的组织 数数据据库库系系统统中中采采用用数数据据字字典典存存储储数数据据库库定定义义、管管理理等等信信息息。数数

19、据据库库系系统统中中字字典典信信息息分分全全局局字字典典和和局局部部字字典典，其其的的组组织织分分两两种种方方式式：集集中中式式字典字典和和分布式字典分布式字典。集中式字典集中式字典是系统中的字典信息集中存储在某个场地存是系统中的字典信息集中存储在某个场地存放，进行统一管理。对集中式字典维护方便，但会成为放，进行统一管理。对集中式字典维护方便，但会成为系统性能的瓶颈。系统性能的瓶颈。分布式字典分布式字典是将字典中的信息分布在多个场地上存放，是将字典中的信息分布在多个场地上存放，对局部字典是指字典信息不是集中存放在一起。分布式对局部字典是指字典信息不是集中存放在一起。分布式字典又分字典又分复制式分布复制式分布和和非复制式分布非复制式分布。复制式分布复制式分布是在是在多个场地上存在字典信息的副本。多个场地上存在字典信息的副本。非复制式分布非复制式分布是指将是指将字典信息分散存储在多个场地上。字典信息分散存储在多个场地上。2.7字典信息的组织字典信息的组织 全局字典组织图由类型（局部或全局）、位置（分布或集中）、复制三维立体图来描述。