数据库数据库技术新进展

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1、*兰彬制作1数据库技术新进展 l面向对象数据库系统 l分布式数据库系统 l并行数据库系统 l空间数据库 l多媒体数据库系统 随着计算机应用领域的不断拓展，数据库的应用越来越广泛，数据库技 术的研究取得了重大突破。各种学科技术与数据库技术有机结合，使数 据库领域中新内容、新应用、新技术层出不穷，形成了各种新型的数据 库系统。 l工程数据库 l知识数据库系统 l科学数据库 l模糊数据库系统 *兰彬制作2数据库技术新进展 *兰彬制作3面向对象数据库系统l面向对象思想将现实世界中的任何事物均视为“对象”，将客观世界看成是由许多不同种类的对象构成的，不同对象之间的相 互联系和相互作用就构成了完整的客观世

2、界。l面向对象方法引入了对象、方法、消息、类、实例、继承性、 封装性等一系列重要概念。如今，面向对象的技术逐步扩展， 逐渐成为程序设计、系统设计的主要方法。l面向对象与数据库结合形成了面向对象数据库系统（Object- Oriented Database System，OODBS），它采用面向对象的数据 模型，使用面向对象的基本概念，引进类、继承性与封装性等 特性。 OODBS=“面向对象系统+数据库” *兰彬制作4面向对象数据库系统满足的标 准 首先是一个数据库系统，具有数据库管理的基本功能，如事务管理、存储 管理、永久性、交互式查询、完整性、安全性、并发处理、故障恢复等。 其次是一个面向对

3、象的系统，充分支持面向对象的概念和机制。支持面向 对象数据模型（Object Oriented数据模型，OO数据模型），具有运用各 种构造机制从简单对象组成复杂对象的能力，具有对象标识，具有封装性 ，具备类和类层次，并且支持继承性这一强有力的建模工具，具有扩充性 。 *兰彬制作5面向对象数据模型 l面向对象数据库支持的数据模型是面向对象数据模型（OO数据模型） 。面向对象数据模型是用面向对象的观点来描述对象的逻辑组织、关 系等。lOO数据模型的核心概念是对象。对象封装了属性和方法。具有相同属 性和方法的所有对象形成类，对象是类的实例。类之间存在继承、泛 化、组成等关系。l面向对象数据库（OOD

4、B）使用面向对象数据库语言（OODB语言）。 OODB语言用于描述面向对象数据库模式，包括对象定义语言（ODL） 和对象操作语言（OML）。其中ODL用于定义、生成、修改、删除类； OML用于生成、存储、查询、修改、删除类的实例（即对象）。 *兰彬制作6面向对象数据库的优点 l 面向对象数据库很好地克服了传统数据库系统的缺点。它既支持面向对象意义下的对象的创建和管理，又具有传统数据库系统数据管理的便利，尤其适合于需要管理复杂数据和计算繁多的工程类应用。l 面向对象数据库作为第三代数据库，具有前两代数据库无法比拟的优点，是新型数据库（如工程数据库、多媒体数据库、空间数据库、演绎数据库）实现的基础

5、。*兰彬制作7面向对象数据库的发展l以面向对象的程序设计语言为基础，增加数据库的功能，支持 面向对象模型，支持持久对象和实现数据共享。l以关系型数据库和SQL为基础扩展关系模型，增加面向对象的特 性，把面向对象技术与关系数据库相结合，建立对象关系数据 库管理系统（ORDBMS），这种系统既支持已经被广泛使用的SQL ，具有良好的通用性，又具有面向对象特性，支持复杂对象和 复杂对象的复杂行为，是面向对象技术和传统关系数据库技术 的最佳融合。不少的数据库产品都支持对象模型，这些数据库的体系结构 大体可以分为三类。 *兰彬制作8面向对象数据库的发展 l建立新的面向对象数据库系统，支持面向对象模式。利

6、用类 来描述复杂对象，用类中封装的方法来模拟对象的复杂行为 ，通过继承性来实现对象的结构和方法的重用。不少的数据库产品都支持对象模型，这些数据库的体系结构大 体可以分为三类。 目前，面向对象数据库还缺乏坚实的形式化理论的支持，没有一个切实可 行的标准，缺乏数据库的许多功能，以至产品之间的兼容性和可移植性比 较差，同时面向对象数据库也不能与关系数据库很好地兼容，所有这些都 制约了它的发展与应用，因此需要制定一个统一的标准并加以约束。 *兰彬制作9分布式数据库系统 随着计算机网络技术的飞速发展和应用范围的扩充，数据库 系统也需要满足网络应用的要求，集中式数据库系统越来越 表现出以下不足。l数据需要

7、在网络上分布存储，采用集中式处理，造成通信开 销大。l如果数据和应用程序集中在一台计算机上运行，一旦该计算 机发生故障，则整个系统受到影响，可靠性不高。l集中式处理导致系统的规模和配置都不够灵活，系统的可扩 充性差。*兰彬制作10分布式数据库管理系统l分布式数据库是由一组数据组成的，这些数据分布在计算机网 络的不同结点（亦称场地）上，逻辑上是属于同一系统的。 l物理上分散而逻辑上集中的数据库系统称为分布式数据库系统 （Distributed DataBase System，DDBS）。 l分布式数据库的特点: 分布性。数据库的数据存储在不同结点。 逻辑完整性。每个结点是独立的数据库系统，具有独

8、立处理 能力，可以执行局部应用，具有高度的自治。同时结点之间 又相互协作组成一个整体，对于用户来说，数据存储的分布 是透明的，逻辑上如同一个集中式数据库系统，用户可以在 任何一个结点执行全局应用。 l分布式数据库具有数据的分布性和逻辑的自治性与完整性，其 中逻辑完整性是非常重要的，不支持全局应用的数据库不能称 之为分布式数据库。 *兰彬制作11分布式数据库的类型 同构同质型DDBS：各个场地都采用同一类型的数据 模型（譬如都是关系型），并且是同一型号的DBMS。 同构异质型DDBS：各个场地采用同一类型的数据模 型，但是DBMS的型号不同，譬如DB2、Oracle、 Sybase、SQL Se

9、rver等。 异构型DDBS：各个场地的数据模型的型号不同，甚 至类型也不同。*兰彬制作12分布式数据库系统的特点 l物理分布性与逻辑整体性。l数据独立性。l集中与自治相结合的控制结构。l适当增加数据冗余度。l全局的一致性、可串行性和可恢复性。*兰彬制作13分布式数据库系统的优点 l局部响应速度快。l系统可靠性高，降低风险。数据分散存储后，通过适当的冗 余度可以提供较好的可靠性，避免了因为某个结点的故障而 造成全部瘫痪的后果。l易于集成现有的系统，经济性能好。l具有灵活的体系结构，可扩展性好。分布式数据库系统非常 容易扩展，在分布式数据库中增加一个新的结点，不影响现 有系统的正常运行。*兰彬制

10、作14并行数据库系统 并行数据库系统是并行技术与数据库技术结合的 产物，是在并行机上运行的具有并行处理能力的 数据库系统，是新一代高性能的数据库系统，具 有数据库操作的时间并行性和空间并行性。 *兰彬制作15并行数据库系统的特点 l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 ，通过不同查询的并行执行、同一查询内的子操作并行执行 、其他子操作并行执行等方式建立并行执行计划和优化查询 ，提高了并行数据库的查询效率。另外通过在多个磁盘上分 布存储，利用多个处理机对磁盘数据进行并行处理，从而解 决了磁盘“I/O”的瓶颈问题。l高可用性与可靠性 通过数据复制，提高了并行数据库系统数据库

11、的可用性与可 靠性。当一个磁盘损坏时，该盘上的数据在其他磁盘上的副 本仍可供使用，且无需额外的开销。另外数据复制与数据划 分技术相结合，可以保证当磁盘损坏时系统仍能并行访问数 据。 l可扩充性 通过增加处理和存储能力，并行数据库系统具有良好的可扩 充能力。*兰彬制作16并行数据库研究的问题 l并行体系结构。为了更好地将并行计算机与数据库结合，需要研究与并行 计算机结构相一致的并行数据库的体系结构及有关实现技术。l并行操作算法。为提高并行查询的效率，需要研究连接、聚合统计等数据 操作的并行算法。l并行查询优化。对并型操作的步骤进行优化组合，以进一步提高系统执行 效率。l并行数据库的物理设计。包括

12、数据分布算法的研究和数据库设计工具的研 究等。l并行数据库的数据加载和再组织技术。*兰彬制作17并行数据库系统的体系结构 l共享主存储器结构（Shared Memory，SM） 由多个处理机、一个共享内存（主存储器）和多个磁 盘存储器构成。多处理机和共享内存由高速通信网络 连接，每个处理机可直接存取一个或多个磁盘，即所 有内存与磁盘为所有处理机共享。SM的优点是实现简 单、负载均衡。 l共享磁盘结构（Shared Disk，SD） 多个有独立主存的处理机通过高速通信网络连接磁盘 存储器。每个处理机可直接存取任意磁盘存储器。SD 成本低、可扩充性好、可用性强、负载均衡、容易从 单处理机系统迁移。

13、但是实现起来较复杂。 l无共享资源结构（Shared Nothing，SN） 多个有独立主存和磁盘存储器的处理机通过高速通信 网络互连。集群计算环境实际上是一种典型的SN结构 。SN结构成本较低；共享资源最小化减少了由资源竞 争带来的系统干扰，任意增加处理机而不会增加机间 干扰，可伸缩性好；查询过程的网络通信量最小。但 是实现复杂、结点负荷难以均衡。 *兰彬制作18空间数据库 (1)l空间性 为了描述现实世界中的地物和地貌特征，每个空间对象都具 有空间坐标，描述了空间物体的位置、形态、空间拓扑关系 。空间性是空间数据区别于其他数据的标志特征。l抽象性 空间数据描述的是现实世界中复杂的地物和地貌

14、特征，必须 经过抽象处理。不同主题的空间数据库，人们所关心的内容 也有差别。l多尺度与多态性 不同的观察尺度具有不同的比例尺和不同的精度，同一地物 在不同的情况下就会有形态差异。*兰彬制作19空间数据库(2) l多时空性 空间数据具有很强的时空特性，既有同一时间不同空间的数 据系列，也有同一空间不同时间序列的数据。空间数据是包 括不同时空和不同尺度数据源的集成。l非结构化 空间对象没有固定的数据结构，属于非结构化数据。l多样性 空间数据表示的地物不仅具有空间信息，而且具有很多的非 空间的附属信息。如城市的人口，国民生产总值等，这些构 成了地理元素的属性信息。*兰彬制作20空间数据库模型(1)l

15、混合结构模型（Hybrid Model） 用两个子系统分别存储和检索空间数据与属性数据 ，其中属性数据存储在常规的RDBMS中，几何数据 存储在空间数据管理系统中，两个子系统之间使用 标识符联系。在检索目标时必须同时询问两个子系 统，然后将它们的回答结合起来。 l扩展结构模型（Extended Model） 采用同一DBMS存储空间数据和属性数据。在标准的 关系数据库上增加空间数据管理层，即利用该层将 地理结构查询语言（GeoSQL）转化成标准的SQL查 询，借助索引数据的辅助关系实施空间索引操作。 这种模型的优点是省去了空间数据库和属性数据库 之间的繁琐连接，空间数据存取速度较快，但查询 过

16、程复杂。 *兰彬制作21空间数据库模型(2)l统一模数据型（Integrated Model）在开放型DBMS基础上扩充空间数据表达功能。空间 扩展完全包含在DBMS中，用户可以使用自己的基本 抽象数据类型（ADT）来扩充DBMS。在核心DBMS中 进行数据类型的直接操作很方便、有效，并且用户 还可以开发自己的空间存取算法。该模型的缺点是 ，用户必须在DBMS环境中实施自己的数据类型，对 有些应用将相当复杂。 *兰彬制作22多媒体数据库系统 l多媒体数据库系统是多媒体技术与数据库技术的结合，它研 究的对象已从传统的单一的字符类型的信息媒体发展为包括 图形、图像、声音和字符的多种类型的信息媒体。l多媒体数据库系统需要采用多媒体数据模型反映和管理各种 媒体数据的特性，或各种媒体数据之间的空间或时间的关联 。l多媒体数据库允许对多媒体数据存储、加工、处理，例如能 实现媒体的混合、媒体的扩充、媒体的互换等操作。*兰彬制作23多媒体数据库系统 l多媒体数据库系统应提供比传统数据库管理系统更强的适合 非格式化数据查询的搜索功能，允许对非