分布式数据库系统体系结构

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1、第二章 分布式数据库 系统体系结构2.1 系统结构Architecture defines a systems structure with Components Functions of components, and Their interactionsPurpose of “reference architecture”: A framework for discussion Standardization2.1 系统结构DBMS Standardization Based on Components Based on Functions Based on data 最早的是基于数据组织

2、的ANSI/SPARC Architecture（external view, internal view, conceptual view）2.1 系统结构分布式数据库系统借助于通信网络完成 地理上分布存储的数据的逻辑集中管理 。系统提供给用户的是全局外层视图， 就象面对集中式数据库一样。全局外层 用户的应用请求分布成局部请求及局部 操作完成到结果提交及整个全局事务提 交等操作由系统自动完成。 2.1 系统结构DBMS系统结构见图2.1所示。 CMAPAPAPDPDPDPDBDBDB客户端软 件服务器端软件全局请求局部请求图2.1 DBMS系统结构用户用户用户其中： AP：应用处理器 DP：

3、数据处理器 CM：通信处理器 2.1 系统结构其中:应用处理器（AP） 用于完成分布数据处理的软件，如：处理访问多个场 地的请求，查询全局字典中分布信息等。 数据处理器（DP） 负责进行数据管理的软件，类似于一个集中式数据库 管理系统（DBMS）。 通信管理器（CM） 负责为AP和DP在多个场地之间传送命令和数据。2.1 系统结构不同系统的系统结构图。 APDPa. 集中库2.1 系统结构不同系统的系统结构图。 APAPDP1. b. 多客户/单服务器 (c/s)2.1 系统结构不同系统的系统结构图。 APAPDP1. b. 多客户/单服务器 (c/s)2.1 系统结构不同系统的系统结构图。

4、c. 多客户/多服务器 (mc/ms)APAPDPDP2.1 系统结构不同系统的系统结构图。 d. 服务器结构 APAPDPDP2.2 功能结构图2.3描述了DBMS的软件结构。图2.3 DBMS软件结构图 存储管理局部库局部日志用户接口查询处理全局字典管理全局字典全局事务管理网络接口全局恢复管理全局日志局部查询处理局部字典管理局部事务管理局部恢复管理局部字典CMDPAP2.2 功能结构各模块功能进行简要描述:1、AP功能：包括用户接口、查询处理、全局事务管理及全局字 典管理和全局恢复管理。（1）用户接口:检查用户身份，接受用户命令，如 ：SQL命令。（2）查询处理:将用户命令翻译成数据库命令

5、；生 成全局查询的分布执行计划；收集局部执行结果并 返回给用户。（3）事务管理:调度协调和监视AP和DP之间的分布 执行；保证复制数据的一致性；保证全局事务的原 子性。2.2 功能结构各模块功能进行简要描述:2、DP功能包括局部查询处理、局部事务管理及局部字典管理 和局部恢复管理。（1）局部查询处理实现全局命令到局部命令的转换。（2）局部事务管理执行局部数据操作；返回局部执行结果；保证子事务执行的正确性。2.3 模式结构 我国分布式数据库系统标准草案中给定的抽象为四层的 模式结构（见图2.4）。四层模式划分为：全局外层、全 局概念层、局部概念层和局部内层。模式与模式之间是 映射关系。ES1ES

6、2ESnGCSLISnLIS2LIS1LCS1LCS2LCSn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：全局模式 GCS：全局概念模式 LCS：局部概念模式 LIS：局部内模式图2.4 分布式数据库模式结构 2.3 模式结构 1、 全局模式（ES）全局模式定义全局用户视图，是分布式数 据库的全局用户对分布式数据库的最高层 抽象。全局用户使用视图时，不必关心数 据的分片和具体的物理分配细节。2.3 模式结构 2、 全局概念模式（GCS）-1全局概念模式定义全局概念视图，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。像集

7、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 再经过分片模式和分配模式映射到局部模式 。2.3 模式结构 2、 全局概念模式（GCS）-2分片模式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为局部数据逻辑结构。 每一个逻辑划分成一个分片。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 片.分配模式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。 2.3 模式结构 3、局部概念视图（LCS）局部概念模式定义局部概念视图，是全局概 念模式的子集。全局概念模式经逻辑划分后， 被分配到各局部场地上，局部概

8、念模式用于描 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。 2.3 模式结构 4、局部内模式（LIS）局部内模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 将数据库分为全局数据库和局部数据库。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 是虚拟的，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内层描述。全局用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

9、动实现 。2.4 Components of a Distributed DBMS 分布式数据库划分为全局外层、全局概念层、 局部概念层和局部内层。数据库可描述为虚拟 的全局数据库和局部场地数据库的逻辑集合。 全局数据库到局部数据库由分片和分配模式映 射描述。下面从软件模块组成对其进行进一步 描述（见图2.5）。 2.4 Components of a Distributed DBMS 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图2.

10、5 DBMS组成结构 2.4 Functional Schematic of an Integrated Distributed DBMS Global DB AdministratorApplication System AdministratorGCS ProcessorES ProcessorGD/DLocal Data ManagerLocal Data ManagerLocal DBAGCS Processor-1LD/DLocal IS ProcessorInternal DB Conceptual TransformationInt. Storage Int. DB Transf

11、ormation Enterprise Administrator2.5 分布式数据库系统分类 分布式数据库系统的分类很多。为全面、系统 地对分布式数据库系统进行分类，采用分布式 数据库的三个特性（分布性、异构性、自治性 ）组成的三维空间图来描述分布式数据库的类 型。1、三个基本特性-1分布性是指系统的各组成单元是否位于同一 场地上。分布式数据库系统是物理上分散、逻 辑上统一的系统，即具有分布性。而集中式数 据库系统集中在一个场地上，所以不具有分布 性。2.5 分布式数据库系统分类 1、三个基本特性-2异构性是指系统的各组成单元是否相同，不同为异 构，相同为同构。异构主要:数据异构性：指数据在

12、格式上、语法和语义上存 在不同。数据系统异构性：指各个场地上的局部数据库系 统是否相同。如：均采用ORACLE数据库系统的同 构数据系统。或某些场地采用SYBASE数据库系统 ，某些场地采用INFORMIX系统的异构数据库系统 。平台异构性：指计算机系统是否相同。如：均为 微机系统组成的平台同构系统或由VAX或ALPHA 系统等异构平台组成的系统。2.5 分布式数据库系统分类 1、三个基本特性-3自治性是指每个场地的独立自主能力。自治性通常由 设计自治性、通讯自治性和执行自治性三方面来描述 。根据系统的自治性，可分为集中式系统、联邦式系 统（Federated DB）和多库系统（Multi D

13、B）。集中式系统即为传统的数据库系统。联邦式系统：实现需要交互的所有数据库对之间的一 对一连接。 多库系统：是指若干相关数据库的集合。各个数据库 可以存在同一场地，也可分布多个场地。对多数据库 系统进行管理的软件称多数据库管理系统，多数据库 管理系统是对一组自治的数据库进行管理，并提供透 明访问。2.5 分布式数据库系统分类 2、分布式数据库系统分布图-分布式数据库 系统的分布图如下所示（见图2.7）： 图2.7分布式数据库系统分布图 集中集中集中MultiprocessorClient/server本书讨论（ 不区分） Client/server本书讨论（ 不区分）较多需求2.5 分布式数据

14、库系统分类 3、Distinction between DDB and MDB In MDB every local data manager is a complete DBMS with its own DDL, DML and TM In DDB there is only one data manager with its dependent component-data-manager at every local site2.6 MDBS Architecture 1、Model Using a Global Conceptual SchemaFig. 2.8 MDBS Archi

15、tecture with a GCSGCSGES1GES2GES3LES11LES12LES13LESn1LESn2LESnmLCS1LIS1LCSnLISn2.6 MDBS Architecture 2、Model Without a Global Conceptual SchemaFig. 2.9 MDBS Architecture without a GCSLCS2ES1ES2ES3LCS1LIS2LCS3LIS1LIS3MultidatabaselayerLocal systemlayer2.6 MDBS Architecture 3、Components of an MDBSUSER

16、Multi-DBMS LayerQueryProcessorTransaction ManagerSchedulerRecovery Manager Runtime Support Processor DBMSUser requestsSystem responsesQueryProcessorTransaction ManagerSchedulerRecovery Manager Runtime Support Processor DBMS2.7字典信息的组织 数据库系统中采用数据字典存储数据库定义、 管理等信息。数据库系统中字典信息分全局字 典和局部字典，其的组织分两种方式：集中式 字典和分布式字典。 集中式字典是系统中的字典信息集中存储在某个场地存 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