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1、1,数据库系统与技术（8） -基于网络的数据库技术,汤 庸 博士 ,信息科学与技术学院计算机科学系 协同软件研究开发中心,2,基于网络的数据库技术,网络是现代数据库应用基本平台和环境 分布式数据库网络环境数据库基础理论 Web数据库技术 现代信息系统基本模式 XML数据库网络信息交换标准 网络数据库应用 移动数据库技术 Web信息搜索 ,3,分布式数据库概念,分布式数据库(distributed database，DDB)是由一组数据库组成，这些数据库分散在计算机网络的不同计算实体之中，网络中每个结点都具有独立处理数据的能力，即是场地自治的，可以执行局部应用，同时也可以通过网络通信系统执行全
2、局应用。 分布式数据库本质上是一种虚拟的数据库，它的各个组成部分都物理地存储在于不同地理场地的不同数据库中。,4,分布式数据库概念,基本特征： 物理分布性 数据库中数据不是存储在同一场地，而是存储在不同计算机设备当中。 逻辑整体性数据在物理上分散存储，但在逻辑上相互关联，构成整体，数据被所有用户（全局用户）共享，有一个DDBMS统一管理。 场地自治性 各个场地数据由本地DBMS管理，具有自治处理能力，完成本场地的应用（局部应用）。 场地间协作性 各个场地具有高度自治，但又相互协作构成一个整体。对用户来说，使用DDBS如同使用集中式数据库一样，可以在任何一个场地执行全局应用。,5,分布式数据库管
3、理系统,分布式数据库管理系统（distributed database management system，DDBMS）是一组负责管理分布式环境下逻辑集成数据存取、一致性和完备性的软件系统。由于数据上的分布性，DDBMS在管理机制上还必须具有计算机网络通信协议的分布管理特性。,6,分布式数据库管理系统,分布式数据库管理系统基本功能 接受用户请求，并判定将其发送到何处，或必须访问哪些计算实体才能满足要求。 访问网络数据字典，了解如何请求和使用其中信息。 如果目标数据存储与系统的多台计算机上，对其进行必须的分布式处理。 在用户、局部DBMS和其它计算实体的DBMS之间进行协调，发挥接口功能。 在异
4、构分布式处理器环境中提供数据和进行移植的支持，其中异构是指各个场地的硬件、软件之间存在着差别。,7,分布式数据库系统,分布式数据库系统（Distributed Database System，DDBS）由DDB和DDBMS组成，其要点是系统中的数据物理上分布存放在通过计算机网络连接的不同场地计算机中，这些数据在逻辑上是一个整体，由系统统一管理并被全体用户共享，每一个场地都有自治即独立处理能力以完成局部应用，而每一场地也参与至少一种全局应用，并且通过网络通信子系统执行全局应用。,8,分布式数据库系统,分布式数据库系统基本性质。 数据分布透明性质:用户或应用程序不必关心数据的逻辑分片、数据物理位置
5、分配细结以及各个场地数据库使用何种数据模型，可以像使用集中式数据库一样对物理上分布的数据库进行数据操作。 集中与自治相结合控制机制:在DDBS中，数据共享有两个层面，一是局部共享，即每个场地上各个用户可以共享本场地上局部数据库中的数据，以完成局部应用；二是全局共享，即系统中用户可以共享各个场地上存储的数据，以完成全局应用。相应控制机构也就分为两个层面：集中控制和自治控制。局部DBMS独立管理局部数据库，具有自治功能，同时系统也设有集中控制机制，协调各个局部DBMS工作，执行全局管理功能。,9,分布式数据库系统,分布式数据库系统基本性质。 适度数据冗余性质 。在DDBS中，数据冗余却可以作为提高
6、系统可靠性、可用性和改善基性能的基本技术手段。当一个场地出现故障时，通过数据冗余，系统就可以对另一个场地相同副本进行操作，从而避免了因个别场地故障而使得整个系统出现瘫痪。同时，系统也可通过选择距离用户最近的数据副本进行操作，减少通信代价，改善整个系统性能。 事务管理分布性质:数据分布引发事务执行和管理分布，一个全局事务执行能够分解为在若干个场地子事务（局部事务）的执行。,10,分布式数据库体系结构,11,分布式数据库体系结构,12,分布式数据存储,1.数据分片技术 为了能将数据存储到不同物理位置的物理存储器上，要首先将数据分片，即将给定的关系分割为若干个片段，但用户感觉不到数据分片，用户能感觉
7、到的仍然是一个完整的数据视图，故而在数据分片时要注意这样几个问题：分片存储后的数据重构后仍然是完整的；由于数据存储在不同的存储器上，在数据传输时网络开销很大，所以在数据分片时要根据用户的需求较好地组织数据的分布，尽量将经常使用的数据放在本地存储，这样大部分的数据存储操作在本地进行，能减少大量的网络开销。 数据分片有“水平分片”、“垂直分片”、“导出分片”和“混合分片”四种基本方式。,13,分布式数据存储,2.数据冗余技术 当关系R是以冗余方式存储时，在两个或两个以上场地都存有R的副本。在最极端情况下，系统的每个场地都可以存有R的一个副本，这就是全部冗余。,14,分布式数据查询处理,查询处理是用
8、户与数据库之间的接口。在分布式环境下，查询可以分为“局部查询”、“远程查询”和“全局查询”三种类型。 局部查询和远程查询涉及单一场地上本地或远程的数据，仍可以采用集中式查询的方法来进行查询，集中查询的开销为数据的存取延迟时间。 全局查询涉及的数据分布在多个场地，其中包括场地之间数据交换，其还应当加上“存取延迟时间”和“传输的数据量/数据传输速度”。此时，数据传输速度是一个相对常量，其取决于通信场所之间的通信速度，但存取延迟时间和传输的数据量的值就取决于查询处理所采取的存取策略。采用不同的存取策略，处理时间的差别是很大的，这种差别可以高达几个数量级。好的查询存取策略能使存取延迟时间和传输的数据量
9、这两个参数的值尽量小，从而减少查询所花费的时间。,15,分布式数据事务处理,在集中式的环境中，事务具有ACID(原子性、一致性、隔离性和持久性)特性，事务是在单个场地上的单个处理器(该处理器只需要与一个调度器和一个日志管理器进行通信)所执行的一段代码，而在分布式的环境中，数据分布导致了一个事务可能涉及多个场地的处理，事务可以看作由一些相互通信的子事务构成，每个子事务位于不同的场地。为了继续保持事务的ACID特性，有两个问题需要考虑： 如何管理分布式事务的提交和中止？分布式事务的原子性要求组成事务的所有子事务要么全部提交，要么全部回滚。 在多用户的环境中，如何保证涉及多个场地的分布事务的可串行性
10、？ 以上两个问题就是分布式事务两个主要讨论的部分，即事务的恢复控制和并发控制。,16,Web数据库技术,何谓WEB数据库？一种Web环境数据库访问模式 它并不是简单的网络技术，或者简单的数据库技术，而是以后台数据库为基础的，加上一定的前台程序，通过浏览器完成数据存储、查询等操作的系统。也就是说它即包含了网络上通用的技术，还包括的数据库技术以及相应的数据库连接访问技术。 它充分发挥DBMS高效的数据存储和管理能力，以Web这种浏览器/服务器（B/S）模式为平台，将客户端融入统一的Web浏览器，为Internet用户提供使用简便、内容丰富的服务。,17,Web数据库技术,WEB数据库的优点： 借用
11、现成的浏览器软件，无需开发数据库前端：如果能够通过WWW来访问数据库，我们就不需要开发客户端的程序，使用的数据库应用都可以通过浏览器来实现，界面统一，也减少了培训费用，能使广大用户很方便地访问数据库信息。 标准统一，开发过程简单：HTML是WWW信息地组织方式，是一种国际标准，开发者甚至只需学习HTML一种语言，使用者只需学习一种界面-浏览器界面。 交叉平台支持：几乎在各种操作系统上都有现成的浏览器可供使用，为一个WWW服务器书写的HTML文档，可以被所有平台的浏览器所浏览，实现了跨平台操作。,18,Web数据库技术,典型Web数据库系统结构,Web浏览器,Web服务器,数据库服务器,CGI程
12、序,API,JDBC,19,Web数据库技术,CGI的典型操作过程是：分析CGI数据；打开与DBMS的连接；发送SQL请求并得到结果；将结果转化为HTML；关闭DBMS的连接；将HTML结果返回给Web服务器。 服务器API一般作为一个DLL提供，是驻留在WWW服务器中的程序代码，其扩展WWW服务器的功能与CGI相同。WWW开发人员不仅可以API解决CGI可以解决的一切问题，而且能够进一步解决基于不同WWW应用程序的特殊请求。各种API与其相应的WWW服务器紧密结合，其初始开发目标服务器的运行性能进一步发掘、提高。,20,Web数据库技术,JDBC是一种可用于执行SQL语句的JavaAPI。它
13、由一些Java语言写的类、界面组成。JDBC给数据库应用开发人员、数据库前台工具开发人员提供了一种标准的应用程序设计接口，使开发人员可以用纯Java语言编写完整的数据库应用程序。通过使用JDBC，开发人员可以很方便地将SQL语句传送给几乎任何一种数据库。也就是说，开发人员可以不必写一个程序访问Sybase，写另一个程序访问Oracle，再写一个程序访问Microsoft的SQLServer。用JDBC写的程序能够自动地将SQL语句传送给相应的数据库管理系统（DBMS）。,21,XML数据库技术,什么是XML？XML(Extensible Markup Language), 意为可扩展的标记语言
14、）,是一套定义语义标记的规则，这些标记将文档分成许多部件并对这些部件加以标识。它也是元标记语言，即定义了用于定义其他与特定领域有关的、语义的、结构化的标记语言的句法语言。,22,XML数据库技术,XML是数据库吗？ XML 数据库是一种Web 数据库,它是可以对XML 文档进行存取管理和数据查询的数据库,是一个能够在应用中管理XML 数据和文档的数据库系统。简单一点说,XML 数据库就是一个XML 文档的集合,这些文档是持久的并且是可以操作的。 XML数据库是可以对XML文档进行存取管理和数据查询的数据库。 XML数据库主要有两种类型： NXD ，Native XML Database） XE
15、DB ，XML-enable database）。,23,XML数据库技术,XML文档具有“可自描述“、“无限嵌套“、“树形结构“等特点，因此在某种意义上，一个XML文档就是一个数据库或其中的一张表。 下面XML文档Student.xml，描述了一个学生的信息：学号、姓名等。我们可以很方便的将其对应于传统RDBMS中一张二维表(table)：标签student为行，标签id、name等作为列。 19803001 Johnson Jack . Fig 1 Student.xml 可以把相关的XML文档放在一个目录下，利用文件系统来管理，提供查询、更改、增删操作。为更好地支持XML，W3C还制定
16、了一些相关技术，如：文档模式(DTD、XML Schema)，查询语言（XPath、XQuery等），编程接口（DOM、SAX等），来方便开发应用程序。,24,XML数据库技术,XML数据库由哪几部分组成？ XML本身是不是数据库，XML仅仅意味着XML文档。当XML文件被用于数据存储管理时， XML和它相关的技术结合就组成一个数据库管理系统，目前XML数据库系统主要以下由四部分组成： DTD或者Schemas是XML数据库数据模型，对XML数据库内容的存储了访问都依据该模型。在模型中规定了元素（elements）、属性（attributes）、PCDATA以及文档内容的顺序。 XML文档是XML数据库的数据区，一个XML文档就是一个基本的存储单元，相当于关系数据库中的一个表格。 XQuery, XPath, XQL, XML-QL, QUILT是数据库查询语言。 SAX、JD
