第三章分布式数据库的设计
论分布式数据库的设计与实现
论分布式数据库的设计与实现摘要：本文讨论某高校管理信息系统中分布式数据库的设计与实现。
该系统架构设计采用C/S与B/S混合的架构方式。
在全局数据与各院系的数据关系中，采用水平分片的方式；在全局数据与各部门之间，以及数据库服务器与Web数据库服务器的数据关系中，采用垂直分片的方式。
设计过程中采用了基于视图概念的数据库设计方法。
开发过程中在数据集成、测试、分布式数据库部署等方面做了大量的工作。
并使用合并复制的方式有效地解决了分布式数据库中数据同步的问题。
关键词：分布式数据库架构设计应用数据集成合并复制针对某高校管理信息系统的开发，该高校共有三个校区，总校区和两个校区，教务处等校级行政部门在总校区办公，15个院、系分布在两个校区。
在工作中它们处理各自的数据，但也需要彼此之间数据的交换和处理，如何处理分散的数据和集中的管理是一个难题。
学校信息系统中复杂而分散的数据信息之间的交换、相互转换和共享等问题是系统开发要解决的关键性问题，分布式数据库系统技术为解决这个问题提供了可能。
1、系统的架构设计采用分布式的C/S与B/S混合的架构方式。
各院系、部（室）通过局域网直接访问数据库服务器，软件采用C/S架构；其它师生员工通过Internet访问Web 服务器，通过Web服务器再访问数据库服务器，软件采用B/S架构。
学校各部门之间工作时数据交互性较强，采用C/S架构可以使查询和修改的响应速度快；其它师生员工不直接访问数据库服务器，能保证学校数据库的相对安全。
2、数据的分布从全局应用的角度出发，将局部数据库自下而上构成分布式数据库系统，各系部存放本机构的数据，全局数据库则存放所有业务数据，并对数据进行完整性和一致性的检查，这种做法虽然有一定的数据冗余，但在不同场地存储同一数据的多个副本，能提高系统的可靠性和可用性，也提高了局部应用的效率，减少了通讯代价。
将关系分片，有利于按用户需求组织数据的分布，根据不同的数据关系采用了不同的分片方式：（1）在全局数据与各院系的数据关系中，由于各院系的数据是全局数据的子集，采用了水平分片的方式。
轻量级分布式数据库系统的设计与优化
轻量级分布式数据库系统的设计与优化随着互联网和大数据的时代的到来，数据的规模越来越大，传统的数据库系统已经不能满足业务需求，因此分布式数据库系统成为了一种解决方案。
在分布式数据库系统中，由多个节点组成的集群共同管理数据，提高了数据的可靠性、可用性和性能。
轻量级分布式数据库系统是一种小巧灵活的数据库系统，在特定场景下可以发挥较好的性能和可靠性。
本文将讨论轻量级分布式数据库系统的设计与优化。
一、轻量级分布式数据库系统的架构轻量级分布式数据库系统的架构通常包括数据节点、逻辑节点和协调节点三个部分。
数据节点：负责存储和管理数据，可以是单机或者集群。
逻辑节点：负责处理客户端的请求，将请求发送给数据节点，然后将结果返回给客户端。
协调节点：负责协调数据节点和逻辑节点的工作，包括节点的加入、退出、负载均衡和数据分片等。
轻量级分布式数据库系统的架构相对简单，仅仅包含几个节点，这样可以提高系统的可维护性和可扩展性。
二、轻量级分布式数据库系统的优化1、数据分片轻量级分布式数据库系统的数据节点通常采用分片的方式存储数据，将数据划分成多个片段并分散在不同的数据节点上，以提高系统的可用性和性能。
数据分片可以使系统负载均衡，减少单个节点的压力，同时也可以提高故障恢复能力。
2、副本机制轻量级分布式数据库系统的数据节点通常采用副本机制，将数据复制到多个节点上，以提高数据的可靠性和可用性。
在数据节点故障时，可以快速进行数据恢复，保证系统服务的可用性。
副本机制的成本相对较高，因此需要取得平衡，根据实际情况来进行数据备份。
3、索引优化索引是分布式数据库系统的重要组成部分，它可以提高查询性能。
在设计索引时，需要考虑索引的复杂度和查询频率，以及数据的更新频率。
同时也需要根据数据分片情况来设计索引，使索引分布均匀，避免单点故障。
4、负载均衡在分布式数据库系统中，负载均衡是非常重要的。
负载均衡可以使系统的资源利用率最大化，并且能够动态调整负载，解决性能瓶颈问题。
分布式数据库总结(申德荣)
第一章分布式数据库系统概述一、分布式数据库的发展1、分布式数据库的发展：①集中式数据库管理系统的局限性：a.通讯瓶颈；b.响应速度。
②推动分布式数据库发展的动力：a.应用需求；b.硬件环境的发展。
二、分布式数据库系统的定义：分布式数据库系统，通俗地说，是物理上分散而逻辑上集中的数据库系统。
分布式数据库系统使用计算机网络将地理位置分散而管理和控制又需要不同程度集中的多个逻辑单位（通常是集中是数据库系统）连接起来，共同组成一个统一的数据库系统。
三、分布式数据库系统的特点：a.物理分布性：数据不是存放在一个站点上b.逻辑整体性：是与分散式数据库系统的区别c.站点自治性：是与多处理机系统的区别d.数据分布透明性e.集中与自治相结合的控制机制f.存在适当的数据冗余度g.事务管理的分布性四、分布式数据库系统的分类按局部数据库管理系统的数据模型分类：同构性（homogeneous）（分为同构同质型和同构异质型）DDBS和异构性(heterogeneous)DDBS按分布式数据库系统的全局控制系统类型分类：全局控制集中型DDBS，全局控制分散型DDBS，全局控制可变型DDBS。
五、分布式数据库中数据的独立性和分布透明性所谓数据独立性是指用户或用户程序使用分布式数据库如同使用集中式数据库那样，不必关心全局数据的分布情况，包括全局数据的逻辑分片情况、逻辑片段站点位置的分配情况，以及各站点上数据库的数据模型等。
也就是说，全局数据的逻辑分片、片段的物理位置分配，各站点数据库的数据模型等情况对用户和用户程序透明。
所以，在分布式数据库中分布独立性也称为分布透明性。
六、分布式数据库系统的体系结构、组成成分集中式数据库管理系统结构：a. DB（数据库）b. DBMS(集中式数据库管理系统)c. DBA(数据库管理员)分布式数据库管理系统（DDBMS）结构：a. LDB（局部数据库）b. GDB（全局数据库）c. LDBMS (局部数据库管理系统)d. GDBMS (全局数据库管理系统)e. LDBA（局部数据库管理员）f. GDBA (全局数据库管理员)七、分布式数据库系统的特性：1. 数据透明性：a.分布透明性b. 分片透明性c. 复制透明性2. 场地自治性：a. 设计自治性b. 通信自治性c. 执行自治性八、分布式数据库系统的优点:分布式数据库系统是在集中式数据库系统的基础上发展来的，比较分布式数据库系统与集中式数据库系统，可以发现分布是数据库系统具有下列优点：1.更适合分布式的管理与控制。
《分布式数据库原理与应用》课程教案
《分布式数据库原理与应用》课程教案第一章：分布式数据库概述1.1 课程介绍介绍分布式数据库课程的基本概念、目的和意义。
1.2 分布式数据库基本概念解释分布式数据库的定义、特点和分类。
1.3 分布式数据库系统结构介绍分布式数据库系统的常见结构及其组成。
1.4 分布式数据库系统的研究和发展概述分布式数据库系统的研究背景和发展历程。
第二章：分布式数据库的体系结构2.1 分布式数据库的体系结构概述介绍分布式数据库的体系结构及其功能。
2.2 分布式数据库的体系结构类型讲解分布式数据库的体系结构类型及其特点。
2.3 分布式数据库的体系结构设计原则探讨分布式数据库的体系结构设计原则和方法。
2.4 分布式数据库的体系结构实现技术分析分布式数据库的体系结构实现技术及其应用。
第三章：分布式数据库的数据模型3.1 分布式数据库的数据模型概述解释分布式数据库的数据模型及其重要性。
3.2 分布式数据库的分布式数据模型介绍分布式数据库的分布式数据模型及其特点。
3.3 分布式数据库的分布式数据模型设计方法讲解分布式数据库的分布式数据模型设计方法及其应用。
3.4 分布式数据库的分布式数据模型实现技术分析分布式数据库的分布式数据模型实现技术及其应用。
第四章：分布式数据库的查询处理4.1 分布式数据库的查询处理概述介绍分布式数据库的查询处理及其重要性。
4.2 分布式数据库的查询处理策略讲解分布式数据库的查询处理策略及其特点。
4.3 分布式数据库的查询优化技术分析分布式数据库的查询优化技术及其应用。
4.4 分布式数据库的查询处理实现技术探讨分布式数据库的查询处理实现技术及其应用。
第五章：分布式数据库的安全性与一致性5.1 分布式数据库的安全性概述解释分布式数据库的安全性及其重要性。
5.2 分布式数据库的安全性机制介绍分布式数据库的安全性机制及其特点。
5.3 分布式数据库的一致性概述解释分布式数据库的一致性及其重要性。
5.4 分布式数据库的一致性机制讲解分布式数据库的一致性机制及其特点。
分布式数据库系统的设计与优化
近年来，计算机技术的发展日新月异，借助于计算机网络而崛起的数据库技术已不断渗透到了社会生活的各个领域．分布式数据库系统是数据库技术的一种，它的产生，使在地理上、组织上分散的单位得以实现信息、数据共享，使系统的可靠性、可用性等得到了明显的改善和提高．因此，如何优化分布式数据库系统，如何更高效地实施数据库查询等问题便显得尤为重要，它关系着整个系统性能和系统效率等诸多关键因素的完善和提高．1分布式数据库的定义分布式数据库系统的基础是集中式数据库，但是比集中式数据库具有更大的可扩展性，它适用于单位和企业的各下属、分散部门，允许将分工后的针对性较强的各部门数据存储在本地存储设备上，从而提高用户操作应用程序的反馈速度，在一定程度上降低网络通信费用．分布式数据库系统可以分为两种：一是物理分布逻辑集中，即在物理上是分布的，在逻辑上是一个统一整体，这类数据库系统比较适用于用途单一、专业性强的中小企业或部门；二是无论在物理上或是逻辑上都是分布的，这种分布式数据库系统类型称为联邦式，此类型主要用于集成大范围数据库，因为该系统主要由用途迥异、差别明显的数据库组成．分布式数据库的物理分布性主要表现在数据库中的数据分别存储在不同的地域内或主机上，而逻辑集中性主要表现在无论用户处于哪个位置或使用本局域网中的哪台主机，都可以通过应用程序对数据库进行操作，但这些数据库具体的分布位置用户并不需要知道，就如同数据库存储在本机，并且由本机的数据库管理系统进行管理．2分布式数据库系统的特点２．１数据的独立性和分布的透明性数据的独立性可以说是分布式数据库系统的核心和目标，而分布的透明性表现在用户在操作带有数据库的应用程序时，不必了解数据存储的具体物理位置，不必关心数据逻辑集中的区域，也不必验证本地系统支持哪些数据模型．分布透明的特点，在很大程度上增加了应用程序的可移植性．２．２集中和自治相结合对于分布式数据库系统来说，数据共享分为两层：局部共享和全局共享．局部共享是相对于局部数据库而言的，存储在局部数据库中的一般是专门针对本地用户的常用数据；全局共享就是说在各个分布的数据库区域，也能够支持系统在全局上的应用，可以存储可供本网中其他位置的用户共享的数据．那么对于这两层数据共享的分类，就有相应的两种控制方式，即集中和自治，各个局部的数据库管理系统可以对本区域的数据库实施独立管理，称为自治；与此同时，为了协调各个局部数据库管理系统，为了宏观、整体地把握各局部数据库的运行情况等，系统还设置了集中控制的工作方式．２．３易于扩展性由于单位、企业等的数据量越来越庞大，对于数据库服务器的需求也越来越多．如果服务器的应用程序支持水平方向的扩展，那么就可以通过多增加服务器来分担数据的处理任务．3分布式数据库系统的设计３．１设计的原则３．１．１分布式数据库系统的主要设计原则是本地和近地．所以，在设计的过程中，应当尽量实现数据的本地化，这样可以有效减少数据节点之间的相互通信，从而提高整个系统的效率．３．１．２为了改善和提高数据库数据的可用性和可靠性，有时候在分布式数据库系统中可以将数据保存为副本，如果数据的其中一个副本被损坏或者不能使用，那么在网络环境中的另一个节点中可以对损坏的副本进行恢复．不过，在恢复的同时有可能增加冗余的数据，所以在设计分布式数据库系统时应当全面考虑最优的数据冗余程序，从而减少数据库更新的成本．３．１．３在用户通过应用程序对数据库进行操作的时候，分布式数据库系统应当将总的工作量分流到网络环境中的各局域节点，从而提高了应用程序的执行效率、扩大了数据传输的并行度、充分利用了各局域节点计算机的资源．因此在设计分布式数据库系统的同时，要将负荷合理地分流．３．１．４在设计分布式数据库系统时，要对网络各局域节点进行存储能力的统筹，对有限的存储控件进行合理的规划．３．２设计的内容与集中式数据库的设计相类似，分布式数据库系统也包括了数据库和应用．其中，数据库的设计又包括全局的模式设计和局部的模式设计．分布式数据库系统设计的关键是Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．１０Ｏｃｔ．２０１２赤峰学院学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｆｅｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）第２８卷第１０期（下）２０１２年１０月分布式数据库系统的设计与优化左翔，姜文彪（安徽医科大学计算机系，安徽合肥２３００３２）摘要：分布式数据库是数据库技术和网络技术相结合的产物，本文从分布式数据库系统的定义和特点入手，介绍了其设计、优化的目标以及优化的方法．关键词：分布式数据库系统；设计；优化中图分类号：ＴＰ３１０文献标识码：Ａ文章编号：１６７３－２６０Ｘ（２０１２）１０－００２０－０２２０－－如何划分全局模式并且映射到站点．分布式数据库系统的设计方法大致有：自顶向下设计、自底向上设计以及混合方法．本文采用自顶向下的设计方法．本文采用自顶向下的设计方法．分布式数据库在进行自顶向下设计时，是以一个全局并且和站点无关的模式作为输入，以产生分布式数据库各个站点的子模式为输出，并且将数据的分片设计以及片段的位置分配设计包含在内．所谓分片，就是把一个全局的对象（关系或者实体）细化，分成若干个逻辑的片段；所谓分配，就是将各个片段映射到一或多个站点．具体的设计步骤如下：首先进行需求分析，然后进行概念设计，即将通过需求分析得到的需求抽象为Ｅ－Ｒ图．接下来进行逻辑设计，就是将得到的Ｅ－Ｒ图转换为对应数据模型所符合的某个逻辑结构，比如说关系模型．之后进行物理设计，确定数据库的物理结构，对数据库的物理结构进行相应的评价．然后开始收集一些与分布相关的信息，比如说水平分片的划分、各个站点激活每个应用的频率等等．最后进行分布设计，这个步骤用来产生全局数据的分片模式以及产生片段的位置分配模式，这里的分配模式用于描述分配于各个站点的数据的情况．分布设计阶段又包含了四个过程，设计分片、非冗余的分配、冗余的分配、重构局部模式．4分布式数据库系统的优化在分布式数据库系统的各项参数中，查询效率无疑是至关重要的一个指标，优化分布式数据库系统的查询效率，需要我们增加有效的查询算法和手段，尽量避免由于数据库分布而给查询操作带来的通信开销．４．１优化的目标所谓优化，主要强调的是查询的快捷，尽量缩减用于查询的时间开销．总结起来即：（１）使处于网络中的数据传输量降低至最小．（２）使用户通过应用程序操作数据库时的反馈时间最短．４．２具体优化方案任何一个数据库系统都由各种各样的关系组成，也就是通常所说的关系数据库．分布式数据库系统的实现语言是关系的演算，正是这种算法实现了核心数据库和局域节点数据库之间的透明接口．当然，要想从算法上进行优化，那么需要考虑的因素多且繁杂，在查询优化的过程中，不能局限于某种固定的原则，应当按照实际的环境和需要来加以选择．４．２．１基于关系代数等价变换的查询优化这种优化的方法是从关系代数表达式入手．首先分析得到的查询树，然后对查询树进行从全局到片段的变换，得到基于片段的查询树．最后通过关系代数等价变换的算法，尽量将选择和投影操作先进行，以达到优化目的．进行这种优化需要几次转换，首先将该查询问题转换为标准的关系代数表达式；其次将得到的关系代数表达式转换成查询树；最后将得到的全局的查询树分段，拆分为基于片段的查询树．这种方法利用关系代数等价变换的规则，对查询树进行优化，从而优化查询．４．２．２基于半连接算法的查询优化半连接算法通常有两次传输，但是传输的数据量远比传输整个关系要少，一般有这样的关系：Ｔ半＜＜Ｔ全．半连接算法有着独特的优点，如果ｃａｒｄ（Ｒ）＞＞ｃａｒｄ（Ｒ’），那么可以将站点之间的数据传输量减少．半连接算法的基本原理就是在与另一个站点做连接之前，把无关的数据消除，把连接操作的数据量减少，最终达到减少传输代价的目的．半连接优化算法的具体实现步骤：首先，计算出每一种半连接方案所要的代价，从而挑选出最佳的方案；其次，选择传输付出代价最小的站点，并计算采用全连接方案使所要付出的代价，将以上两种方案做对比，最终选取最优的方案．４．２．３基于直接连接算法的查询优化所谓的直接连接操作，是相对于半连接操作而言的．当数据库的设计采用半连接方案时，认为传输的费用是最主要的；采用直接连接方案时，认为局部的处理费用是最主要的．根据侧重点不同来选择不同的方案．直接连接操作的常用策略：当两个关系处于同一个站点时，算法和集中式数据库的相同．通常，根据扫描顺序的不同，一个是外层的关系，比如Ｒ；对应的，一个是内层的关系，比如Ｓ．策略一是嵌套循环，即按照顺序扫描外层的关系，如果是Ｒ，那么扫描Ｒ每个元组的内层关系Ｓ，然后查找元组，这些元组在连接属性上一致．最后把相匹配的元组相结合，使之成为组成结果的一部分．策略二是排序扫描法．即首先按照连接属性将两个关系进行排序，然后扫描这两个关系，扫描时按照连接属性值的相应顺序，使得相匹配的元组成为结果的一个组成部分．当两个关系处在不同的站点时，除了需要考虑局部的代价，还需要考虑传输的代价．传输的方式有两种，整体传输方式和按需（需要）传输方式．站点连接方法的选择有三，分别是Ｒ所在的站点、Ｓ所在的站点以及除此之外的第三个站点．除了运用直接连接操作策略来优化查询外，还可以通过并行的直接连接策略来进行优化工作，而操作与操作之间的并行，包括流水线的并行、独立的并行等，都有积极作用．5结语本文在介绍分布式数据库系统特点的基础上，给出了一个可用性强的分布式数据库系统的设计方案，并且详细描述了该方案中的系统功能结构，以及系统数据库设计等，并对分布式数据库的查询优化方法进行了分析和阐述．分布式数据库系统由于控制管理方便、结构灵活响应快、可靠性和可用性高等优点，已经逐步应用于现代生活的各个方面，我们必须不断地寻找更加方便快捷的查询优化方法，才能保障分布式数据库系统稳定、长足的发展．———————————————————参考文献：〔1〕申德荣，于戈.分布式数据库系统原理与应用.机械工业出版社，2011.〔2〕钱郭锋，刘波，陈瑁.分布式数据库系统的设计与实现.现代测绘，2010(03).〔3〕李文虎.分布式数据库系统的设计浅析.科技资讯，2009(34).〔4〕邵佩英.分布式数据库系统及其应用.科学出版社，2005.〔5〕彭岩.基于大系统理论的分布式数据库的设计与分析.计算机工程，2005(07).〔6〕任瑞娟.基于分布式数据库构建分布式本体的方案设计.中国图书馆学报，2006(04).２１－－。
S1000D研发文档详解第三章
第三章S1000D系统研发物理架构导语任何IT系统研发与具体业务系统架构设计，首先要对该系统对象的总体业务架构进行详细调研、用户需求分析和数据存储技术决策分析。
S1000D标准中构建了一个公共资源数据库（CSDB）基础理论与概念，其核心要素主要体现在数据信息的存储与输入输出采用数据模块方式，存储对象与输入输出数据信息主要基于XML电子文档标准，数据处理机制为元素（参数）、属性（参数）和XML Schema 模式等作为系统研发的三大要素约束组成。
为了进一步理解S1000D标准中的公共（通用）资源数据库（CSDB）基本涵义，本章将简要介绍其他几种类型数据库基本架构。
一、分布式数据库一般介绍A、简述任何IT系统研发，在初始阶段，一定会面临这样一个问题，那就是如何满足构建高效、规范、安全、可靠、可控的计算机信息技术体系的管理要求。
纵观近年来各行各业相关海量数据快速增长，多用户、多频次、远程离线和在线查询等所带来主要挑战是数据掘取、快速处理与响应需求大幅提高。
同时，有可能伴随着数十倍的数据交换高峰（浪涌式）压力，以及用户对数据需求复杂度分析、快速响应的诉求增加等。
通常，几十年来的传统数据库在处理此类应用场景时，就数据库技术的扩展性、运行性能、吞吐量和可靠性等方面已经遇到了明显瓶颈，目前采用的主流技术是通过业务拆分、硬件系统扩容、负载均衡技术或设备不断升级、软件体系不断重构等方式来应对，这样会造成企业在计算机设备上不断投入、系统维护和人力资源成本螺旋式不断攀升。
目前面对互联网大数据技术业态不断发展，各种数据信息交互和存储也呈现几何级数增长情况下，首先要针对S1000D标准和规范定义下的数据产生、维护，和IT系统如何去管理和应对，应该有个比较清新认识才行。
§、基于S1000D标准的数据产生与存放，所对应的基础数据模块（DM）生成，若是按照数据模块编码（DMC）所构成数据模块数量（简单数量）来看，文件个数的饱和容量可能为36位字符的17次方---36位字符的47次方之多，这仅是数据信息对应的文件名要素（编码资源），其中还要包括数据库系统本身运行的物理资源占有。
分布式数据库系统的设计与性能优化
分布式数据库系统的设计与性能优化在当今信息化快速发展的时代，数据成为了企业运营的核心资源，而数据存储与处理的效率和安全性显得尤为重要。
传统的中心化数据库系统可能在某些场景下表现出瓶颈，因此分布式数据库系统应运而生。
本文将探讨分布式数据库系统的设计与性能优化，希望能够为读者带来一些启发和帮助。
一、分布式数据库系统的概念与特点分布式数据库系统是指将数据存储在多台计算机上，并通过网络连接实现数据的共享与访问的数据库系统。
相较于中心化数据库系统，分布式数据库系统具有以下几个显著的特点：1. 高可靠性：数据存储在多个节点上，一台节点发生故障时，系统仍然可以正常运行，不会导致数据丢失。
2. 高扩展性：随着数据量的增加，可以通过增加节点数量来扩展系统的存储容量和处理能力。
3. 高性能：分布式数据库系统能够并行处理数据，从而提高数据处理的效率和响应速度。
4. 数据一致性：分布式数据库系统需要保证数据在不同节点之间的一致性，通常通过一致性协议来实现。
二、分布式数据库系统的架构设计在设计分布式数据库系统时，需要考虑以下几个方面的架构设计：1. 数据分片：将数据按照一定的规则分片存储在不同的节点上，可以提高系统的并发性能。
2. 负载均衡：通过负载均衡算法，将用户的请求分发到不同的节点上，避免某个节点负载过重。
3. 数据同步：保证不同节点上的数据一致性，通常采用主从复制或者分布式事务来实现。
4. 容错处理：在系统设计中考虑各种可能发生的故障情况，保证系统的可靠性和稳定性。
5. 性能优化：通过合理的索引设计、查询优化和缓存机制等方式，提高系统的性能。
三、分布式数据库系统的性能优化为了提升分布式数据库系统的性能，可以采取以下几种优化策略：1. 数据分布策略优化：合理设计数据分片的规则，避免热点数据集中在某些节点上，导致性能不均衡。
2. 索引设计优化：根据业务需求和查询频率，设计合适的索引，加快数据的查询速度。
3. 查询优化：通过优化SQL查询语句、减少索引扫描和数据复制次数等方式，提高数据库查询的效率。
浅议分布式数据库的特点、结构与设计
Ｉ ｔｒ ｅ 和 ／ 或 Ｉ ｔａ ｅ 连 接 的 多 个 集 中式 ｎｅｎ ｔ ｎｒｎ ｔ 数 据 库 的 逻 辑 集 合 。 由 此 可 知 ， 分 布 式 数 据 库 的 模 式 结 构 既 保 留 了 集 中 式 数 据 库 模 式 结 构 的 特 点 ， 又 比 集 中 式 数 据 库 模 式 结 构 更 为 复 杂 、更 适 用 于 现 代 应 用 。 如 图 ｌ所 示 ， 分 郁 式 数 据 库 模 式 结 构 划 分 为 四 层 ： 第 一 ， 全 局 外 层 ， 即 全 局 外
模 式 、分 片 模式 和 分 配 模 式 ；第 三 ，局部 概 念 层 ， 即 局 部 概 念 模 式 ； 第 四 ， 局 部 内
层 ， 即 局 部 内 模 式 。 分 布 式 数 据 库 中 ， 这 四 层 模 式 之 间 的 转 换 ， 是 由 全 局 数 据 库 管 理 系 统 和 局 部 数 据 库 管 理 系 统 提 供 的 多 次 映 像 来 实 现 的 。 其 中 ， 几 个 不 同 模 式 的 概 念阐述如下 ： 第 一 ， 全 局 外 模 式 。 全 局 外 模 式 即 全 局 应 用 的 用 户 视 图 ， 也 叫 做 全 局 视 图 。 分 布 式 数 据 库 中 ， 全 局 视 图 的 数 据 可 以 理 解
随 着 计 算 机 技 术 的 飞 速 发 展 及其 在 各
行 各 业 的 广 泛 应 用 ， 各 种 数 据 、 资 料 早 已 经 成 为 稀 缺 的 资 源 ， 而 在 社 会 节 奏 不 断 加 快 的 今 天 ， 各 企 事 业 单 ห้องสมุดไป่ตู้ 的 资 源 利 用 效 率
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§3.2分片的定义 3.2分片的定义
2, 分片的作用 ,
减少网络传输量. 如:采用数据复制,可就近访问所需信 减少网络传输量. 减少网络传输量 息.需频繁访问的信息分片存储在本地场地上. 增大事务处理的局部性. 局部场地上所须数据分片分配在 增大事务处理的局部性. 增大事务处理的局部性 各自的场地上,减少数据访问的时间,增强局部事务效率. 提高数据的可用性和查询效率. 就近访问数据分片或副本, 提高数据的可用性和查询效率. 提高数据的可用性和查询效率 可提高访问效率.同时当某一场地出故障,若存在副本,非 故障场地上的数据副本均是可用的.保证了数据的可用性, 数据的完整性和系统的可靠性. 使负载均衡.减少数据访问瓶颈,提高整个系统效率. 使负载均衡. 使负载均衡
§3.3 Horizontal fragmentation
Data information
-E -G J
-J J J
-S
§3.3 Horizontal fragmentation
Data information
§3.3 Horizontal fragmentation
Application information
第三章分布式数据库 的设计
内容简介
在系统设计中,最基本问题就是分布式数 据库的分布 分布问题,即如何对分布式数据库 分布 进行逻辑划分 实际物理分配 逻辑划分和实际物理分配 逻辑划分 实际物理分配.数据的逻 辑划分称数据分片 数据分片.本章主要针对数据分 数据分片 布进行介绍,以关系数据库为例来说明.
4, 分片的原则 ,
§3.2分片的定义 3.2分片的定义
§3.2分片的定义 3.2分片的定义
5, 分片的种类 分布式系统按系统实际需求对全局数据进行分片和 物理分配.分片的种类有三种. 水平分片 水平分片:按元组进行划分,由分片条件决定. 水平分片 垂直分片 垂直分片:按关系属性划分,除关键字外,同一关 垂直分片 系的某一属性不允许出现在一个关系的多个分片中. 混合分片 混合分片:即包括水平分片也包括垂直分片. 混合分片
§3.3 Horizontal fragmentation
Application information
Minterm predicate – the conjunction of simple predicates
…
3.1 Alternative Design Strategies
Top_Down: a suitable approach when a database system is being designed from scratch. Bottom-UP: When a number of database already exist, integrating them into one database. Primarily for multidatabase applications The rest of this charter concentrates on the issues in top-down design.
§3.2分片的定义 3.2分片的定义
6, 分布透明性 透明性: 透明性:指对用户和高层系统隐蔽具体实现细节. 分布透明性指分片透明性,分配透明性和局部映射 透明性. 分片透明性: 分片透明性:指用户不必考虑数据属于哪个片段. 分配透明性:指用户不必考虑各个片段的存储场地. 分配透明性: . 局部映射透明性: 局部映射透明性 : 用户不必考虑数据的局部存储形 式.
总公司
网络
分公司2
分公司2为场地2,职工关系为EMP2 EMP=EMP0+EMP1+EMP2为全局数据
§3.2分片的定义 3.2分片的定义
数据分布要求: 方案1:公司总部保留全部数据. 方案 方案2:各单位只保留自己的数据. 方案 方案3:公司总部保留全部数据,各分公司只保留自己单位 方案 的数据. 系统采用以上不同方案,对应需求不同的数据分配方案. 如: 方案1: 方案2: 方案3:
Outline
DDB design --making decision on the placement of data across the network 3.1 Alternative Design Strategies 3.1.1 Top-down design process 3.1.2 Bottom-up design process §3.2分片的定义 分片的定义 §3.3 Horizontal fragmentation §3.4水平分片的设计 水平分片的设计 §3.5垂直分片的设计 垂直分片的设计 §3.6分片的表示方法 分片的表示方法 §3.7分配设计 分配设计
3.1 Alternative Design Strategies -TopTop-down
Access information Distribution design
Local conceptual schema
Physical design Physical Schema
Observation and Monitoring
分片模式
GDB : 全 局 数 据 库 (Global DB) FDB : 片 段 数 据 库 (Fragmentation DB) PDB : 物 理 数 据 库 (Physical DB)
分配模式 PDB 图3.1 分片过程
§3.2分片的定义 3.2分片的定义
分片设计过程3, 分片设计过程-3 分片模式: 分片模式:定义从全局模式到片段模式的映射关系. 分配模式: 分配模式:定义从片段模式到物理模式的映射关系. 1:N时为复制;1:1时为分割 时为复制; : 时为分割 时为分割. : 时为复制
Both qualitative and quantitative are needed Qualitative: predicates used in queries Definition – simple predicate: pj : Ai θ value , a relation R(A1,A2,...,An) where θ∈ ≠,<,≤,≥,>} and value ∈Di θ∈{≠ ≤≥ (domain of Ai ) example: JNAME = "Maintenance" BUDGET ≤ 200000
场地0 场地1 场地2 总部(EMP) 分公司1(无) 分公司2(无) 总部(EMP0) 分公司1(EMP1) 分公司2(EMP2) 总部(EMP) 分公司1(EMP1) 分公司2(EMP2)
上面三种方案中,除方案1外,均须进行分片定义.方案3中,分公 司的数据信息除本场地存储外,总部场地也存储一份相同信息,存 在在不同场地上互称副本.
§3.2分片的定义 3.2分片的定义
例:某集团公司分地理位置分别在不同城市的总 公司和下属两个分公司组成,彼此之间靠网络相 连接,业务管理由分布式数据库系统完成.其网 络结构图如下所示:
分公司1
假设:人事系统中,有职工关系,定义为: EMP {ENO,EName,Salary,DNO}. 场地定义:总公司为场地0,职工关系为 EMP0 分公司1为场地1,职工关系为EMP1
§3.2分片的定义 3.2分片的定义
1, 定义 , 分布式数据库中数据的存储单位,称为片段 ( Fragment) .对全局数据的划分,称为分片 ) 分片 片段,对 (Fragmentation),划分的结果即是片段 ) 片段 片 段 的 存 储 场 地 的 指 定 , 称 为 分 配 ( Allocation) .当片段存储在一个以上场地时, ) 称为数据复制(Replication). 如 果 每 个 片 段 数据复制( 数据复制 ) 只存储在一个场地,称为数据分割( Partition) 数据分割( 数据分割 ) 存储. 存储
3.1 Alternative Design Strategies-Strategies-BottomBottom-up Primarily for multidatabase applications
GCS Integrator InS 1 Translator 1 Database 1 InS 2 Translator 2 Database 2 … … InS n Translator n Database n
§3.2分片的定义 3.2分片的定义
分片设计过程3, 分片设计过程-1 分片过程是将全局数据进行逻辑划分和实际物理分配的过程. 分片过程 全局数据由分片模式 分片模式定义分成各个片段数据,各个片段数据 分片模式 分配模式定义存储在各场地上.分片过程如图3.1所示. 由分配模式 分配模式
பைடு நூலகம்
GDB FDB
§3.2分片的定义 3.2分片的定义
4, 分片的原则 , 在构成分布式数据库系统时,设计者必须考虑数据 如何分布在各个场地上,即全局数据如何进行逻辑 划分和物理分配问题.哪些数据须分布存放,哪些 数据不须分布存放,哪些数据须复制等,对系统进 行全盘考虑,使系统性能最优.但无论如何进行分 片,必须遵循下面原则: 完备性:所有全局数据必须映射到某个片段上. 完备性: 完备性 可重构性 : 所有片段必须可以重新构成全局数据. 可重构性: 可重构性 不相交性 : 划分的各片段所包含的数据不允许相 不相交性: 不相交性 同.
R1 R2 R1 R R2 R3 全局关系 片段 副本 R3 场地2 R2 R3 场地3 场地1
§3.2分片的定义 3.2分片的定义
分片设计过程3, 分片设计过程-4
说明: GDB=∑FDBi 表示全局数据库是划分的多个片段数据库 ∑ 的集合. F(GDB)=FDB 〈≡〉 F-1(FDB)=GDB ( ) ) F():表示分片模式映射函数,F-1()表示分片模式 ( 的反映射函数.即全局数据库经分片模式映射函数得到全 局数据的各个片段,相反,所有片段经分片模式反映射函 数得到全局数据. P(FDB)=PDB 〈≡〉 P-1(PDB)=FDB ( ) ) P():表示分配模式映射函数,P-1()表示分配模式 ( 的反映射函数.即片段数据库经分配模式映射函数得到物 理数据库,相反,物理数据库经分配模式反映射函数得到 片段数据库.