分布式数据库系统.ppt
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《分布式系统介绍》课件
定义：分布式数据库是多个物理上分散的数据库的逻辑集合 特点：数据分布性、逻辑整体性、位置透明性、共享性、独立性 组成：分布式数据库管理系统、局部数据库管理系统、网络和通信软件 分类：集中式、分布式、分散式
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定义：分布式应用程序是由多个独立、协同工作 的组件组成的程序，这些组件可以在不同的计算 机上运行，通过网络进行通信和协作。
加密技术：采用加密技术保护数据传输和存储，确保数据在传输和存储过程中的安全性
安全审计：对分布式系统中的操作进行记录和审计，及时发现和应对潜在的安全威胁
安全审计：对分布式系统中的操作 和数据进行记录、分析和评估，确 保系统的安全性
审计与检测的结合：通过安全审计 和入侵检测的结合，可以更全面地 保障分布式系统的安全性
区块链技术在分布 式系统中的应用案 例和前景展望
汇报人：PPT
PPT,a click to unlimited possibilities
汇报人：PPT
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
定义：分布式系统是由 多个独立的计算机节点 组成的系统，这些节点 通过网络连接并协同工 作，以实现共同的目标。
特点：分布式系统具有 可扩展性、高可用性、 安全性、容错性、可维 护性等优点，它可以提 供基础设施、平台和软 件三种服务模式，为企 业提供了更加高效、灵 活和可靠的计算服务。
定义：分布式操作系统是一种对分布式系统中的各种资源进行统一管理和调度的软件系统
功能：提供分布式系统的基本功能，如进程管理、内存管理、文件系统和I/O设备管理等
特点：具有分布式性、透明性和可扩展性，能够支持多个独立的物理或逻辑节点协同工作
实现方式：通过分布式操作系统提供的各种服务和协议，实现分布式系统中的资源共享和协同 工作
6、分布式文件系统(数据库)- 学习课件
关系数据库
字段的表示
每个字段都被SQL定义成具体的数据类型，表示一 定长度的字节序列
关系数据库
Байду номын сангаас
记录的表示
定长记录：它所包含的所有字段均为定长。
关系数据库
记录的表示
变长记录：允许它包含变长字段，有多重表示方法
关系数据库
记录集合的存储结构
记录在磁盘上的物理存储方式有物理临接存储，指针 连接存储。
Hadoop DataNode存储着Region Server 管理的数据，所有 的Hbase数据存储在HDFS文件系统中，Region Servers在HDFS DataNode中是可配置的，并使数据存储靠近在它所需要的地方， 就近服务，当王HBASE写数据时时Local的，但是当一个region 被移动之后，Hbase的数据就不是Local的，除非做了压缩 （compaction）操作。NameNode维护物理数据块的元数据信 息。
Redis
Redis是著名的内存KV数据库，在工业界获得了广泛使用其不仅支持基本数据类型，也支持列表、集合等复杂数 据结构，所以有较强的表达能力，同时有非常高的单机读/写效率：
Redis
系统中唯一的Master负责数据的读/写操作，可以有多个Slave来保存数据副本， 副本数据只能读不能做数据更 新操作。当Slave初次启动时，从Master获取数据，在数据复制过程中，Master是非阻塞的，即同时可以支持读/写 操作。Master采用快照加增量的异步方式完成数据复制过程，首先在时刻T将内存数据写入本地快照文件，同时在内 存记录从T时刻起新增的数据操作. 当快照文件生成结束后，Master将文件传给Slave, Slave先保存为本地文件，然后 将其加载入内存。之后，Master将T时刻后的数据变更操作以命令流的形式传给Slave, Slave顺序执行命令流，这样 就达到数据和Master保持同步。
九章节分布式数据库系统DistributedDatabaseSystemDDBS
第九章 分布式数据库系统 Distributed Database System
DDBS
• 数据的分布性 – 分布式数据存储
• 复制 • 分片 • 复制 + 分片
– 数据的冗余
• 提高数据的可用性、并发性、减少网络传输 • 增加了数据更新的开销，副本一致性问题
4
• 事务的分布性
– 局部事务
• 仅访问当地数据库的事务
– 局部数据库的物理描述
• 局部数据库
13
• 全局外模式 • 全局概念模式 • 分片模式 • 分布模式 • 局部概念模式 • 局部内模式 • 局部数据库
– 本地的局部数据库
14
• 分布式数据储存
– 复制
• 多个副本储存在多个节点 • 数据可用性 • 并行度的增加 • 冗余
– 分片
• 水平分片：r1 ∪ r2 • 垂直分片: r1 × r2
• 阶段3
– 收到所有ack，则commit T – 节点commit 后，发出ack T – 收到所有ack T后，complete T
• 恢复
– 只要有一个具有commit T,则提交 – 只要有一个precommit T,已ready T，可提交 25 – 都没有收到precommit T，则回滚
– 分片与副本的数据更新
• 方案
–
生成全局数据字典（数据目录），管理透明映射 16
• 由全局DBA管理、维护
DDBMS的结构
LDB
LDBMS GDBMS
CM
网络
全局数据字典
全局数据字典
CM GDBMS LDBMS
LDB
CM GDBMS LDBMS
全局数据字典
LDB 17
DDBS
• 数据的分布性 – 分布式数据存储
• 复制 • 分片 • 复制 + 分片
– 数据的冗余
• 提高数据的可用性、并发性、减少网络传输 • 增加了数据更新的开销，副本一致性问题
4
• 事务的分布性
– 局部事务
• 仅访问当地数据库的事务
– 局部数据库的物理描述
• 局部数据库
13
• 全局外模式 • 全局概念模式 • 分片模式 • 分布模式 • 局部概念模式 • 局部内模式 • 局部数据库
– 本地的局部数据库
14
• 分布式数据储存
– 复制
• 多个副本储存在多个节点 • 数据可用性 • 并行度的增加 • 冗余
– 分片
• 水平分片：r1 ∪ r2 • 垂直分片: r1 × r2
• 阶段3
– 收到所有ack，则commit T – 节点commit 后，发出ack T – 收到所有ack T后，complete T
• 恢复
– 只要有一个具有commit T,则提交 – 只要有一个precommit T,已ready T，可提交 25 – 都没有收到precommit T，则回滚
– 分片与副本的数据更新
• 方案
–
生成全局数据字典（数据目录），管理透明映射 16
• 由全局DBA管理、维护
DDBMS的结构
LDB
LDBMS GDBMS
CM
网络
全局数据字典
全局数据字典
CM GDBMS LDBMS
LDB
CM GDBMS LDBMS
全局数据字典
LDB 17
《分布式系统》课件
Java中用于实现远程过程调用的协议。
分布式系统的成熟
20世纪80年代末至90年代初，随着计 算机网络技术的成熟，分布式系统逐 渐成为研究的热点。
02
分布式系统的基本概念
分布式系统的基本组成
01
节点
分布式系统中的各个独立计算机实 体。
通信协议
确保节点间信息交换的规则和标准 。
03
02
网络
连接各个节点的通信链路，实现节 点间的信息交换。
促进云计算和大数据技术的发展
分布式系统是云计算和大数据技术的核心基础，对于推动相关领域 的发展具有重要意义。
分布式系统的历史与发展
早期分布式系统
分布式系统的应用与发展
20世纪60年代，为了解决大型机的高 成本和地理分布问题，出现了早期的 分布式系统。
进入21世纪，随着云计算和大数据技 术的兴起，分布式系统在各个领域得 到广泛应用和发展。
《分布式系统》ppt 课件
• 分布式系统概述 • 分布式系统的基本概念 • 分布式系统的设计原则 • 分布式系统的应用场景 • 分布式系统的挑战与解决方案 • 分布式系统的发展趋势与未来展
望
目录
01
分布式系统概述
定义与特点
定义
分布式系统是一种由多个独立计算机 节点通过网络相互连接，协同工作以 完成共同任务的计算机系统。
特点
分布式系统具有并行性、可扩展性、 可靠性和高性能等特点，能够实现大 规模数据处理和复杂任务的高效执行 。
分布式系统的重要性
解决大规模数据处理问题
随着数据量的增长，单机处理能力有限，分布式系统能够将大规模 数据分散到多个节点进行处理，提高数据处理效率。
实现复杂任务的高效执行
分布式系统能够将复杂任务分解为多个子任务，并行处理，提高任 务执行效率。
分布式系统的成熟
20世纪80年代末至90年代初，随着计 算机网络技术的成熟，分布式系统逐 渐成为研究的热点。
02
分布式系统的基本概念
分布式系统的基本组成
01
节点
分布式系统中的各个独立计算机实 体。
通信协议
确保节点间信息交换的规则和标准 。
03
02
网络
连接各个节点的通信链路，实现节 点间的信息交换。
促进云计算和大数据技术的发展
分布式系统是云计算和大数据技术的核心基础，对于推动相关领域 的发展具有重要意义。
分布式系统的历史与发展
早期分布式系统
分布式系统的应用与发展
20世纪60年代，为了解决大型机的高 成本和地理分布问题，出现了早期的 分布式系统。
进入21世纪，随着云计算和大数据技 术的兴起，分布式系统在各个领域得 到广泛应用和发展。
《分布式系统》ppt 课件
• 分布式系统概述 • 分布式系统的基本概念 • 分布式系统的设计原则 • 分布式系统的应用场景 • 分布式系统的挑战与解决方案 • 分布式系统的发展趋势与未来展
望
目录
01
分布式系统概述
定义与特点
定义
分布式系统是一种由多个独立计算机 节点通过网络相互连接，协同工作以 完成共同任务的计算机系统。
特点
分布式系统具有并行性、可扩展性、 可靠性和高性能等特点，能够实现大 规模数据处理和复杂任务的高效执行 。
分布式系统的重要性
解决大规模数据处理问题
随着数据量的增长，单机处理能力有限，分布式系统能够将大规模 数据分散到多个节点进行处理，提高数据处理效率。
实现复杂任务的高效执行
分布式系统能够将复杂任务分解为多个子任务，并行处理，提高任 务执行效率。
分布式数据库与客户机服务器模式PPT课件
应用程序
界 面 表 示 逻 辑
业 务 处 理 逻 辑
数 据 处 理 逻 辑
数 据 库 管 理
DB
GUI
3GL 4GL
ORACLE
SQL SYBASE
DB2
组成数据库应用程序的四个成分
1 客户机/服务器计算模式 1.2 C/S环境下应用成分的分布和开放性
应用程序
DBMS
界面表示 业务处理 数据处理 数据管理
• 概念
– 客户机/服务器概念最早用于软件体系结构
• 提出请求的应用程序 • 解答请求的服务程序
– 协作式处理方式
• 客户机和服务器都参与一个应用程序的处理 • 软件成分相互协作完成特定应用功能
– 请求/服务模式
• 硬件资源提供软件成分相互协作的设施
– 客户机/服务器模式
1 客户机/服务器计算模式 1.1 客户机/服务器模式概念
客户机
请求
响应
客户机
客户机
网络
请求 响应
客户机/服务器模式
应用 服务器
通信 服务器
打印 服务器
文件 服务器
数据库 服务器
1 客户机/服务器计算模式
1.2 C/S环境下应用成分的分布和开放性
• C/S环境下应用成分的分布
– 一个典型的数据库应用程序可分解为4部分
• 界面表示逻辑：与用户交互的代码，GUI • 业务处理逻辑：使用输入数据来完成业务处理和
• 服务器
– 提供高速大容量的存储能力, 强大的数据处理和管 理能力, 运行多个进程能力
– 分类
• 文件服务器 • 数据库服务器 • 事务服务器 • 文档服务器 • 其他服务器
1 客户机/服务器计算模式 1.3 C/S模式的体系结构
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4、数据管理：应用程序中由DBMS完成访问实 际DB的程序。虽不属于应用程序本身，但它 是分布式处理的基本组成部分。
14.3 C/S系统的体系结构
3.1 C/S系统的体系结构
用户 客户机
用户 客户机
文件服务器
打印服务
文件
打印机
用户 客户机 数据库服务
客户机 中间件 服务器
DB
14.4 C/S结构的演变
三层结构中，服务器端分为两个部分：应用服务器（包 括从客户端划分出一部分应用和从专用服务器中划分出一 部分工作）和DB服务器。
3、功能分布
在分布式数据库系统中，网络上每个节点都是 一个通用计算机，既执行分布式DBMS，又执行 应用程序。随着工作站功能的增强和广泛使用， 为了解决计算机的瓶颈问题，需要把DBMS功能 和应用处理功能分开。网络中一些节点上的计算 机专门用于执行DBMS功能，称为DB服务器（DB Server）。
（例如：在服务器上安装DB2或SQL Sserver， 用于完成事务处理和数据访问的控制）；而另 一些节点上的计算机则专门处理用户的应用程 序，称为客户机（Client）。通常在客户机上 安装DBMS的应用开发工具（如： PowerBuilder、Visual Basic、Delphi）， 实现用户界面和前端处理。
数据请求 处理结果
用户
客户 机
服务
DB
器
通信线路
C/S结构的DBS又可分为单服务器结构和多服务器结构两类。 单服务器结构是在网络中仅有一台DB服务器，而有多台客户 机（本质上仍然属于集中式DBS）；多服务器结构是在网络 中可以有多台DB服务器和多台客户机，属于分布式DBS范 畴。
14.2 客户机/服务器计算模式
2.1 C/S结构的工作模式 C/S结构的基本原则是将计算机应用任务分
解成多个子任务，由多台计算机分工完成。即 “功能分布”原则。客户端完成数据处理、数 据表示、用户接口等功能；服务器完成DBMS 的核心功能。这种客户请求服务、服务器提供 服务的处理方式是一新型的计算机应用模式。
C/S结构的工作模式
第十四章 分布式数据库系统
本章重要概念
（1）分布计算的三种形式： 处理分布，数据分布，功能分布。
（2）C/S系统，工作模式，技术特征 体系结构：两层、三层、多层C/S结构。
（3）DDBS的定义、特点、优点、缺点和分类； 分布式数据存储的两种形式（分片和分配）。
本章重要概念
（4）DDB的体系结构：六层模式，分布透明性 的三个层次，DDBS的组成，DDBMS的功能和 组成。
2、数据分布
数据分布在计算机网络的不同节点上，而这 些数据在逻辑上是一个整体，构成一个逻辑数 据库。网络中的每一个节点可以执行局部应用， 即具有独立处理本地数据库中数据的能力；也 可以执行全局应用，可以存取和处理异地数据 库中数据。这就是分布式数据库的概念。（分 布式数据库技术是数据库技术与网络技术有机 结合）
一个典型的应用程序可分解成四个组成成分。 1、用户界面的显示逻辑：这是与用户交互的应用代
码。它完成屏幕格式化、屏幕信息读写、窗口管 理、键盘及鼠标管理等任务。最流行的形式是各 种图形用户界面。 2、应用逻辑：这是根据输入数据来完成业务处理和 规则的应用代码。用3GL或4GL编写。
3、事务逻辑：这是应用程序中DML语句编写的 代码，在RDBMS中一般是用SQL编写。
2、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；
3、集中式处理引起系统的规模和配置都不够灵活，系统的 可扩充性差。
在这种形势下，集中式DB的“集中计算”概念向“分布 计算”概念发展。分布计算主要体现在客户机／服务器模式 和分布式数据库体系结构两个方面。本章将分别介绍这两种 技术。
客户机的任务
管理用户界面 接受用户数据 处理应用逻辑 生成数据库请求 向服务器发数据库请求 从服务器接受结果 格式化结果
服务器的任务
接受来自客户机的数据库请求 处理对数据库的请求 格式化结果并传给客户机 进行完整性检查 维护数据字典、索引 处理数据恢复 优化查询/更新处层、三层、多层C/S结构。 （2）分布式数据存储：分片和分配。 （3）DDB的体系结构。 （4）基于半联接查询优化
早期的DBS是主从式（主机/终端式）系统，是一 种集中式DB体系结构。其主要特点是DBMS软件、所 有用户的数据和应用程序都存储在一个中心计算机 （称之为主机）上，通常是大型机。用户仅能通过 终端发出存取数据的请求，由通信线路传输给主机， 主机响应并处理之后，再将处理结果通过通信线路 返回给用户终端。
14.1 集中计算与分布计算（一）
集中式DB的结构图
存取请求
处理结果
用户
终
端
主
DB
机
通信线路
14.1 集中计算与分布计算（二）
• “分布计算”概念 ① 处理分布 ② 数据分布 ③ 功能分布
1 “分布计算”概念
1、处理分布 处理分布，数据集中。网络中各个节点上用
户的应用程序向同一个DB存取数据，然后在 各自节点的计算机上进行应用的处理。它仍属 于集中式DB范畴，只是用户计算机（相当于 智能终端）上具有应用处理的能力，且增加了 网络接口，可在网络下运行。
（5）分布式查询处理的查询代价，基于半联接 的优化策略，基于联接的优化策略。
（6）分布式数据库的并发控制和恢复中出现的 问题，以及处理机制。
引言
随着传统的数据库技术日趋成熟、计算机网络技术的飞 速发展和应用范围的扩充，数据库应用已经普遍建立于计算 机网络之上。
集中式数据库系统表现出它的不足：
1、数据按实际需要已在网络上分布存储，再采用集中式 处理，势必造成通信开销大；
1.两层C/S结构
客户软件和服务器软件可以放在一台计算机上，但多 数情况下放在网络中不同计算机上。客户软件一般在 客户端运行，服务器软件一般在服务器上运行。
用户
客户机1
用户
客户机N
服务器 DB
第一层
第二层
2.三层C/S结构 由于两层结构中客户机上都必须安装应用程序和工具（含
公共程序），例如在每台客户机上都安装Power Builder， 使客户端过于庞大、负载太重，从而影响效率。因此引入 三层。
14.3 C/S系统的体系结构
3.1 C/S系统的体系结构
用户 客户机
用户 客户机
文件服务器
打印服务
文件
打印机
用户 客户机 数据库服务
客户机 中间件 服务器
DB
14.4 C/S结构的演变
三层结构中，服务器端分为两个部分：应用服务器（包 括从客户端划分出一部分应用和从专用服务器中划分出一 部分工作）和DB服务器。
3、功能分布
在分布式数据库系统中，网络上每个节点都是 一个通用计算机，既执行分布式DBMS，又执行 应用程序。随着工作站功能的增强和广泛使用， 为了解决计算机的瓶颈问题，需要把DBMS功能 和应用处理功能分开。网络中一些节点上的计算 机专门用于执行DBMS功能，称为DB服务器（DB Server）。
（例如：在服务器上安装DB2或SQL Sserver， 用于完成事务处理和数据访问的控制）；而另 一些节点上的计算机则专门处理用户的应用程 序，称为客户机（Client）。通常在客户机上 安装DBMS的应用开发工具（如： PowerBuilder、Visual Basic、Delphi）， 实现用户界面和前端处理。
数据请求 处理结果
用户
客户 机
服务
DB
器
通信线路
C/S结构的DBS又可分为单服务器结构和多服务器结构两类。 单服务器结构是在网络中仅有一台DB服务器，而有多台客户 机（本质上仍然属于集中式DBS）；多服务器结构是在网络 中可以有多台DB服务器和多台客户机，属于分布式DBS范 畴。
14.2 客户机/服务器计算模式
2.1 C/S结构的工作模式 C/S结构的基本原则是将计算机应用任务分
解成多个子任务，由多台计算机分工完成。即 “功能分布”原则。客户端完成数据处理、数 据表示、用户接口等功能；服务器完成DBMS 的核心功能。这种客户请求服务、服务器提供 服务的处理方式是一新型的计算机应用模式。
C/S结构的工作模式
第十四章 分布式数据库系统
本章重要概念
（1）分布计算的三种形式： 处理分布，数据分布，功能分布。
（2）C/S系统，工作模式，技术特征 体系结构：两层、三层、多层C/S结构。
（3）DDBS的定义、特点、优点、缺点和分类； 分布式数据存储的两种形式（分片和分配）。
本章重要概念
（4）DDB的体系结构：六层模式，分布透明性 的三个层次，DDBS的组成，DDBMS的功能和 组成。
2、数据分布
数据分布在计算机网络的不同节点上，而这 些数据在逻辑上是一个整体，构成一个逻辑数 据库。网络中的每一个节点可以执行局部应用， 即具有独立处理本地数据库中数据的能力；也 可以执行全局应用，可以存取和处理异地数据 库中数据。这就是分布式数据库的概念。（分 布式数据库技术是数据库技术与网络技术有机 结合）
一个典型的应用程序可分解成四个组成成分。 1、用户界面的显示逻辑：这是与用户交互的应用代
码。它完成屏幕格式化、屏幕信息读写、窗口管 理、键盘及鼠标管理等任务。最流行的形式是各 种图形用户界面。 2、应用逻辑：这是根据输入数据来完成业务处理和 规则的应用代码。用3GL或4GL编写。
3、事务逻辑：这是应用程序中DML语句编写的 代码，在RDBMS中一般是用SQL编写。
2、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；
3、集中式处理引起系统的规模和配置都不够灵活，系统的 可扩充性差。
在这种形势下，集中式DB的“集中计算”概念向“分布 计算”概念发展。分布计算主要体现在客户机／服务器模式 和分布式数据库体系结构两个方面。本章将分别介绍这两种 技术。
客户机的任务
管理用户界面 接受用户数据 处理应用逻辑 生成数据库请求 向服务器发数据库请求 从服务器接受结果 格式化结果
服务器的任务
接受来自客户机的数据库请求 处理对数据库的请求 格式化结果并传给客户机 进行完整性检查 维护数据字典、索引 处理数据恢复 优化查询/更新处层、三层、多层C/S结构。 （2）分布式数据存储：分片和分配。 （3）DDB的体系结构。 （4）基于半联接查询优化
早期的DBS是主从式（主机/终端式）系统，是一 种集中式DB体系结构。其主要特点是DBMS软件、所 有用户的数据和应用程序都存储在一个中心计算机 （称之为主机）上，通常是大型机。用户仅能通过 终端发出存取数据的请求，由通信线路传输给主机， 主机响应并处理之后，再将处理结果通过通信线路 返回给用户终端。
14.1 集中计算与分布计算（一）
集中式DB的结构图
存取请求
处理结果
用户
终
端
主
DB
机
通信线路
14.1 集中计算与分布计算（二）
• “分布计算”概念 ① 处理分布 ② 数据分布 ③ 功能分布
1 “分布计算”概念
1、处理分布 处理分布，数据集中。网络中各个节点上用
户的应用程序向同一个DB存取数据，然后在 各自节点的计算机上进行应用的处理。它仍属 于集中式DB范畴，只是用户计算机（相当于 智能终端）上具有应用处理的能力，且增加了 网络接口，可在网络下运行。
（5）分布式查询处理的查询代价，基于半联接 的优化策略，基于联接的优化策略。
（6）分布式数据库的并发控制和恢复中出现的 问题，以及处理机制。
引言
随着传统的数据库技术日趋成熟、计算机网络技术的飞 速发展和应用范围的扩充，数据库应用已经普遍建立于计算 机网络之上。
集中式数据库系统表现出它的不足：
1、数据按实际需要已在网络上分布存储，再采用集中式 处理，势必造成通信开销大；
1.两层C/S结构
客户软件和服务器软件可以放在一台计算机上，但多 数情况下放在网络中不同计算机上。客户软件一般在 客户端运行，服务器软件一般在服务器上运行。
用户
客户机1
用户
客户机N
服务器 DB
第一层
第二层
2.三层C/S结构 由于两层结构中客户机上都必须安装应用程序和工具（含
公共程序），例如在每台客户机上都安装Power Builder， 使客户端过于庞大、负载太重，从而影响效率。因此引入 三层。