分布式数据库原理与应用课件PPT1第1章.pptx

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1、第一章第一章1.11.1数据库系统数据库系统数据库定义数据库定义：数据库数据库是长期存储在计算机是长期存储在计算机外存上的、有结构的、可共享的数外存上的、有结构的、可共享的数据集合，按一定的数据模型描述、据集合，按一定的数据模型描述、组织和存储。组织和存储。1.11.1数据库系统数据库系统数据库特点数据库特点：1.1.具有能为各种用户共享、具有能为各种用户共享、数据间联系紧密而又有较高的数据间联系紧密而又有较高的数据数据独立性独立性 2.2.具有较小的数据冗余度和具有较小的数据冗余度和较高的数据安全性和完整性、易扩较高的数据安全性和完整性、易扩展性。展性。1.11.1数据库系统数据库系统数据库

2、管理系统数据库管理系统：数数据据库库管管理理系系统统(DBMS：Database Management System)是是一一种种操操纵纵和和管管理理数数据据的的大大型型软软件件，用用于于建建立立、使使用用和和维维护护数数据据库库，简简称称DBMS。1.11.1数据库系统数据库系统数据库管理系统数据库管理系统的主要功能包括的主要功能包括：数据数据定义；数据操作定义；数据操作；数据库；数据库的运行管理；数据组织、存储与管的运行管理；数据组织、存储与管理；数据库的保护；数据库的维护；理；数据库的保护；数据库的维护；通信。通信。1.11.1数据库系统数据库系统数据库系统数据库系统：数据库系统数据库系

3、统是指在计算机系是指在计算机系统中引入数据库后的系统。一般由统中引入数据库后的系统。一般由数据库、数据库管理系统、数据库数据库、数据库管理系统、数据库应用系统、应用程序开发工具、数应用系统、应用程序开发工具、数据库用户构成。据库用户构成。1.21.2数据模型数据模型数据模型数据模型：数据库用于数据库用于存放所有的数存放所有的数据并且反映数据彼此之间的联系，据并且反映数据彼此之间的联系，设计数据库系统时，一般先用图或设计数据库系统时，一般先用图或表的形式抽象地反映数据彼此之间表的形式抽象地反映数据彼此之间的关系，称为建立数据模型。的关系，称为建立数据模型。1.21.2数据模型数据模型数据之间的联

4、系数据之间的联系：现实现实世界的事物之间彼此是世界的事物之间彼此是有联系的，代表实体的数据之间也有联系的，代表实体的数据之间也存在联系。对于不同实体集合之间存在联系。对于不同实体集合之间的实体与实体的联系可分为三的实体与实体的联系可分为三类：类：一对一联系一对一联系；一对多联系；一对多联系；多对多联系多对多联系1.21.2数据模型数据模型关系模型关系模型：用用二维表格数据（即集合论二维表格数据（即集合论中的关系）来表示实体和实体间联中的关系）来表示实体和实体间联系的模型称为关系模型，它是经典系的模型称为关系模型，它是经典数据模型中建模能力最强的一种，数据模型中建模能力最强的一种，对各种类型数据

5、联系都可描述。对各种类型数据联系都可描述。1.21.2数据模型数据模型网状模型网状模型：网状网状模型十分简单，它以矩模型十分简单，它以矩形代表实体集，实体之间用箭头线形代表实体集，实体之间用箭头线表示联系。箭头线为两头带箭头的表示联系。箭头线为两头带箭头的连线，箭头分单箭头与双箭头，单连线，箭头分单箭头与双箭头，单箭头代表箭头代表“一一”，双箭头代表，双箭头代表“多多”。1.21.2数据模型数据模型层次模型层次模型：层次层次模型用树型结构表示实体集之模型用树型结构表示实体集之间的关系，它以实体集间的关系，它以实体集(用矩形框表示用矩形框表示)为节为节点，父节点与子节点之间数据联系均为一对点，父

6、节点与子节点之间数据联系均为一对多联系，有且仅有一个节点无父节点，称为多联系，有且仅有一个节点无父节点，称为根节点。其他节点有且仅有一个父节点，构根节点。其他节点有且仅有一个父节点，构成树的枝和叶节点。没有子节点的节点称叶成树的枝和叶节点。没有子节点的节点称叶节点。节点。1.31.3关系数据库与关系数据库与SQL语言语言关系数据库关系数据库：按按关系数据模型组织的数据关系数据模型组织的数据库是关系数据库库是关系数据库。1.31.3关系数据库与关系数据库与SQL语言语言关系具有如下特点关系具有如下特点：（1 1）关系）关系(表表)可以看成是由行可以看成是由行和列交叉组成的二维表格，它表示和列交叉

7、组成的二维表格，它表示的是一个实体集合。的是一个实体集合。（2 2）表中一行称为一个元组，）表中一行称为一个元组，可用来表示实体集中的一个实体可用来表示实体集中的一个实体。1.31.3关系数据库与关系数据库与SQL语言语言关系具有如下特点关系具有如下特点：（3 3）表中的列称为属性。给每）表中的列称为属性。给每一列起一个名称即属性名。表中的一列起一个名称即属性名。表中的属性名不能相同属性名不能相同。（4 4）列的取值范围称为域，同列具有相）列的取值范围称为域，同列具有相同的域，不同的列也可以有相同的域同的域，不同的列也可以有相同的域。1.31.3关系数据库与关系数据库与SQL语言语言关系具有如

8、下特点关系具有如下特点：（5 5）表中任意两行）表中任意两行(元组元组)不能完全相不能完全相同，能唯一标识表中不同行的属性（组）称同，能唯一标识表中不同行的属性（组）称为主属性（组）或主关键字。为主属性（组）或主关键字。1.31.3关系数据库与关系数据库与SQL语言语言查询语言查询语言SQL：SQL(Structure Query Language)语言语言能完成定义关系模式、索引、能完成定义关系模式、索引、视图、录入视图、录入数据、查询、维护、数数据、查询、维护、数据库重构及数据库安全性控制等一据库重构及数据库安全性控制等一系列操作，能实现数据库生命期中系列操作，能实现数据库生命期中的全部活

9、动。的全部活动。1.41.4分布式数据库的基本概念分布式数据库的基本概念分布式数据库分布式数据库：分布式数据库分布式数据库是一系列在计算机网络是一系列在计算机网络上分布的逻辑上互相关联的数据库的集上分布的逻辑上互相关联的数据库的集合。也就是说分布式数据库合。也就是说分布式数据库DDB是一个是一个数据的集合，这些数据在逻辑上属于同数据的集合，这些数据在逻辑上属于同一系统，但实际上又分布在一个计算机一系统，但实际上又分布在一个计算机网络的若干节点上。网络的若干节点上。1.41.4分布式数据库的基本概念分布式数据库的基本概念分布式数据库管理系统分布式数据库管理系统：分布式数据库管理系统分布式数据库管

10、理系统DDBMS是实现分是实现分布式数据处理的一种大型数据库管理软件，布式数据处理的一种大型数据库管理软件，用以支持分布式数据库的创建、运行、管理用以支持分布式数据库的创建、运行、管理和维护。它能对分布于各个节点上的软件、和维护。它能对分布于各个节点上的软件、硬件资源进行统一管理与控制，使其在逻辑硬件资源进行统一管理与控制，使其在逻辑上可视为一个整体的数据库系统、并为用户上可视为一个整体的数据库系统、并为用户提供分布式数据库的接口。提供分布式数据库的接口。1.41.4分布式数据库的基本概念分布式数据库的基本概念DDBMS的组成的组成：DDBMS由四部分组成：全局数由四部分组成：全局数据库管理系

11、统、全局数据字典、局据库管理系统、全局数据字典、局部数据库管理系统部数据库管理系统LDBMS和通信管和通信管理理，典型，典型的的DDBMS结构如下图结构如下图。1.41.4分布式数据库的基本概念分布式数据库的基本概念1.41.4分布式数据库的基本概念分布式数据库的基本概念分布式数据库系统分布式数据库系统：分布式数据库系统分布式数据库系统由分布式数据由分布式数据库及其管理软件和实际应用程序组库及其管理软件和实际应用程序组成。分布式数据库系统成。分布式数据库系统如下图所如下图所示示。1.41.4分布式数据库的基本概念分布式数据库的基本概念1.51.5分布式数据库的特性和优缺点分布式数据库的特性和优

12、缺点分布式数据库的特性分布式数据库的特性：1.物理分布性物理分布性 分布式数据库分布式数据库的数据并不是只分的数据并不是只分布在一个站点上，而是分布存储在布在一个站点上，而是分布存储在计算机网络上的多个站点上。计算机网络上的多个站点上。1.51.5分布式数据库的特性和优缺点分布式数据库的特性和优缺点 2.逻辑整体性逻辑整体性 分布式数据库分布式数据库的数据物理上分布的数据物理上分布在各个场地，但逻辑上是一个整体，在各个场地，但逻辑上是一个整体，它们被分布式数据库系统的所有全它们被分布式数据库系统的所有全局用户共享，并由一个分布式数据局用户共享，并由一个分布式数据库管理系统统一管理，这种特性充库

13、管理系统统一管理，这种特性充分体现了集中与分布的统一。分体现了集中与分布的统一。1.51.5分布式数据库的特性和优缺点分布式数据库的特性和优缺点 3.数据独立性与位置透明性数据独立性与位置透明性 数据独立性数据独立性是数据库方法追求的是数据库方法追求的主要目标之一，分布透明性指用户主要目标之一，分布透明性指用户不必关心数据的逻辑不必关心数据的逻辑分区、数据分区、数据物物理位置分布的理位置分布的细节、重复细节、重复副本的一副本的一致性问题，同时也不必关心局部场致性问题，同时也不必关心局部场地上数据库支持哪种数据模型。地上数据库支持哪种数据模型。1.51.5分布式数据库的特性和优缺点分布式数据库的

14、特性和优缺点 4.站点自治性站点自治性 各各站点虽然构成整体性，但是又站点虽然构成整体性，但是又具有高度的自治性。各站点上的数具有高度的自治性。各站点上的数据由本地的分布式数据库管理系统据由本地的分布式数据库管理系统管理，各站点之间的局部操作互不管理，各站点之间的局部操作互不相关，具有高度的自治性。相关，具有高度的自治性。1.51.5分布式数据库的特性和优缺点分布式数据库的特性和优缺点 5.站点间协作性站点间协作性 各各站点相互合作构成一个整体。站点相互合作构成一个整体。因为分布式数据库具有数据分布的因为分布式数据库具有数据分布的独立性，对全局用户来说，用户可独立性，对全局用户来说，用户可以在

15、任何一个站点执行全局应用，以在任何一个站点执行全局应用，如同集中式数据库系统一样方便。如同集中式数据库系统一样方便。1.51.5分布式数据库的特性和优缺点分布式数据库的特性和优缺点 6.数据冗余性数据冗余性 与与集中式数据库不同，分布式数集中式数据库不同，分布式数据库中需要存在适当的冗余来提高据库中需要存在适当的冗余来提高系统的可靠性、可用性和改善系统系统的可靠性、可用性和改善系统性能，当然这也会给分布式数据库性能，当然这也会给分布式数据库的实现带来更大的难度。的实现带来更大的难度。1.51.5分布式数据库的特性和优缺点分布式数据库的特性和优缺点 7.集中和节点自治相集中和节点自治相结合结合

16、分布式数据库系统分布式数据库系统常常采用集中常常采用集中和自治相结合的控制结构，各局部和自治相结合的控制结构，各局部的的DBMS可以独立地管理局部数据可以独立地管理局部数据库，具有自治的功能。同时，系统库，具有自治的功能。同时，系统又设有集中控制机制，协调各局部又设有集中控制机制，协调各局部DBMS的工作，执行全局应用。的工作，执行全局应用。1.51.5分布式数据库的特性和优缺点分布式数据库的特性和优缺点 8.支持全局数据库的一致性和支持全局数据库的一致性和可恢复性可恢复性 分布式数据库分布式数据库中各局部数据库应中各局部数据库应满足集中式数据库的一致性、可串满足集中式数据库的一致性、可串行性

17、和可恢复性。除此以外还应保行性和可恢复性。除此以外还应保证数据库的全局一致性、并行操作证数据库的全局一致性、并行操作的可串行性和系统的全局可恢复性。的可串行性和系统的全局可恢复性。1.51.5分布式数据库的特性和优缺点分布式数据库的特性和优缺点 9.复制透明性复制透明性 用户用户不用关心数据库在网络中各不用关心数据库在网络中各个节点的复制情况，被复制数据的个节点的复制情况，被复制数据的更新都由系统自动完成。更新都由系统自动完成。1.51.5分布式数据库的特性和优缺点分布式数据库的特性和优缺点 10.易于扩展性易于扩展性 在在大多数网络环境中，单个数据大多数网络环境中，单个数据库服务器最终会不满

18、足使用。如果库服务器最终会不满足使用。如果服务器软件支持透明的水平扩展，服务器软件支持透明的水平扩展，那么就可以增加多个服务器来进一那么就可以增加多个服务器来进一步分布数据和分担处理任务。分布步分布数据和分担处理任务。分布式数据库易于扩充。式数据库易于扩充。1.51.5分布式数据库的特性和优缺点分布式数据库的特性和优缺点分布式数据库系统的分布式数据库系统的优点：优点：更更适合分布式的管理与控制；具适合分布式的管理与控制；具有灵活的体系结构；系统经济，可有灵活的体系结构；系统经济，可靠性高，可用性好；局部应用的响靠性高，可用性好；局部应用的响应速度快；可扩展性应速度快；可扩展性好；好；1.51.

19、5分布式数据库的特性和优缺点分布式数据库的特性和优缺点分布式数据库系统分布式数据库系统的的缺缺点：点：系统系统开销大；复杂的存取结构；开销大；复杂的存取结构；数据的安全生和保密性较难处数据的安全生和保密性较难处理；理；1.61.6分布式数据库的主要技术简介分布式数据库的主要技术简介1.分布式数据库设计的技术和分布式数据库设计的技术和方法；方法；2.分布式查询和优化处理分布式查询和优化处理技术；技术；3.分布式事务管理和恢复分布式事务管理和恢复技术；技术；4.分布式事务并发分布式事务并发控制技术；控制技术；5.分布式数据库的分布式数据库的可靠性；可靠性；6.分布式数据库的分布式数据库的安全性；安全性；1.71.7典型的分布式数据库系统典型的分布式数据库系统1.SDD-1系统；系统；2.Distributed INGRES系统；系统；3.System R*系统；系统；4.Google Spanner；5.AWS Aurora；