第二章分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.1分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成分為三類組成部分:即組成與用戶有關(guān)的、與數(shù)據(jù)有關(guān)的以及與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的部分；與用戶有關(guān)的組成部分包括分布式系統(tǒng)用戶、用戶進程、用戶請求和用戶模式2.1分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成與數(shù)據(jù)有關(guān)的組成部分，包括分布式數(shù)據(jù)庫、分布式數(shù)據(jù)庫定義和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的組成部分，包括網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)NDBMS，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)目錄，網(wǎng)絡(luò)存取進程和網(wǎng)絡(luò)描述；2.2分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分類分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的分類標準主要有兩種：按照站點上的局部數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)模型進行分類和按分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中全局控制系統(tǒng)類型進行分類。按數(shù)據(jù)管理模型分類1.同構(gòu)同質(zhì)型各個站點上的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型都是同一類型的，并且采用的是同一種DBMS，則該分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是同構(gòu)同質(zhì)型DDBS。按數(shù)據(jù)管理模型分類2.同構(gòu)異質(zhì)性各個站點上的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型是同一類型的，但采用的不是同一種DBMS，則稱該分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是同構(gòu)異質(zhì)性DDBS。按數(shù)據(jù)管理模型分類3.異構(gòu)型DDBS如果系統(tǒng)中各個站點上的數(shù)據(jù)模型的類型是各不相同的，則該分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)屬于異構(gòu)型。按數(shù)據(jù)管理模型分類按系統(tǒng)全局控制類型分類按照全局控制系統(tǒng)的類型可以分為全局控制集中型DDBS、全局控制分散型DDBS和全局控制可變型DDBS。2.3物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)2.3物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)：2.4分布式數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)在一個數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)中，包括數(shù)據(jù)存儲層、業(yè)務(wù)處理層和界面表示層三個層次。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)就是指數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲層、業(yè)務(wù)處理層、界面表示層等之間的布局和分布。2.4分布式數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的幾種體系結(jié)構(gòu)：從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度看數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)，將其體系結(jié)構(gòu)分為單用戶結(jié)構(gòu)、主從式結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)、客戶機／服務(wù)器結(jié)構(gòu)和瀏覽器／服務(wù)器結(jié)構(gòu)等。2.4分布式數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)分布式數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)：典型的基于客戶端/服務(wù)器功能的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如下圖所示，其中AP是應(yīng)用處理器，DP為數(shù)據(jù)處理器，CM是通信處理器。2.4分布式數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)2.4分布式數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)AP:應(yīng)用處理器，用于完成客戶端的用戶查詢處理和分布式數(shù)據(jù)處理的軟件模塊，如查詢語句的語法、語義檢查、完整性、安全性控制等；根據(jù)外模式和模式把用戶命令翻譯成適合于局部場地執(zhí)行的規(guī)范化命令格式；處理訪問多個場地的請求，查詢?nèi)肿值渲械姆植际叫畔⒌龋回撠煂⒉樵兎祷氐慕Y(jié)果數(shù)據(jù)從規(guī)范化格式轉(zhuǎn)換成用戶格式。2.4分布式數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)DP:數(shù)據(jù)處理器，負責進行數(shù)據(jù)管理的軟件模塊，類似于一個集中式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，如根據(jù)模式和內(nèi)模式選擇通向物理數(shù)據(jù)的最優(yōu)或近似最優(yōu)的訪問路徑；將規(guī)范化命令翻譯成物理命令，并發(fā)地執(zhí)行物理命令，并返回結(jié)果數(shù)據(jù)；負責將物理格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成規(guī)范化的格式數(shù)據(jù)。2.4分布式數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)CM:通信處理器，負責為AP和DP在多個場地之間傳送命令，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性、安全性、可靠性，保證多個命令報文的發(fā)送次序和接受次序的一致性。2.4分布式數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)基于中間件的客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)：基于中間件的客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)是三層體系結(jié)構(gòu)，如下圖所示。數(shù)據(jù)庫中間件是三層體系結(jié)構(gòu)的中間層，不僅可以隔離客戶端和服務(wù)器，還可以分擔服務(wù)器的任務(wù)，平衡服務(wù)器的負載。對于三層結(jié)構(gòu)，中間層是開發(fā)的重點，中間層負責主要的業(yè)務(wù)邏輯，是整套系統(tǒng)的重中之重。2.4分布式數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu)2.5DDBS的模式結(jié)構(gòu)2.5DDBS的模式結(jié)構(gòu)DDBS的模式結(jié)構(gòu)：由全局外模式層、全局概念模式層、局部概念模式層、局部內(nèi)模式層等組成，各模式間有相應(yīng)的映像定義。2.5DDBS的模式結(jié)構(gòu)1.全局外模式層全局外模式層由多個全局用戶視圖組成。如果用關(guān)系模型建立全局邏輯結(jié)構(gòu)，則用戶視圖是全局關(guān)系模式的子集。對于完全透明的DDBS全局用戶在使用視圖時不必關(guān)心全局數(shù)據(jù)的分段和分布細節(jié)。2.5DDBS的模式結(jié)構(gòu)2.全局概念模式層全局概念模式層是DDBS的整體抽象。定義了DDB中全部的數(shù)據(jù)特性和邏輯結(jié)構(gòu)。對于提供完整透明性的DDBS而言，全局概念模式層包括三級模式：全局概念模式、分段模式、分布模式。2.5DDBS的模式結(jié)構(gòu)全局概念模式(GlobalConceptualSchema)：它描述全局數(shù)據(jù)的整體邏輯結(jié)構(gòu)，是DDBS的全局概念視圖。2.5DDBS的模式結(jié)構(gòu)分段模式(FragmentationSchema)：它是全局數(shù)據(jù)整體邏輯結(jié)構(gòu)分割后的局部邏輯結(jié)構(gòu)。是DDBS的全局數(shù)據(jù)的邏輯劃分視圖。分段模式描述了分段的定義，以及全局模式到分段的映像。2.5DDBS的模式結(jié)構(gòu)分布模式(AllocationSchema)：它定義了各個片段到節(jié)點間的映像，即分布模式定義片段存放的結(jié)點，并不是全局數(shù)據(jù)在局部節(jié)點上的物理存儲。在分布模式中規(guī)定的映像類型確定了DDBS數(shù)據(jù)的冗余情況，若映像為1：1則數(shù)據(jù)是非冗余型，若映像為1：n，則允許數(shù)據(jù)冗余(多副本)，即一個片段可分配到多個節(jié)點上存放。2.5DDBS的模式結(jié)構(gòu)全局關(guān)系R的各個分段及分段到結(jié)點的影像關(guān)系：2.5DDBS的模式結(jié)構(gòu)3.局部外模式層局部外模式層由多個局部用戶視圖組成。如果數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系模型建立，則局部用戶視圖是局部關(guān)系模式的子集。2.5DDBS的模式結(jié)構(gòu)4.局部概念模式層（LocalInternalSchema）局部概念模式層是全局概念模式被分段和分布在局部結(jié)點上的局部概念模式及其映像的定義。當全局數(shù)據(jù)模型與局部數(shù)據(jù)模型不同時，局部概念模式還應(yīng)包括數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換的描述。2.5DDBS的模式結(jié)構(gòu)5.局部內(nèi)模式層(LocalInternalSchema)局部內(nèi)模式定義局部物理視圖，它是分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)DDBS中關(guān)于物理數(shù)據(jù)庫的描述，類似于集中式數(shù)據(jù)庫的內(nèi)層。2.5DDBS的模式結(jié)構(gòu)映像：2.5DDBS的模式結(jié)構(gòu)映像：2.5DDBS的模式結(jié)構(gòu)映像：2.5DDBS的模式結(jié)構(gòu)映像：2.5DDBS的模式結(jié)構(gòu)映像：2.6DDBS的組件結(jié)構(gòu)及功能應(yīng)用處理器AP的功能：應(yīng)用處理器AP主要包括用戶接口、語義數(shù)據(jù)控制器、分布式查詢處理器、分布式事務(wù)管理器和全局字典。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。2.6DDBS的組件結(jié)構(gòu)及功能2.6DDBS的組件結(jié)構(gòu)及功能（1）用戶接口：負責檢查用戶身份，接受用戶命令，如SQL命令等。（2）語義數(shù)據(jù)控制器：負責視圖管理、安全控制、語義完整性控制等。（3）分布式查詢處理器：負責將用戶命令翻譯成數(shù)據(jù)庫命令，進行分布式查詢處理與優(yōu)化，并生成分布式查詢的分布執(zhí)行計劃，收集局部執(zhí)行結(jié)果并返回給用戶。2.6DDBS的組件結(jié)構(gòu)及功能（4）分布式事務(wù)管理器：負責調(diào)度、協(xié)調(diào)和監(jiān)視應(yīng)用處理器和數(shù)據(jù)處理器之間的分布執(zhí)行，保證復(fù)制數(shù)據(jù)的一致性，保證分布式事務(wù)的原子性。（5）全局字典：負責為語義數(shù)據(jù)控制器、分布式查詢轉(zhuǎn)換的模式映射以及分布式查詢處理提供數(shù)據(jù)信息。2.6DDBS的組件結(jié)構(gòu)及功能數(shù)據(jù)處理器DP的功能：數(shù)據(jù)處理器DP主要包括局部查詢處理器、局部事務(wù)管理器、局部調(diào)度管理器、局部恢復(fù)管理器、存儲管理器和局部字典。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。2.6DDBS的組件結(jié)構(gòu)及功能2.6DDBS的組件結(jié)構(gòu)及功能（1）局部查詢處理器:負責實現(xiàn)分布式查詢命令到局部命令的轉(zhuǎn)換，以及局部場地內(nèi)的存取優(yōu)化，選擇最好的路徑執(zhí)行數(shù)據(jù)存取操作。（2）局部事務(wù)管理器：以局部子事務(wù)為單位調(diào)度執(zhí)行，保證子事務(wù)執(zhí)行的正確性。2.6DDBS的組件結(jié)構(gòu)及功能（3）局部調(diào)度管理器：負責局部場地上的并發(fā)控制，按可串行化策略調(diào)度和執(zhí)行數(shù)據(jù)操作。（4）局部恢復(fù)管理器：負責局部場地上故障恢復(fù)，維護本地數(shù)據(jù)庫的一致性。2.6DDBS的組件結(jié)構(gòu)及功能（5）存儲管理器：按調(diào)度命令訪問數(shù)據(jù)庫，進行數(shù)據(jù)緩存管理，返回局部執(zhí)行結(jié)果。（6）局部字典：負責為數(shù)據(jù)局部查詢處理與優(yōu)化提供數(shù)據(jù)信息。AP、DP和系統(tǒng)用戶之間的結(jié)構(gòu)如下圖2.6DDBS的組件結(jié)構(gòu)及功能數(shù)據(jù)字典的基本知識：數(shù)據(jù)字典是DBMS的一部分，它用于存儲數(shù)據(jù)的特性和關(guān)系的定義。數(shù)據(jù)字典是“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)"，稱為元數(shù)據(jù)。2.6DDBS的組件結(jié)構(gòu)及功能數(shù)據(jù)字典沒有一個標準的格式，一般在數(shù)據(jù)字典中存儲如下描述性信息：（1）關(guān)于每一個數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建者、創(chuàng)建日期。（2）關(guān)于數(shù)據(jù)庫中表的定義，具體來說，包括存儲表的名稱、創(chuàng)建者、創(chuàng)建日期。（3）所有列的名稱、列的數(shù)據(jù)類型和顯示的格式等。2.6DDBS的組件結(jié)構(gòu)及功能數(shù)據(jù)字典沒有一個標準的格式，一般在數(shù)據(jù)字典中存儲如下描述性信息：（4）索引的定義，至少存儲索引名、位置、索引的性質(zhì)和創(chuàng)建日期。（5）數(shù)據(jù)庫中所有終端用戶和管理員的訪問權(quán)限。（6）所有表之間的聯(lián)系以及完整性約束的定義。2.7多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與對等型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)MDBS是在一組已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)庫以及文件系統(tǒng)之上為用戶提供一個統(tǒng)一的存取數(shù)據(jù)的環(huán)境。一個MDBS由一組獨立發(fā)展起來的LDB組成，并在這些LDB之上為用戶建立一個統(tǒng)一的存取數(shù)據(jù)的層次，為用戶提供一個統(tǒng)一的全局視圖，使用戶像使用一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一樣使用MDBS，而不需要改變LDBS。2.7多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與對等型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)：2.7多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與對等型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對等型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：P2P數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是將原面向文件共享的P2P系統(tǒng)擴展為面向數(shù)據(jù)管理的P2P系統(tǒng)。在P2P技術(shù)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，每個Peer數(shù)據(jù)庫由一個peer數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（PDBMS）進行管理，PDBMS有一個P2P層，管理本地PeerDB與其他本地PeerDB的交互，并把多個PeerDB組織形成整個網(wǎng)絡(luò)，P2P技術(shù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。2.7多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與對等型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對等型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)：2.8Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)：Oracle數(shù)據(jù)庫有物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫中的操作系統(tǒng)文件的集合