1、分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其應用,通過本課程的學習，使得同學們對分布式數(shù)據(jù)庫學科的重要技術不僅知其然，更要知其所以然。 掌握分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的理論、結構、技術和方法。 了解實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)庫的關鍵和難點。 認清數(shù)據(jù)庫學科的發(fā)展趨勢和前景。 能夠設計和開發(fā)簡單的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 為今后從事分布式數(shù)據(jù)庫研究和應用打下良好的專業(yè)基礎。,課 程 目 標,課 程 內 容（1）,第1章 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述 第2章 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設計 第3章 分布式數(shù)據(jù)庫中的查詢處理和優(yōu)化 第4章 分布式數(shù)據(jù)庫中的事務管理和恢復 第5章 分布式數(shù)據(jù)庫中的并發(fā)控制 第6章 分布式數(shù)據(jù)庫中的可靠性 第7章 分布式數(shù)據(jù)庫的安全性與

2、目錄管理 第8章 分布式數(shù)據(jù)庫與客戶機/服務器模式 第9章 分布式數(shù)據(jù)庫與WWW數(shù)據(jù)庫和移動數(shù)據(jù)庫 第10章分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展趨勢, 課程講授（32學時）,教材： 邵佩英：分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其應用（第2版），科學出版社，北京，2005,課 程 內 容（2）, 集體上機操作（約10學時）,練習Oracle 10g數(shù)據(jù)庫基本操作 大作業(yè)之實驗項目的分析和編程實驗,參 考 書 籍（1）,參 考 書 籍,Principles of Distributed Database Systems （分布式數(shù)據(jù)庫原理（第2版）,M.Tamer Ozsu,Patrick Valduriez Prentice

3、Hall & Tsinghua University Press,2002.,考核方式,1.大作業(yè)之實驗項目（20%） 2.最后閉卷考試（80%）,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)知識回顧 計算機網(wǎng)絡知識回顧 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的由來和發(fā)展 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的定義和分類 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結構和組成部分 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的獨立性與分布透明性 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的優(yōu)點和存在的技術問題,分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述,第1章,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)知識回顧,數(shù)據(jù)庫 (DB:DataBase),長期儲存在計算機內的有組織的、可共享的相關數(shù)據(jù)的集合。,數(shù)據(jù)庫技術,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟硬件層次關系,1,1,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)知識回顧,DBMS,數(shù) 據(jù) 庫,

4、系統(tǒng)分析員,應用程序員,最終用戶 2,最終用戶 1,最終用戶 3,數(shù)據(jù)庫管理員,DBMS設計和實現(xiàn)者,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)工具開發(fā)者,操作員和系統(tǒng)維護人員,數(shù)據(jù)庫設計者,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用戶,1.2,1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)知識回顧,數(shù)據(jù)抽象,視圖抽象外模式 概念抽象概念模式 物理抽象內模式,概念模式,內模式,現(xiàn)實世界,視圖抽象,概念抽象,物理抽象,外模式,視圖2,視圖1,視圖3,1. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)知識回顧,數(shù)據(jù)間的聯(lián)系,一對一的聯(lián)系，記為 11 一對多的聯(lián)系，記為 1n 多對多的聯(lián)系，記為 mn,實體聯(lián)系類型,實體內部聯(lián)系 實體之間的聯(lián)系 同一實體型的實體之間的聯(lián)系 不同實體型的實體之間的聯(lián)系,E-R模型,實體聯(lián)系模型

5、（Entity Relationship Model）。該模型直接從 現(xiàn)實世界中抽象出實體類型及實體間聯(lián)系，然后用E-R圖 表示的數(shù)據(jù)模型。,在信息世界中建立的，完全不涉及信息在計算機系統(tǒng)中的表示（獨立 子計算機系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)模型，稱為概念數(shù)據(jù)模型，簡稱概念模型。 最典型的是“實體聯(lián)系模型”即E-R模型。,實體名,屬性名,E-R圖的四個基本成分：,矩形框表示實體型,橢圓形表示屬性,菱形表示聯(lián)系,連接實體型與聯(lián)系類型，也可用于表示實體與屬性的聯(lián)系 并注明種類；對構成碼的屬性，在屬性名下畫一橫線表示。,1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)知識回顧,1.5,E-R模型,例：學生選修課程,學生,課程,選修,姓名,學號,系別,

6、課程號,課程名,學分,成績,用矩形表 示實體,用橢圓表示實體的屬性,用無向邊把實體與其屬性連接起來,用菱形表示實體間的聯(lián)系,實體與聯(lián)系用線段連接并注明類型,m,n,1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)知識回顧,1.6,E-R模型示例,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)知識回顧,數(shù)據(jù)模型(Data Model),1,1.7, 數(shù)據(jù)結構 數(shù)據(jù)操作 完整性約束,用于描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性；是所研究的對象類型（Object type） 的集合，包括：數(shù)據(jù)的類型、內容和性質的對象（事物）；數(shù)據(jù)之間 聯(lián)系的對象（聯(lián)系）。,數(shù)據(jù)模型的三要素,1. 數(shù)據(jù)結構：,是一組完整性規(guī)則（條件）的集合。給出數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有 的制約、依賴和存儲規(guī)則，用于限定數(shù)據(jù)庫的狀

7、態(tài)和狀態(tài)變化，保 證數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的正確、有效、完全和相容。,3. 完整性約束（Integrity Constraint）：,用于描述系統(tǒng)的動態(tài)特性，是對數(shù)據(jù)庫中的各種對象的實例（值） 允許執(zhí)行的操作的集合。主要有查詢和更新（插入、刪除、修改）兩 類操作。,2. 數(shù)據(jù)操作（Data Manipulation） ：,3. SQL（Structured Query Language）,是一種綜合DDL和DML的數(shù)據(jù)庫語言,用來表示用戶對數(shù)據(jù)庫的操作請求，主要有以下操作：查詢、插入、刪除和修改。包括兩類語言：過程性語言（ 數(shù)據(jù)庫中什么數(shù)據(jù)，如何搜索這些數(shù)據(jù)都要說明）和非過程性語言（只說明數(shù)據(jù)庫中的什

8、么數(shù)據(jù)）。,2. 數(shù)據(jù)操縱子語言（Data Manipulation Language）,數(shù)據(jù)庫語言,1.8,包括數(shù)據(jù)庫模式定義和數(shù)據(jù)庫存儲結構與存取方法定義兩個方面， 相應的程序也包括兩部分：一部分是數(shù)據(jù)庫模式定義處理程序，一部分 是存儲結構和存儲方法定義處理程序。,1. 數(shù)據(jù)定義子語言（Data Description Language）,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)知識回顧,1,1.9,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)知識回顧,1,1模式： 也稱為概念模式，是數(shù)據(jù)庫全體數(shù)據(jù)的全局邏輯結構和特征的描述。 2外模式： 是關于用戶數(shù)據(jù)的局部邏輯結構和特征的描述，是模式的邏輯子集。 3內模式： 是數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的物理結構和

9、存儲結構的描述。,4模式/內模式映象： 該映象存在于模式與內模式之間，用于定義模式與內模 式之間的對應性。本映象一般在內模式中描述。,5外模式/模式映象： 該映象存在于外模式與模式之間，用于定義外模式和模 式之間的對應性。本映象一般在外模式中描述。,在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結構中，存在模式/內模式的映 象，當內模式發(fā)生變化時，只要修改模式/內模式的映象，就可以保持模式不變，從而保證程序與數(shù)據(jù)的物理獨立性。,6物理獨立性：,在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結構中，存在外模式/模式的映象，當模式發(fā)生變化時，只要修改外模式/模式的映象，即可保持外模式不變，從而保證程序和數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。,7邏輯獨立性：,1.9

10、,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)知識回顧,1,傳統(tǒng)的集合運算,1.10 關系代數(shù),并運算 差運算 交運算 廣義笛卡爾積,RS,R-S,R x S,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)知識回顧,1,選擇運算是從關系中選取使公式為真的元組。這是從行的角度進行的運算。,在關系R中選擇滿足給定條件的元組，記做： F (R) = r | r R F(r)=真 F是一個公式，表示形式為由邏輯運算符（,)連接各算術表達式組成。 算術表達式的基本形式為：XY. =, , ,=, . X,Y是屬性名或常量或簡單函數(shù)。,例1 求計算機科學系CS的學生, SD=CS (S), SD=CS (S),選擇運算,投影運算,這是從列的角度進行的運算。,

11、例2 SN,SD (S) 即求得學生關系S在學生姓名和所在系這兩個屬性上的投影結果。,SN,SD (S),關系R上的投影是從R中選擇若干屬性組A組成新的關系。記做： A (R) = rA | r R 投影之后不僅取消了某些列，還可能取消某些元組。,SA (S),連接運算是從兩個關系的笛卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組。 記做： R S. 其中，F(xiàn)是條件表達式，它涉及到對兩個關系中的屬性的比較。 如果F僅僅是一個相等條件，即等值連接。,連接運算, F,例3 設關系R、S如下圖：,DATABASE TABLE CREATE VIEW INDEX SQL DDL： ALTER DROP SQL

12、QUERY：SELECT FROM INSERT SQL SQL DML：UPDATE DELETE GRANT SQL DCL：REVOKE AUDIT 嵌入式SQL：,1.11 SQL組成（分類）,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)知識回顧,1,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)知識回顧,數(shù)據(jù)庫建設是硬件、軟件和干件(技術與管理的界面稱為干件)的結合?！叭旨夹g，七分管理，十二分基礎數(shù)據(jù)”是數(shù)據(jù)庫建設的基本規(guī)律 結構（數(shù)據(jù)）設計應該和行為（處理）設計密切結合，也就是說，整個設計過程中要把數(shù)據(jù)庫結構設計和對數(shù)據(jù)的處理設計（應用系統(tǒng)功能設計）密切結合起來。,1,1.12 數(shù)據(jù)庫設計,11NF 定義 如果一個關系模式的所有屬性都是不可分的基本

13、數(shù)據(jù)項，則R1NF。 任何一個關系模式都是1NF，不滿足第一范式的數(shù)據(jù)庫模式不能稱為關系數(shù)據(jù)庫。 22NF 定義 若關系模式RlNF，并且每一個非主屬性都完全函數(shù)依賴于R的鍵（或碼），則R 2NF。 2NF就是不允許關系模式的屬性之間有這樣的函數(shù)依賴XY，其中X是鍵的真子集，Y是非主屬性。顯然，鍵只包含一個屬性的關系模式如果屬于1NF，那么它一定屬于2NF。 33NF 定義 如果關系模式R中不存在候選鍵X、屬性組Y以及非主屬性Z（ZY），使得XY，YZ，YX成立，則R3NF。,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)知識回顧,1,計算機網(wǎng)絡：定義為相互聯(lián)接、彼此獨立的計算機系統(tǒng)的集合。相互聯(lián)接指兩臺或多臺計算機通過信道互連

14、，從而可進行通信；彼此獨立則強調在網(wǎng)絡中，計算機之間不存在明顯的主從關系，即網(wǎng)絡中的計算機不具備控制其他計算機的能力，每臺計算機都具有獨立的操作系統(tǒng)。,計算機網(wǎng)絡的組成：通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng),計算機網(wǎng)絡的功能： 1數(shù)據(jù)通信 （1）傳輸文件 （2）使用電子郵件（E-mail） 2資源共享 （1）共享硬件資源 （2）共享軟件資源 （3）共享數(shù)據(jù)資源。 3提高計算機系統(tǒng)的可靠性和可用性 4易于進行分布處理,一、按地理范圍分類 1.局域網(wǎng)（Local Area Network） 特點 :(1) 采用的傳輸介質類型相對較少。 (2) 數(shù)據(jù)傳輸速率快。 (3) 傳輸延遲小，且誤碼率較低。 (4) 組網(wǎng)比較靈

15、活、方便、成本較低。 2.城域網(wǎng)（Metropolitan Area Network 一般不超過幾十公里） 特點：(1) 采用的傳輸介質相對要復雜。 (2) 數(shù)據(jù)傳輸速率次于局域網(wǎng)。 (3) 數(shù)據(jù)傳輸距離相對局域網(wǎng)要長，信號容易受到干擾。 (4) 組網(wǎng)比較復雜，成本較高。 3. 廣域網(wǎng)（Wide Area Network,最常見的就是Internet） 特點：(1) 傳輸介質復雜 (2) 數(shù)據(jù)傳輸速率較低 (3) 采用的技術比較復雜 (4) 是一個公共的網(wǎng)絡，即不屬于一個機構或國家。,二. 按通信介質分 1.有線網(wǎng)絡：網(wǎng)絡中的通信介質全部為有線介質的網(wǎng)絡，常見的介質有同軸電纜、雙絞線、光纜、電

16、話線等。其特點是： 技術成熟； 產(chǎn)品較多； 實施方便； 成本較低； 受氣候環(huán)境的影響較小。 2.無線網(wǎng)絡：采用無線電波、衛(wèi)星、微波、紅外線、激光等無線形式來傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡，即網(wǎng)絡中的節(jié)點之間沒有線纜的連接。 優(yōu)點： （1）高移動性； （2）保密性強； （3）抗干擾性好； （4）架設與維護容易； （5）支持移動計算機,缺點： （1）技術發(fā)展較慢； （2）費用較高； （3）易受環(huán)境因素的影響； （4）安裝實施要求的技術高。,三. 其他分類方法 1.按使用網(wǎng)絡的對象來分 公用網(wǎng)絡它是為全社會所有的人提供服務的網(wǎng)絡。 專用網(wǎng)絡它只為擁有者提供服務，一般不向本系統(tǒng)以外的人提供服務。 2.按網(wǎng)絡的連接方式

17、來分 (1) 全連通型網(wǎng)絡 全連通型網(wǎng)絡是指所有節(jié)點之間的相互通信均可通過相鄰的節(jié)點實現(xiàn)，可靠性最好。 (2) 交換型網(wǎng)絡 交換型網(wǎng)絡兩個端節(jié)點之間可以通過中間節(jié)點（即轉接節(jié)點）實現(xiàn)連 接。 （3）廣播型網(wǎng)絡。 3.按照通信子網(wǎng)的交換方式 按照通信子網(wǎng)的交換方式不同，網(wǎng)絡可分為公用電路交換網(wǎng)、報文交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)、ATM交換網(wǎng)等。,1.星型結構 星型拓撲結構即任何兩節(jié)點之間的通信都要通過中心節(jié)點進行轉發(fā)，中心節(jié)點通常是集線器。 特點： (1)結構簡單、便于集中控制和管理 (2)網(wǎng)絡易于擴展 (3)故障檢測和隔離方便 (4)延遲時間小 (5)傳輸誤碼率低 中心節(jié)點負擔重 網(wǎng)絡脆弱,2. 總線型

18、結構 總線型網(wǎng)絡是將若干個節(jié)點平等地連接到一條高速公用總線上的網(wǎng)絡。 特點： (1) 結構簡單靈活，便于擴充。 (2) 可靠性高 (3) 網(wǎng)絡節(jié)點響應速度快 (4) 易于布線，成本較低。 (5) 實時性差 物理安全性差 故障診斷困難,3 環(huán)型結構 環(huán)型結構的網(wǎng)絡指網(wǎng)絡中的每個節(jié)點均與下一個節(jié)點連接，最后一個節(jié)點 與第一個節(jié)點連接，構成一個閉合的環(huán)路 特點： (1) 網(wǎng)絡結構簡單 (2)路徑選擇的控制得到簡化 (3) 擴充不方便 (4) 環(huán)上節(jié)點過多時，傳輸效率嚴重下降。 (5) 當環(huán)中某一節(jié)點出現(xiàn)故障時整個網(wǎng)絡將癱瘓，查找故障點不易。,4. 樹型結構 樹形結構是由星型結構演變而來的。其實質是星型結構的層次堆疊 特點： (1) 擴展方便。 (2) 故障隔離容易。 (3) 高層節(jié)點性能要求高。,5. 網(wǎng)狀結構 網(wǎng)狀結構是由星型、總線型、環(huán)型演變而來的，是前三種基本拓撲混合應用的結果。,Intranet提供的服務主要有： 1.WWW服務 WWW即World Wide Web，又稱“萬維網(wǎng)”它是互