『database-9』distributed database

分布式数据库

一、分布式数据库系统

• 分布式数据库：由一组分布在计算机网络中的不同节点上的数据组成，支持局部应用（场地自治）+ 全局应用（网络通信）
  • 局部应用：只操作一个节点上的数据库的应用
  • 全局应用：操作两个或多个的节点的数据库的应用
• 场地自治与协作性：
  • 场地自治：每个场地有自己的数据库，一组终端、是独立的 DBS
  • 协作性：从用户角度看，分布式数据库逻辑上如同一个集中式数据库
• 分布式数据库特点：
  • 数据独立性：逻辑 + 物理独立性；分布独立性：数据的逻辑切片、物理位置分布、重复副本一致性 对用户透明
  • 集中与自治：
    • 自治功能：各局部的DBMS可以独立管理局部数据库，具有自治功能
    • 集中控制：协调各局部 DBMS 工作，执行全局应用
  • 数据冗余：在不同节点存储同一数据的多个副本
    • 提高系统可靠性 + 可用性：当某一个节点出现故障时，可对另一节点进行相同操作
    • 提高系统性能：选择与用户最近的数据副本进行操作，减少通信代价
  • 全局一致性，可串行性，可恢复性

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二、分布式数据库系统的体系结构

• 模式结构：
  • 全局外模式：全局应用的用户视图，全局概念模式的子集
  • 全局概念模式：定义分布式数据库中数据的整体逻辑结构，使数据如同没有分布一样
  • 分片模式：每个全局关系可被分为若干个互不相交的片段
  • 分布模式：定义片段的存放节点，该部分的映像类型决定了分布式数据库是冗余的还是非冗余的
• 分片结构：
  • 水平分片：将关系按行分为互不相交的若干子集，每个子集称为一个水平分段
  • 垂直分片：将关系按列分为若干属性子集，，每个子集称为垂直片段，垂直分片的诸多片段往往包含码
  • 导出（水平）分片：水平分片的条件来自其它关系的属性条件
  • 混合分片：按上述三种方式得到的片段，继续按另一种方式分片
• 分片的性质：
  • 完全性：一个全局关系中的数据必须完全划分为若干个片段，不允许某些数据不属于任何片段
  • 不相交性：不允许一个全局关系的某些数据同时属于多个片段（垂直分片的码属性除外）
  • 可重构性：可由片段重构全局关系（垂直分片用连接，水平分片用并集）
• 分布透明性：
  • 分片透明性：用户只需对全局关系进行操作，无需考虑关系分片
  • 位置透明性：用户无需了解片段的存储场地，以及数据副本的一致性
  • 局部数据模型透明性：用户无需了解局部场地上使用的是哪种数据模型，模型转换等由分布模式-局部概念模式映像实现

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三、分布式数据库系统的主要技术

• 分布式查询类型：

  • 局部查询 & 远程查询：只涉及单个节点的数据，可直接采用集中式数据库的处理技术
  • 全局查询：涉及多个节点数据

• 分布式查询过程：

  1. 查询分解：把全局查询分解为若干个子查询，每个子查询只涉及一个节点的数据，可由局部DBMS处理
  2. 选择操作执行的次序：确定不同节点上关系的连接 or 并操作的的次序
  3. 选择执行操作的方法：选择存取路径、选择某种操作的算法、连接的执行方法

• 查询优化的目标：使查询执行时的通信代价最省

• 半连接：提高传输效率

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• 分布事务处理：具有原子性 + 可串行性：

  • 原子性：组成事务的所有子事务（分布在不同节点）要么全部提交，要么全部回滚
  • 可串行性：各事务的某一次调度得到的执行结果与串行执行得到的结果一致

• 两段提交协议：对各局部事务管理器进行协调，保证分布事务原子性

  • 协调者：负责作出事务是提交还是撤销的最终决定

  • 参与者：负责管理相应子事务的执行，以及在各局部数据库上执行写操作

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  • 第一阶段：

    1. 协调者向所有参与者发送“准备提交”的信息，并记入日志，参与者回复“就绪”or“撤销”
    2. 若在规定时间内协调者收到所有参与者的“就绪”消息，则做出“提交”决定，否则做出“撤销”决定

  • 第二阶段：

    1. 协调者将决定写入日志，并将该决定发送给所有参与者
    2. 各参与者收到命令后，在日志中写入“收到提交/撤销决定”，向协调者发送应答信息，执行相应决定
    3. 协调者收到所有应答者的应答消息后，事务执行结束

    注意：当系统发生故障时，各场地使用各自有关的日志进行事务恢复