【文章內(nèi)容簡介】 理 ?存儲管理是一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的 物理實(shí)現(xiàn)層 ， 存儲管理設(shè)計與實(shí)現(xiàn)的好壞直接 影響著 系統(tǒng)的 性能 、 安全 與 恢復(fù) ， 并與整個系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型息息相關(guān) 。 ?存儲管理主要涉及 對象存儲 、 聚簇策略 和 索引 等內(nèi)容。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 167。 OODBS的存儲管理 ?1．對象存儲 ?（ 1）對象數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu) ? 對象的存儲由兩部分組成 ? 第一部分是 數(shù)據(jù)庫類的結(jié)構(gòu)信息 和 語義關(guān)聯(lián) ，包括數(shù)據(jù)項構(gòu)成、函數(shù)動作及與其它類的語義關(guān)聯(lián)等。同一類的所有對象具有相同的結(jié)構(gòu)和行為，因此這些信息只需存儲一次，我們把它們存放在該類的數(shù)據(jù)字典中。函數(shù)體的源代碼和目標(biāo)代碼則分別存于系統(tǒng)的源代碼庫和目標(biāo)代碼庫中。 ? 第二部分是該類 對象的實(shí)例數(shù)據(jù) ，它們被一一存放在對象庫中。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 167。 OODBS的存儲管理 ?（ 2）對象數(shù)據(jù)的存儲 ? 一個 OODB系統(tǒng)包含 若干個磁盤卷 ，每個磁盤卷包含若干個頁面，對象存儲在頁面上。頁面包含一個頁首和一組頁槽。對象的物理地址由磁盤卷號、頁面號和頁槽號組成。頁槽用于記錄對象在頁面中的位置，也就是距離頁面開始處的偏移量。當(dāng)向一個空頁面中插人第一個對象（即對象 0）時，對象 0緊接頁首位置，其位置由頁槽 0記錄。 ? 對象標(biāo)識符 （ Object Identifier， OID）被用來唯一標(biāo)識數(shù)據(jù)庫中的每個對象，對象標(biāo)識符分為物理對象標(biāo)識符和邏輯對象標(biāo)識符。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 167。 OODBS的存儲管理 ?通常，根據(jù)對象的大小，將對象進(jìn)行分類，如果對象大小超過頁面的大小，那么稱其為 大對象 ；否則，稱為 小對象 。 ?大對象的存儲方法主要分為兩種： 基于塊 的大對象存儲方法和 基于段 的大對象存儲方法。目前，許多對象存儲系統(tǒng)都采用 基于段 的大對象存儲方法。基于段的大對象存儲方法是將大對象存儲在物理上相鄰的若干磁盤塊上的存儲方法。 ?對于合成對象， OODB系統(tǒng)采用把 主體對象 與 成員對象 分開存儲的策略。主體對象中相應(yīng)位置存放成員對象的標(biāo)識符（ OID），成員對象則存放在其對應(yīng)的數(shù)據(jù)文件中。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 167。 OODBS的存儲管理 ?對象的分開存儲策略具有以下 優(yōu)點(diǎn) ： ? （ 1） 查詢效率高 ，尤其是對那些從某個類中找出滿足條件的所有對象這樣的查詢。 ? （ 2） 能很好地支持對象變遷 。如某一對象在某一時刻變?yōu)槠渥宇愔械囊粋€實(shí)例或退化為其超類的一個實(shí)例，此時只需增減某些片段，只對某一類的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行修改而不會影響其他抽象類的存儲。 ? （ 3） 方便大對象的處理 。一個大對象在按抽象類分割后就變成了一些較小的片段，這些片段具有相對的獨(dú)立性，可以單獨(dú)調(diào)入內(nèi)存處理。 ? （ 4） 能為不同版本的對象提供共享機(jī)制 。如果一個對象的不同版本在某些數(shù)據(jù)片段上沒有差異，則這兩個版本在這些數(shù)據(jù)片段上可以共享同一份存儲。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 167。 OODBS的存儲管理 ?2．聚簇策略 ?聚簇是指 將相關(guān)對象組合起來 的過程。聚簇過程的基本意圖是為了當(dāng)用戶程序存取一個對象時，可以在相同或相鄰物理頁中很快找到該對象或其相關(guān)對象。 ?聚簇的基本目標(biāo)是 將頻繁相互引用的對象彼此相近地存放在內(nèi)存或外存上 ，物理存儲單元通常都作為聚簇的容器，這些容器的參數(shù)決定了聚簇的大小尺寸，從而減少查詢處理所需要的 I/O操作數(shù)。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 167。 OODBS的存儲管理 ?聚簇策略有靜態(tài)和動態(tài)之分： ? （ 1） 靜態(tài)聚簇 ：此種聚簇是在對象創(chuàng)建時實(shí)施的，當(dāng)對象之間的鏈被更新時，不重新進(jìn)行。 ? （ 2） 動態(tài)聚簇 ：此種聚簇是在運(yùn)行時實(shí)施的，在做聚簇的同時還可以并發(fā)地訪問對象。 ?一個聚簇策略到底選取靜態(tài)技術(shù)還是動態(tài)技術(shù)，這取決于對象庫的行為方面的特征，包括更新操作頻度的高低、讀寫比率的大小等。動態(tài)聚簇技術(shù)需要一定的CPU時間開銷，它對寫者的 響應(yīng)速度 要慢些，對讀者的響應(yīng)速度要快些。僅當(dāng)一個系統(tǒng)讀操作的次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過寫操作的次數(shù)時，動態(tài)聚簇技術(shù)才可能提高系統(tǒng)的整體性能。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 167。 OODBS的存儲管理 ?3．索引 ? 在 OODB中，索引是加速查詢操作的一種重要技術(shù)。與傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫在一個屬性或一組屬性上建立一個索引有所不同， OODB引入三類新的索引： 類層次索引 、 嵌套屬性索引 和 復(fù)雜的二維索引 。 ? 其中 嵌套屬性索引 建立在一個聚集類層次上，又可分為嵌套索引、路徑索引和多重索引。嵌套索引維護(hù)比較困難，但檢索性能最好，適用于對象的反向引用存在的情況； ? 路徑索引 不需要反向游歷，實(shí)現(xiàn)起來較方便，檢索性能次之； ? 多重索引 結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)最方便，但檢索性能不理想。選用何種索引，須對索引性能、維護(hù)代價和實(shí)現(xiàn)技術(shù)復(fù)雜度綜合權(quán)衡而定。 MEDIA ASSET MANAGEMENT MEDIA ASSET MANAGEMENT 第 7章 多媒體數(shù)據(jù)庫 技術(shù) 關(guān)系數(shù)據(jù)庫概述 1 多媒體數(shù)據(jù)庫概述 2 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫技術(shù) 3 分布式多媒體數(shù)據(jù)庫 4 檢索技術(shù)簡介 5 167。 DDBS的基本概念 ?分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) （ DDBS）是數(shù)據(jù)庫技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域已形成一個重要分支。分布式數(shù)據(jù)庫的研究始于 20世紀(jì) 70年代中期 。世界上第一個 DDBS是由美國計算機(jī)公司（CCA）于 1979年在 DEC計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的。 ?20世紀(jì) 90年代 以來， DDBS進(jìn)入商品化應(yīng)用階段，傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品均發(fā)展成以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及多任務(wù)操作系統(tǒng)為核心的分布式數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，同時分布式數(shù)據(jù)庫逐步向 客戶機(jī)／服務(wù)器模式 發(fā)展。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 167。 DDBS的基本概念 ? MEDIA ASSET MANAGEMENT 網(wǎng)絡(luò) CM GDBMS LDBMS CM GDBMS LDBMS CM GDBMS LDBMS 全局用戶 GDD/GDB 局部用戶 LDD LDB 全局用戶 GDD/GDB 局部用戶 LDD LDB GDD/GDB 局部用戶 GDD/GDB 全局用戶 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 167。 DDBS的基本概念 ?DDBS系統(tǒng)組成如下： ? 1. 硬件 ：分布式系統(tǒng)所依賴的硬件環(huán)境是 分布 的。這需要多臺計算機(jī)設(shè)備，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并由計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接。 ? 2. 軟件 ：每個場地必須選擇一個適合的操作系統(tǒng)，還必須配備高層的 DDBMS（分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)），它包括GDBMS（全局?jǐn)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）、 LDBMS（局部數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）和 CM（通信管理器）。 ? 3. 數(shù)據(jù) ： DDBS中的數(shù)據(jù)是以 DDB為核心的，包括 GDB（全局?jǐn)?shù)據(jù)庫）和 LDB（局部數(shù)據(jù)庫），以及對應(yīng)的 LDD（局部數(shù)據(jù)目錄）和 GDD（全局?jǐn)?shù)據(jù)目錄）。 ? 4. 管理員 ： DDBA（分布式數(shù)據(jù)庫管理員），它可分為兩級，一級為 GDBA（全局?jǐn)?shù)據(jù)庫管理員），另一級為局部或自治場地數(shù)據(jù)庫管理員，稱為 LDBA（局部數(shù)據(jù)庫管理員）。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 167。 DDBS的基本概念 ?分布式數(shù)據(jù)庫（ DDB）是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中各場地（Site）或節(jié)點(diǎn)（ Node）上數(shù)據(jù)庫的邏輯集合。它是一組結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)集合，邏輯上屬于同一系統(tǒng)，而物理上分布在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點(diǎn)上，具有 分布性 和 邏輯協(xié)調(diào)性 的特點(diǎn)。 ? 分布性 是指數(shù)據(jù)不是存放在單一場地為單個計算機(jī)配置的存儲設(shè)備上，而是按全局需要將數(shù)據(jù)劃分成一定結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)子集，分散地存儲在各個場地 (節(jié)點(diǎn) )上。 ? 邏輯協(xié)調(diào)性 是指各場地上的數(shù)據(jù)子集，相互間由嚴(yán)密的約束規(guī)則加以限定，而在邏輯上是一個整體。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 167。 DDBS的基本概念 ?一個分布式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)滿足以下 四個假設(shè)條件 ： ? 1 是數(shù)據(jù)存儲在一些場所（任意地理位置）中，每個場所邏輯上假定為 單個處理器 ； ? 2 是場所中的處理器 由計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) 。松散互聯(lián)的處理器有它們自己的操作系統(tǒng)，并可進(jìn)行獨(dú)立操作（獨(dú)立計算機(jī)）； ? 3 是分布式數(shù)據(jù)庫不是一個能在每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上單獨(dú)存儲的文件的匯集，而是一個 實(shí)實(shí)在在的數(shù)據(jù)庫 （獨(dú)立數(shù)據(jù)庫）。 ? 4 是系統(tǒng)具有 DBMS 的 完備功能 ，它不僅包括事務(wù)處理和分布式文件系統(tǒng)，還有查詢處理和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)組織等功能（完備的管理功能）。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 167。 DDBS的數(shù)據(jù)分片 ?在構(gòu)成 DDBS的運(yùn)行環(huán)境時，必須考慮構(gòu)成 DDBS所應(yīng)用的各個組成部分各自如何使用數(shù)據(jù)的問題，所以， DDBS同樣存在著分布式數(shù)據(jù)庫（ DDB）的設(shè)計問題，這就是 數(shù)據(jù)分片 。它包括了分布式數(shù)據(jù)庫的 邏輯劃分 和 物理分配 ，以及用戶對分布式數(shù)據(jù)庫的劃分或分配的 感知程度 （透明度）。 ?數(shù)據(jù)分片的主要目的是提高訪問的 局部性 。當(dāng)然，既然是分布式數(shù)據(jù)庫，就不可能使所有數(shù)據(jù)的訪問都局部化。一個成功的DDBS的設(shè)計應(yīng)使訪問的局部性能更好，盡量 減少遠(yuǎn)程訪問 ，這就是數(shù)據(jù)分片的目的。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 167。 DDBS的數(shù)據(jù)分片 ?數(shù)據(jù)分片包括兩個步驟： 數(shù)據(jù)分割 和 數(shù)據(jù)分配 ：先從邏輯上將全局關(guān)系模式劃分成若干邏輯片斷（子關(guān)系） —— 分割 ；再按一定的冗余度將片斷分配到各個節(jié)點(diǎn)上，這時邏輯片斷就成為具體的物理映象（數(shù)據(jù)存儲） —— 分配 。 ?分割后的各邏輯關(guān)系之間應(yīng)遵循下列原則： ? 1. 完整性原則 ：全局關(guān)系的所有數(shù)據(jù)項必須包括在任何一個片斷中。不允許出現(xiàn)某個數(shù)據(jù)項屬于全局關(guān)系，但卻不屬于任何片斷。 ? 2. 重構(gòu)性原則 ：所有片斷必須能重構(gòu)（逆操作）成全局關(guān)系。 ? 3. 不相交原則 ：不相交原則不是必須的，但有這條原則可以使分割不致引起太復(fù)雜。分割時不相交，則分配時的冗余可以得到控制。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 167。 DDBS的數(shù)據(jù)分片 ? 1. 水平分割 ? 將關(guān)系 R按行分為若干個互不相交的子集 R1， R2， …… ， Rn，每個子集 Ri 稱為一個水平片段。一個水平片段可以看成是關(guān)系上的一個選擇： ? R = R1∪ R2∪ … ∪ Rn ? 通過對全局關(guān)系施加選擇運(yùn)算得到，并可通過對這些片段執(zhí)行合并操作來恢復(fù)該全局關(guān)系。 ? 2. 垂直分割 ? 將關(guān)系 R按列分為若干屬性子集 R1， R2， …… ， Rn，每個子集 Ri 稱為一個垂直片段。 一個垂直片段可以看成是關(guān)系上的一個投影。 ? 關(guān)系的重構(gòu)可以通過連接運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)： ? R = R1∧ R2∧ … ∧ Rn MEDIA ASSET MANAGEMENT 167。 DDBS的數(shù)據(jù)分片 ? 3. 導(dǎo)出分割 ?導(dǎo)出水平分割，分割的條件不是關(guān)系本身屬性條件，而是其它關(guān)系的屬性條件。 ? 4. 混合分割 ?混合分割是水平分割和垂直分割的混合操作，即對關(guān)系的選擇和投影視應(yīng)用需要進(jìn)行操作。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 學(xué)號 姓名 出生年月 籍貫 入學(xué)時間 畢業(yè)時間 202314013001 張菲 1986 河北 2023 2023 202312312023 吳空 1987 陜西 2023 2023 202310213001 李奎 1988 山東 2023 2023 202310013012 朱各良 1990 河南 2023 在讀 202310124025 伍永 1991 廣東 2023 在讀 202310235058 趙蓋 1992 北京 2023 在讀 已畢業(yè)學(xué)生表 在讀學(xué)生表 167。 DDBS的數(shù)據(jù)分片 MEDIA ASSET MANAGEMENT 水平分割 垂直分割 167。 DDBS的數(shù)據(jù)分片 ?分割的輸出是分配的輸入。顯然，分割與分配有著天然的聯(lián)系，二者的區(qū)別僅在于 分割著眼于全局 ， 分配則考慮片斷關(guān)系 。 ?分割是在邏輯上對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分解，所以分割的片段稱之為 邏輯片段 ；而分配的內(nèi)容是考慮物理上數(shù)據(jù)表的存儲，因此稱為物理映象 。 MEDIA ASSET MANAGEMENT 167。 DDBS的數(shù)據(jù)分片 ?數(shù)據(jù)分配一般有以下幾種方式： ?1. 集中型 ? 數(shù)據(jù)雖經(jīng)分片，但所有邏輯片斷完全集中在一個場地上，仍然像一個集中數(shù)據(jù)庫一樣。 ?2. 分割型 ? 數(shù)據(jù)被分片后，所有邏輯片斷各自分配在一個場地上，所有場地上分配的只是全局關(guān)系的一個子關(guān)系。 ?3. 混合型 ? 數(shù)據(jù)被分片后的邏輯片斷根據(jù)需要分配，共享的片斷在需要共享的場地上重復(fù)設(shè)置，高度私用的片斷只設(shè)置在所需要的場地上。 ME