【正文】
。 ? 計(jì)算機(jī)系分片的定義式為 create fragment cs as select 學(xué)號(hào)，姓名，專業(yè)，年級(jí)，系別 from 全局學(xué)生關(guān)系 where 系別 = 39。 例 學(xué)生記錄分布在各個(gè)系的節(jié)點(diǎn)上。 ? 根據(jù)完全性條件，一個(gè)全局關(guān)系的所有水平分割的限定謂詞的析取為真。對全局關(guān)系施加投影運(yùn)算 ： 先水平分片再垂直分片，或先垂直分片再水平分片 Example Employee relation E (,name,loc,sal,…) 40% of queries: 40% of queries: Qa: select * Qb: select * from E from E where loc=Sa where loc=Sb and… and ... Motivation: Two sites: Sa, Sb Qa ? ? Qb Sa Sb NM Loc Sal E 5 7 8 Sa 10 Sally Sb 25 Tom Sa 15 Joe NM Loc Sal NM Loc Sal 5 8 Sa 10 Tom Sa 15 Joe 7 Sb 25 Sally .. .. .. .. F At Sa At Sb F = { F1, F2 } F1 = ?loc=Sa(E) F2 = ?loc=Sb(E) ? called primary horizontal fragmentation Fragmentation ? Horizontal Primary(原始分片 ) depends on local attributes R Derived(衍生分片 ) depends on foreign relation ? Vertical R Which are good fragmentations? Example: F = { F1, F2 } F1 = ? sal10 E F2 = ? sal20 E Which are good fragmentations? Second example: F = { F3, F4 } F3 = ? sal10 E F4 = ? sal5 E ? Prefer to deal with replication explicitly Example: F = { F5, F6, F7 } F5 = ?sal ? 5 E F6 = ?5sal10 E F7 = ?sal ? 10 E ? Then replicate F6 if convenient (part of allocation problem) 分片原則： R ? F = {F1, F2, …, Fn} ? 1. 完全性條件 (Completeness) ：全局關(guān)系的每一數(shù)據(jù)項(xiàng)必須在至少一個(gè)分片中 – For every data item x ? R, ? Fi?F such that x?Fi ? 2. 重建性條件 (Reconstruction) ： 全局關(guān)系可從各分片中產(chǎn)生 – There is function g such that R = g(F1, F2, …, Fn) ? 3. 不相交條件 (Disjointness) ：不同分片無公共數(shù)據(jù)（控制數(shù)據(jù)冗余） – ?x?Fi, ?? Fj such that x?Fj, i ? j ? 全局關(guān)系的水平分割就是把元組分組，每一組作為一個(gè)分片。 全局?jǐn)?shù)據(jù)庫控制和通信子系統(tǒng)支持 DDBMS的四個(gè)特殊要求： ?響應(yīng)時(shí)間快和費(fèi)用低 ?系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)的獨(dú)立性 ?數(shù)據(jù)位置獨(dú)立性 ?并發(fā)和復(fù)制獨(dú)立性 四、分布式數(shù)據(jù)庫及其模式結(jié)構(gòu) 局部數(shù)據(jù) ： 只提供本站點(diǎn)的局部應(yīng)用所需數(shù)據(jù) 物理數(shù)據(jù)庫 DB 全局?jǐn)?shù)據(jù)： 參與全局應(yīng)用，可被多個(gè)站點(diǎn)上應(yīng) 分布 用訪問的數(shù)據(jù) 式數(shù) 據(jù)庫 局部數(shù)據(jù)目錄 ： 本站點(diǎn)中的局部數(shù)據(jù)字典 描述數(shù)據(jù)庫 （ LDBA、 GDBA協(xié)調(diào)建立和管理） （ 數(shù)據(jù)字典或 全局?jǐn)?shù)據(jù)目錄： 提供全局?jǐn)?shù)據(jù)的描述和管理的信息 數(shù)據(jù)目錄） （數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)定義、數(shù)據(jù)的分片、分布處 DD 理、授權(quán)、事務(wù)恢復(fù)等） （ GDBA建立和管理） 數(shù)據(jù)分片與數(shù)據(jù)分布 ? 數(shù)據(jù)分片（ Data Fragmentation)，亦稱數(shù)據(jù)分割 在分布式數(shù)據(jù)庫中，全局?jǐn)?shù)據(jù)庫是由各個(gè)局部數(shù)據(jù)庫邏輯組合而成，反之，各個(gè)局部數(shù)據(jù)庫是由全局?jǐn)?shù)據(jù)庫的某種邏輯分割而得 ? 邏輯片段： 分割后得到的各部分元組，存放在相應(yīng)的站點(diǎn)上 數(shù)據(jù)存放的單位 ? 分片（割）方法： 1. 水平分片： 按特定條件把全局關(guān)系的所有元組，分劃成若干個(gè)互不相交的子集，每個(gè)子集為全局關(guān)系的一個(gè)邏輯片段。 分解器、合并器和分布式執(zhí)行監(jiān)視器物理上可以在一個(gè)用戶處理器內(nèi)，而本地執(zhí)行監(jiān)視器可以駐留在一個(gè)數(shù)據(jù)處理器內(nèi)。 本地執(zhí)行監(jiān)視器 ?負(fù)責(zé)在本地?cái)?shù)據(jù)處理器中，執(zhí)行該分布式執(zhí)行策略中的與本站點(diǎn)有關(guān)的部分。 ?負(fù)責(zé)提供復(fù)制獨(dú)立性和分布式并發(fā)控制 －－需要數(shù)據(jù)分布和復(fù)制的一個(gè)全局視圖來完成 通信子系統(tǒng) ?提供站點(diǎn)之間的信息傳送。 模式：描述數(shù)據(jù)庫的某個(gè)方面，用來指揮處理器的行動(dòng) 全局?jǐn)?shù)據(jù)庫控制和通信子系統(tǒng)：每個(gè)站點(diǎn)有一個(gè)用戶處理器和數(shù)據(jù)處理器，整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫控制和通信子系統(tǒng)來支持通信和控制分布式的執(zhí)行。 ?完成查詢并把結(jié)果傳送回發(fā)出該查詢的站點(diǎn) 可靠性處理模塊 ?負(fù)責(zé)監(jiān)視系統(tǒng)的各個(gè)部分是否有故障出現(xiàn) ?當(dāng)故障修復(fù)后，負(fù)責(zé)將該部分重新并入系統(tǒng)，使之繼續(xù)有效運(yùn)行，保持?jǐn)?shù)據(jù)庫的一致狀態(tài)。 調(diào)度處理模塊 一旦確定了查詢處理的策略，就要進(jìn)行一些局部處理和數(shù)據(jù)傳輸，這時(shí)，調(diào)度處理模塊負(fù)責(zé)： ?向有關(guān)站點(diǎn)發(fā)布命令 ，使相應(yīng)站點(diǎn)的DBMS 執(zhí)行局部處理。 完整性處理模塊 ? 主要負(fù)責(zé)維護(hù)數(shù)據(jù)庫的完整性和一致性，檢查完整性規(guī)則，處理多副本數(shù)據(jù)的同步更新。 ? 優(yōu)化處理 采用最佳優(yōu)化算法，以減少傳輸費(fèi)用，提高傳輸效率。 如何減少查詢處理的代價(jià)，是查詢處理模塊的任務(wù)。 顯然，分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)很復(fù)雜 ,異構(gòu)更復(fù)雜。選擇非關(guān)系的 DBMS(如 IMS)這種轉(zhuǎn)換也許還不能實(shí)現(xiàn)，就我國的情況看還未必是必要的。這樣從全局用戶看來，該局部數(shù)據(jù)庫好像是 Sybase數(shù)據(jù)庫一樣。它接收用Sybase寫的數(shù)據(jù)操縱語句，轉(zhuǎn)換成一段 Oracle程序并執(zhí)行。 ? 例： 設(shè)全局模式使用 Sybase，局部 DBMS是 Oracle。 DBMS獨(dú)立性 ? 允許各局部數(shù)據(jù)庫運(yùn)行不同的 DBMS，可以采用不同廠商不同版本的 DBMS,通過公共標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)互操作 . ? 要實(shí)現(xiàn)各 DBMS之間的轉(zhuǎn)換機(jī)制，稱為全局 局部映照 其作用 :① 數(shù)據(jù)模式轉(zhuǎn)換，把全局 DB MS格式表示的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成局部 DBMS格式表示及其逆轉(zhuǎn)換 。上文已說明這取決于 DBMS源程序所用程序語言的可移植性。 操作系統(tǒng)獨(dú)立性 ? 不同的主機(jī)必然使用不同的操作系統(tǒng)。在應(yīng)用程序?qū)τ布?dú)立的條件下，同一套源程序可以在不同主機(jī)上編譯并運(yùn)行。硬件設(shè)備的升級(jí)和擴(kuò)充不影響已有應(yīng)用程序的可用性。但 DBMS也要有適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的能力。一般情況下，同一系統(tǒng)使用一種網(wǎng)絡(luò)是自然的選擇，但也不強(qiáng)制規(guī)定。 網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立性 ? 對分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來說，網(wǎng)絡(luò)僅僅是通訊工具，只要求在可接受的延遲時(shí)間內(nèi)把數(shù)據(jù)正確地送到目的節(jié)點(diǎn)。并發(fā)控制的目標(biāo)是維護(hù)事務(wù)的可串行性。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，屬于多個(gè)事務(wù)的操作混雜執(zhí)行時(shí)，要使每個(gè)事務(wù)不受其它事務(wù)操作穿插執(zhí)行的影響，事務(wù)的執(zhí)行結(jié)果好像沒有其它事務(wù)的干擾一樣。專為維護(hù)分布式事務(wù)的原子性而設(shè)計(jì)的。 分布式事務(wù)管理 （ Distributed Transaction Management) ? 分布式數(shù)據(jù)庫中一個(gè)事務(wù)可以作用在幾個(gè)節(jié)點(diǎn)上，因而撤回和提交也與多個(gè)節(jié)點(diǎn)有關(guān)。 第二層次是節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的局部處理，是集中式數(shù)據(jù)庫的研究內(nèi)容。 ? 造成復(fù)本不一致的另一種故障是由于通信線路故障而把網(wǎng)絡(luò)分裂成為互不可通信的幾個(gè)分塊 . 這種網(wǎng)絡(luò)分割引起一系列問題： 一是某數(shù)據(jù)的復(fù)本都在一個(gè)分塊中使其它分塊中的節(jié)點(diǎn)不能訪問，二是同一數(shù)據(jù)在不同分塊中的復(fù)本可能作了不同的修改 . 為降低網(wǎng)絡(luò)分塊的可能性，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中要保持足夠多的通信線使得它不易輕易地被分割 . 如把網(wǎng)連成環(huán)形，則即使有一條邊斷路網(wǎng)絡(luò)仍是連通的 . (怎樣使 N個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)有兩條邊斷開仍是連 通的 ?) 分布式查詢處理 （ Distributed Query Processing) ? 集中式數(shù)據(jù)庫中的查詢優(yōu)化方法： 設(shè)置索引，倒排文件 ? 等增加文件結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的方法，是局部優(yōu)化 ? 分布式查詢是指要使用多個(gè)節(jié)點(diǎn)的查詢。 另一種模式是數(shù)據(jù)復(fù)制：先對其中一個(gè)稱為主復(fù)本的復(fù)本作更新，完成后即提交。 有兩種復(fù)本的維護(hù)模式 : 一種是要求得同一數(shù)據(jù)的復(fù)本任何時(shí)候都是一致的。 在分布式環(huán)境中，為了減少通信量常有意地把同一數(shù)據(jù)在不同節(jié)點(diǎn)上重復(fù)存放 . 好處 :1) 減少遠(yuǎn)程通訊：在有復(fù)本的節(jié)點(diǎn)上讀取復(fù)本中的數(shù)據(jù)，比沒有復(fù)本的系統(tǒng)少一次遠(yuǎn)程通訊 2) 提高系統(tǒng)可靠性：一個(gè)分片的多個(gè)復(fù)本中只要有一個(gè)可用，即使其它復(fù)本都損壞，仍然可支持系統(tǒng)正常工作。 ? 實(shí)現(xiàn)分片透明性時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)該把用戶提供的在全局關(guān)系上操作的語句轉(zhuǎn)換成對合適的分片的操作。為此應(yīng)用程序以全局關(guān)系作為操作對象，然后根據(jù)查詢條件由系統(tǒng)確定查詢結(jié)果所在的一個(gè)或幾個(gè)分片 。 ? 分片透明性： 要求這種分割方法的改變不會(huì)影響應(yīng)用程序的有效性。 ? 實(shí)現(xiàn)位置透明時(shí)，數(shù)據(jù)字典中要有分片的地址信息，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)操縱語句要作多復(fù)本處理 :修改語句要自動(dòng)地修改所有復(fù)本，查詢語句要選擇最合適的復(fù)本。如果應(yīng)用程序中不必包括數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)地址，稱為系統(tǒng)的位置透明性，應(yīng)用程序中只提供要訪問的關(guān)系名或分片名，節(jié)點(diǎn)地址由系統(tǒng)從數(shù)據(jù)字典中查出。如果說一個(gè)節(jié)點(diǎn)的癱瘓是不能避免的，則所有節(jié)點(diǎn)都失效的可能性到底還是極小的。這類業(yè)務(wù)操作的中斷會(huì)造成較大的業(yè)務(wù)損失，因此系統(tǒng)必須始終處在運(yùn)行狀態(tài)。 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)常常要支持一些不能中斷的業(yè)務(wù)運(yùn)作。 高可靠性（ Contiuous Operation) ? 硬件或軟件的局部更新不影響系統(tǒng)的運(yùn)行。 ? 根據(jù)本準(zhǔn)則，分布式算法必須不依賴于中央控制，但不排除某一具體的算法選一個(gè)節(jié)點(diǎn)作控制用。 ? 任一節(jié)點(diǎn)失效，其它節(jié)點(diǎn)仍然可支持系統(tǒng)繼續(xù)工作，受影響的只是要使用失效節(jié)點(diǎn)的那些進(jìn)程，也不會(huì)因中央節(jié)點(diǎn)的過分忙碌而使它成為效率瓶頸。含有外鍵的表的插入等操作要檢查外鍵的引用完整性，依賴于存放主表的節(jié)點(diǎn)是否處于可用狀態(tài)。從分布透明性要求出發(fā)，有可能要修改應(yīng)用程序。 如在那些節(jié)點(diǎn)上是否有程序正在使用或修改它們。 場地自治性（ Local Autonomy) 這一準(zhǔn)則看似簡單，其實(shí)不能完全實(shí)現(xiàn)，如下述情況可能會(huì)使自治能力有所削弱 : ? .在集成時(shí)，原來本節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)被移到了其它節(jié)點(diǎn)，或在其它節(jié)點(diǎn)上建立了副本。具體化為： ? 場地自治性（ Local Autonomy) ? 非集中式管理（ NoReliance On Central Site) ? 高可靠性（ Contiuous Operation) (連續(xù)運(yùn)行） ? 位置獨(dú)立性（ Location Transparency and Location Independence) ? 數(shù)據(jù)分割獨(dú)立性（ Fragmentation Independence) ? 數(shù)據(jù)復(fù)制獨(dú)