第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論

第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論4.1DBMS結(jié)構(gòu)簡介數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心，它對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能和性能有決定性影響。DBMS最基本的功能是正確、安全、可靠地執(zhí)行數(shù)據(jù)庫語言語句。圖4-1表示一個(gè)解釋執(zhí)行的關(guān)系DBMS的結(jié)構(gòu)，可以從中了解DBMS的一般工作原理和主要組成部分。與高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言一樣，DBMS有兩種實(shí)現(xiàn)方法——編譯和解釋。第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論圖4—1DBMS結(jié)構(gòu)第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論4.2事務(wù)（transaction）事務(wù)是DBMS的執(zhí)行單位，由有限的數(shù)據(jù)庫操作序列組成,一般要求事務(wù)具備下列性質(zhì)：1.執(zhí)行的原子性（Atomic）

事務(wù)執(zhí)行時(shí)應(yīng)遵守“要么不做，要么全做”（nothingorall）的原則。第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論2.功能上的一致性（Consistency）

事務(wù)的作用應(yīng)使數(shù)據(jù)庫由一個(gè)一致狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個(gè)一致狀態(tài)。（Isolation）如果多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行，應(yīng)像各個(gè)事務(wù)獨(dú)立執(zhí)行一樣。——由“并發(fā)控制”保證。第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論4.作用的持久性（Durability）一個(gè)成功執(zhí)行的事務(wù)對(duì)DB的影響應(yīng)是持久的，即使DB因故障受到破壞，也應(yīng)能恢復(fù)。這四個(gè)性質(zhì)稱為事務(wù)的ACID準(zhǔn)則。下面是一個(gè)事務(wù)的例子，它將款項(xiàng)由A賬戶撥給B賬戶。第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論示例BEGINTRANreadAAA–SifA<0then/*A款不足*/begindisplay“A款不足”

ROLLBACK/*出口1*/endelsebeginBB+Sdisplay“撥款完成”

COMMIT/*出口2*/endROLLBACK撤銷事務(wù)的影響，相當(dāng)于“donothing”COMMIT提交，相當(dāng)于“doall”。只有在COMMIT之后，事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生的變化才對(duì)其它事務(wù)開放。（為什么？）第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論

事務(wù)的出口：commit或rollback只有在執(zhí)行commit之后，事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫所產(chǎn)生的變化才對(duì)其他事務(wù)開放。執(zhí)行commit命令時(shí)，要封閉中斷，以防處理中斷時(shí)發(fā)生故障COMMIT中斷處理中斷發(fā)生故障第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論4.3DBMS的進(jìn)程結(jié)構(gòu)DBMS進(jìn)程結(jié)構(gòu)的劃分主要著眼于結(jié)構(gòu)合理和性能提高。應(yīng)用進(jìn)程，系統(tǒng)進(jìn)程（可重入）應(yīng)用1系統(tǒng)應(yīng)用2系統(tǒng)不同重復(fù)不劃分：第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論目前，多數(shù)DBMS把主要功能組成一個(gè)DBMS核心進(jìn)程，也有些DBMS除了核心進(jìn)程外，還把一些可以“緩辦”的公共操作組成幾個(gè)后臺(tái)服務(wù)進(jìn)程。例如預(yù)讀取可能用到的物理塊，延遲寫入緩存中的內(nèi)容，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)管理，撤銷事務(wù)，清除異常結(jié)束的DBMS進(jìn)程等。這些進(jìn)程在DBMS啟動(dòng)時(shí)就建立，為各個(gè)事務(wù)服務(wù)。第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論1.一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程對(duì)應(yīng)一個(gè)DBMS核心進(jìn)程

下面主要考慮DBMS核心進(jìn)程的結(jié)構(gòu)方案：缺點(diǎn)：(1).進(jìn)程的創(chuàng)建、撤銷、通信和切換的開銷大。(2).并發(fā)事務(wù)的增加，進(jìn)程數(shù)激增，內(nèi)存空間有限，性能下降。(3).不利于事務(wù)共享內(nèi)存空間。優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)容易第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論2.單進(jìn)程多線程DBMS進(jìn)程結(jié)構(gòu)

線程是現(xiàn)代OS引入的概念。以線程為程序并發(fā)執(zhí)行的單位；一個(gè)進(jìn)程中可創(chuàng)建多個(gè)可以相互切換的線程；這些線程中至少有一個(gè)處于就緒狀態(tài)，進(jìn)程才處于就緒狀態(tài)；進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，其中必有一個(gè)線程運(yùn)行；同一進(jìn)程所屬的線程共享進(jìn)程占用的資源，屬于線程本身的專用資源很少，描述線程的狀態(tài)也比進(jìn)程要少，因此，線程所需資源比進(jìn)程少；線程的切換開銷和線程間的通信開銷小。

第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論單進(jìn)程多線程的DBMS中，系統(tǒng)只創(chuàng)建一個(gè)DBMS進(jìn)程（用戶接口仍然是進(jìn)程）。該進(jìn)程中有常駐的公共服務(wù)線程和應(yīng)用戶要求而創(chuàng)建的用戶線程。在多處理機(jī)系統(tǒng)中，引入線程，增強(qiáng)了進(jìn)程的可并發(fā)程度?！狣BMS的并發(fā)執(zhí)行從進(jìn)程級(jí)改為線程級(jí)。第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論盡管很多現(xiàn)代OS的核心具有線程管理的功能，但對(duì)DBMS來說，還是在DBMS進(jìn)程（相對(duì)于OS，是用戶進(jìn)程）中實(shí)現(xiàn)線程為宜。理由如下：（1）可以按照DBMS的需要確定線程調(diào)度策略；（2）線程的切換在用戶態(tài)，不必轉(zhuǎn)入操作系統(tǒng)的核心態(tài)，切換開銷小；（3）可以在不支持線程的操作系統(tǒng)上運(yùn)行，減少對(duì)操作系統(tǒng)的依賴，有利于提高操作系統(tǒng)的可移植性。第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論由DBMS管理線程，需要OS提供如下支持:（1）.提供非阻塞I/O（NonblockingI/O）和異步I/O（asynchronousI/O）功能；（2）.支持“公平”調(diào)度（fairschedule）；即不把具有多線程的DBMS進(jìn)程，與其它進(jìn)程等同看待，應(yīng)區(qū)分輕重。第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論4.4DBMS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

應(yīng)用的要求以及軟硬件條件決定了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以集中為宜，數(shù)據(jù)庫建立在本單位的主要計(jì)算機(jī)上，用戶通過終端或遠(yuǎn)距離終端分時(shí)訪問。

數(shù)據(jù)及其管理都是集中的，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的所有功能，從用戶接口到DBMS核心都集中在DBMS所在的計(jì)算機(jī)上。第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)

20世紀(jì)70年代：微機(jī)的出現(xiàn)和迅速發(fā)展；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，改變了計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的格局。

客戶機(jī)/服務(wù)器是一種特殊的分布式處理系統(tǒng)。其中，有一至多臺(tái)稱為客戶機(jī)的計(jì)算機(jī)和一至多臺(tái)稱為服務(wù)器的計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。可以將DBMS的核心部分放在服務(wù)器中，而客戶機(jī)處理數(shù)據(jù)庫的接口部分。客戶機(jī)也可以有自己的局部DBMS。第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論客戶機(jī)面向用戶，接受任務(wù)，并將任務(wù)中需要由服務(wù)器完成的部分委托服務(wù)器執(zhí)行。而服務(wù)器只接受客戶機(jī)的委托，完成特定的任務(wù)，例如數(shù)據(jù)庫服務(wù)。因此，處理是分布的，數(shù)據(jù)卻是集中的，仍屬于集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論問題1：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的打印服務(wù)器、文件服務(wù)器屬于客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)嗎？不屬于，打印服務(wù)器、文件服務(wù)器的處理仍然是集中的。第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論問題2：如果有多個(gè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器呢？還屬于集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)嗎？即使系統(tǒng)中有多個(gè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，也只是多個(gè)集中的數(shù)據(jù)庫，這些庫中的數(shù)據(jù)彼此獨(dú)立，其聯(lián)系只能由應(yīng)用程序自己解決。第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論客戶器與服務(wù)器劃分界面的一般原則是：（1）客戶提供用戶接口、執(zhí)行應(yīng)用程序，對(duì)服務(wù)器提出服務(wù)請(qǐng)求；（2）服務(wù)器只完成客戶器委托的公共服務(wù)；（3）服務(wù)器與客戶器間的數(shù)據(jù)交換量要盡可能的少；第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論例如，MSSQLServer，Oracle三層結(jié)構(gòu)：表示層應(yīng)用層DB第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論3.物理上分布、邏輯上集中的分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)集中管理是數(shù)據(jù)庫的主要特征。隨著單位規(guī)模的擴(kuò)大和地理上的分散，集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有如下缺點(diǎn)：

通信開銷大性能差，瓶頸可用性差由于存在這些缺點(diǎn)，從20世紀(jì)70年代后期，開始了分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究。

可擴(kuò)充性差難以管理第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論物理上分布、邏輯上集中的分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的思想是：把全局?jǐn)?shù)據(jù)模式按數(shù)據(jù)的來源和用途，合理分布在系統(tǒng)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)上，使大部分的數(shù)據(jù)可以就近存取。邏輯上，用戶看到的是一個(gè)數(shù)據(jù)模式為全局?jǐn)?shù)據(jù)模式的集中式數(shù)據(jù)庫。缺點(diǎn)：全局?jǐn)?shù)據(jù)模式很難設(shè)計(jì)、管理、擴(kuò)充和修改（類似高度集中的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)難以管理）。第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論4.物理上分布、邏輯上分布的分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

（事實(shí)上，對(duì)大范圍統(tǒng)一的邏輯幾乎不可能）特點(diǎn)：（1）節(jié)點(diǎn)自治（2）沒有全局?jǐn)?shù)據(jù)模式每個(gè)節(jié)點(diǎn)看到的數(shù)據(jù)模式：（1）本節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)模式（2）供本節(jié)點(diǎn)共享的其它節(jié)點(diǎn)上有關(guān)的數(shù)據(jù)模式第四章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)引論沒有全局?jǐn)?shù)據(jù)模式，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)模式的修改甚至節(jié)點(diǎn)的加入、撤離，僅僅影響有關(guān)的節(jié)點(diǎn)。這種分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)又稱為“聯(lián)邦式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”（federateddistributeddatabasesyst