数据库最新研究成果

数据库技术与其他相关技术相结合
分布式数据库系统
并行数据库 多媒体数据库 主动数据库 对象－关系数据库
并行数据库
计算机体系结构的一个明显发展趋势是
从单处理器结构向多处理器结构过渡 原因：
– 提高单处理器的性能越来越困难，单处理器 性能有物理极限 – 高性能处理器价格昂贵，可以用廉价的多处 理器来代替
–奠定了关系模型的理论基础，关系模型的规范说明。 –研究了关系数据语言 –攻克了系统实现中查询优化、并发控制、故障恢复 等一系列关键技术。促进了RDBMS产品的蓬勃发 展和广泛应用。
第二代数据库系统（续）
关系模型具有以下主要特点： 关系模型的概念单一，实体以及实体之间的联 系都用关系来表示 以关系代数为基础，形式化基础好 数据独立性强，数据的物理存储和存取路径对 用户隐蔽 关系数据库语言是非过程化的，将用户从编程 数据库记录的导航式检索中解脱出来，大大减 小了用户编程的难度
第一代数据库系统（续）
两种数据库系统具有下列共同特点：
1. 2. 3. 4.
支持三级模式的体系结构 用存取路径来表示数据之间的联系 独立的数据定义语言 导航的数据操纵语言
数据模型及数据库系统的发展
第一代数据库系统
第二代数据库系统 新一代数据库技术的研究和发展
第二代数据库系统
1970年IBM公司 San Jose 研究室的研究
场地A 分布式DBMS
场地E 分布式DBMS 网络 场地D 分布式DBMS
场地B 分布式DBMS
场地C 分布式DBMS
分布式数据库系统的特点（续）
分布式系统的优点 – 分布式控制 – 数据共享 – 可靠性和可用性得到加强 – 性能得到改善 – 可扩充性好
分布式数据库系统的特点（续）
分布式系统缺点 – 复杂 – 增加开销
数据库技术与其他相关技术相结合
分布式数据库系统
并行数据库 多媒体数据库 主动数据库 对象－关系数据库
数据库技术与其他相关技术相结合
分布式数据库系统
并行数据库 多媒体数据库 主动数据库 对象－关系数据库
分布式数据库系统
随着地理上分散的用户对数据共享的要
– – – – 全局外模式 全局概念模式 分片模式 分布模式
分布式数据库的体系结构（续）
分片模式 – 水平分片 – 垂直分片 – 混合分片
分布式数据库的体系结构（续）
分片时必须遵守的准则 – 完全性 – 可重构性 – 不相交性
分布式数据库的体系结构（续）
分布模式的分配方案 – 划分式 – 全副本式 – 部分重复式
求日益增强，以及计算机网络技术的发 展，在传统的集中式数据库系统基础上 产生和发展了分布式数据库系统
分布式数据库系统
1. 分布式数据库系统的特点
2. 分布式数据库的体系结构
分布式数据库系统
1. 分布式数据库系统的特点
2. 分布式数据库的体系结构
1.分布式数据库系统的特点
分布式数据库应具有以下特点： （1）数据的物理分布性 （2）数据的逻辑整体性 （3）数据的分布独立性（也称分布透明 性） （4）场地自治和协调 （5）数据的冗余及冗余透明性
数据模型及数据库系统的发展
第一代数据库系统
第二代数据库系统 新一代数据库技术的研究和发展
新一代数据库技术的研究和发展
一、应用领域的需求
二、传统数据库系统的局限性 三、第三代数据库技术的特点
一、应用领域的需求
新的数据库应用领域，如计算机辅助设计/管
理（CAD/CAM）、计算机集成制造（CIM）、办 公信息系统（OIS）、地理信息系统（GIS）、 知识库系统和实时系统等 新应用需求需要数据库系统支持以下功能：
2. 并行处理技术 3. 并行数据库与分布式数据库系统的区
别
1. 并行数据库系统的体系结构
目前并行计算机的体系结构主要有以下
几类：
– 紧耦合全对称多处理器（SMP）系统，所有 CPU共享内存与磁盘 – 松耦合群集机系统，所有CPU共享磁盘 – 大规模并行处理（MPP）系统，所有CPU 均有自己的内存和磁盘
数据库技术发展概述（续）
下图从数据模型、新技术内容、应用领域三个方面，通过
一个三维空间的视图，阐述了新一代数据库系统及其相互 关系。
数据库技术新进展
数据库技术发展概述
数据模型及数据库系统的发展 数据库技术与其它相关技术相结合 面向应用领域的数据库新技术
数据模型及数据库系统的发展
数据库技术与其他相关技术相结合
数据库技术与其他学科的内容相结合，是新一代数据
库技术的一个显著特征，涌现出各种新型的数据库系 统，例如：
– 数据库技术与分布处理技术相结合，出现了分布式数据库系 统； – 数据库技术与并行处理技术相结合，出现了并行数据库系统； – 数据库技术与人工智能技术相结合，出现了知识库系统和主 动数据库系统； – 数据库技术与多媒体技术相结合，出现了多媒体数据库系统； – 数据库技术与模糊技术相结合，出现了模糊数据库系统等。
并行数据库（续）
能否为越来越多的用户维持高事务吞吐
量和低响应时间以成为衡量DBMS性能 的重要指标 并行数据库以高性能、高可用性、高扩 充性为指标，充分利用多处理器平台的 能力，通过多种并行性，在联机事务处 理与决策支持应用两种典型环境中提供 优化的响应时间和事务吞吐量
并行数据库（续）
1. 并行数据库系统的体系结构
–（1）存储和处理复杂对象 –（2）支持复杂的数据类型 –（3）需要常驻内存的对象管理以及支持对大量对 象的存取和计算 – （4）实现程序设计语言和数据库语言无缝地集成 –（5）支持长事务和嵌套事务的处理
二、传统数据库系统的局限性
传统数据库系统的局限性主要表现在以下几个
方面：
–1. 面向机器的语法数据模型 –2. 数据类型简单、固定 – 3. 结构与行为分离 – 4. 阻抗失配（编程模式不同 、类型系统不匹配 ） – 5. 被动响应 – 6. 存储、管理的对象有限 – 7. 事务处理能力较差（只能支持非嵌套事务 ）
第三代数据库技术的特点（续）
与传统数据库系统相比有许多优点，如
包含更多数据语义信息，对复杂数据对 象的表达能力更强等 面向对象数据库还只是一种新兴的技术， 它的发展远不如关系数据库成熟 是一项具有重大理论意义和应用前景的 数据库技术
数据库技术新进展
数据库技术发展概述
数据模型及数据库系统的发展 数据库技术与其它相关技术相结合 面向应用领域的数据库新技术
数据模型及数据库系统的发展
第一代数据库系统
第二代数据库系统 新一代数据库技术的研究和发展
数据模型及数据库系统的发展
第一代数据库系统
第二代数据库系统 新一代数据库技术的研究和发展
第一代数据库系统
第一代数据库系统指层次和网状数据库
系统，其代表是：
– 1969年IBM公司研制的层次模型的数据库管 理系统IMS（Information Management System）。 –数据库任务组DBTG（Data Base Task Group）于20世纪60年代末70年代初提出的 DBTG报告，数据库网状模型的典型代表 。
内存 处理器 内存 处理器
连接网络 · · ·
内存
· 处理器 · ·
磁盘
磁盘 · 磁盘 · ·
并行数据库系统的体系结构（续）
图 共享磁盘结构
· · 连接网络 ·
处理器
内存 磁盘
处理器
内存 磁盘
· 处理器 · · 内存 · 磁盘 · ·
并行数据库系统的体系结构（续）
三种结构各有利弊 – 共享内存结构相对来说容易实现，各处处理 器的负载较平衡；但存在访问内存和磁盘的 瓶颈，可伸缩性不佳，可用性不太好 – 共享磁盘结构消除了访问内存的瓶颈；但存 在访问磁盘的瓶颈，分布式缓存器也是一个 瓶颈，可扩充性不佳 – 无共享资源结构不易做到负载平衡；具有极 佳的可伸缩性
一个数据库可称为OODBS，必须满足以
下条件
– 支持一核心的面向对象数据模型 – 支持传统数据库系统所有的数据库特征
第三代数据库技术的特点（续）
在研究热潮中，许多厂商推出的产品粗
糙，质量低，导致OODBS有某种回归到 人工导航系统的倾向 面向对象数据库的实现方式
– 一种是在面向对象的设计环境中加入数据库 功能，如ORIEN,CLOS等 – 另一种是对传统数据库系统进行改进，使其 支持面向对象的数据模型，如 ORACLE8.0,INFORMIX9.0等
三、第三代数据库技术的特点
支持面向对象数据模型
面向对象模型的概念是： – 对象标识 – 封装 – 类和类层次 – 继承
第三代数据库技术的特点（续）
一个面向对象的数据库系统是一个持久
的、可共享的对象库的存储和管理者 一个对象库是由一个面向对象数据模型 所定义的对象的集合体
第三代数据库技术的特点（续）
数据模型是数据库系统的核心和基础 – 格式化数据模型（包括层次数据模型和网状 数据模型） – 关系数据模型 – 面向对象的数据模型等非传统数据模型
数据模型及数据库系统的发展 （续）
1、第一代数据库系统（层次数据库系统和网
状数据库系统 ）
–格式化模型 ，层次模型是网状模型的特例
2、第二代数据库系统 （关系数据库系统 ） –关系模型简单、清晰，关系代数作为语言模型，关 系数据理论作为理论基础。关系数据库系统具有形 式基础好、数据独立性强、数据库语言非过程化等 特色 。 3、第三代数据库系统 –更加丰富的数据模型、更强大的数据管理功能、满 足新应用要求
• • • • 硬件开销 通信开销 冗余数据的潜在开销 保证数据库全局并行性、并行操作的可串行性、 安全性和完整性的开销
分布式数据库系统
1. 分布式数据库系统的特点
2. 分布式数据库的体系结构
2.分布式数据库的体系结构
原则
（若干个）局部数据模式＋ （一个）全局数据模式 全局数据模式四个层次
分布式数据库的体系结构（续）
四层模式之间的联系和转换由三层映象
实现
– 映象1 定义全局外模式与全局概念模式之间 的对应关系 – 映象2 定义全局关系与片段之间的对应关系 – 映象3 定义片段与网络结点之间的对应关系
分布式数据库的体系结构（续）
分布透明性式分布式数据库系统的一个
显著特点 分布透明性三个层次从高到低依次为： 分片透明性、位置透明性和局部数据模 型透明性
分布式数据库系统的特点（续）
例子：
假设一个大公司拥有四个子公司，总公司与各子公司 各有一台计算机，并已联网，每台计算机带有若干终 端。场地A为公司的总部，位于场地B的公司负责制造 和销售其产品，位于场地CDE的公司负责销售其产品。 各场地都存储了本场地雇员的数据，场地B存储了产 品制造情况的数据，场地BCDE存储了本场地销售、 库存情况的数据。可执行的全局应用包括：总公司总 销售情况、总公司总库存情况、公司间的人员调动， 等等；可执行的局部应用包括：场地B检查产品制造 情况、场地E统计本子公司雇员的平均工资等等。这 是一个典型的分布式数据库系统。
数据库技术新进展
数据库技术发展概述
数据模型及数据库系统的发展 数据库技术与其它相关技术相结合 面向应用领域的数据库新技术
数据库技术发展概述
数据库系统已从第一代的网状、层次数
据库系统，第二代的关系数据库系统， 发展到第三代以面向对象模型为主要特 征的数据库系统。 数据库技术与网络通信技术、人工智能 技术、面向对象程序设计技术、并行计 算技术等互相渗透，互相结合，成为当 前数据库技术发展的主要特征。
员 E.F.Codd发表了题为“大型共享数据 库数据的关系模型”论文 ，为关系数据 库技术奠定了理论基础 。
第二代数据库系统（续）
20世纪70年代是关系数据库理论研究和原型开
发的时代。其中以IBM San Jose研究室开发的 System R和Berkeley大学研制的INGRES为典 型代表。 发展过程：
并行数据库系统的体系结构（续）
相应并行数据库系统的体系结构： – 共享内存结构 – 共享磁盘结构 – 无共享资源结构
并行数据库系统的体系结构（续）
图 共享内存结构
处理器 处理器
· 处理器 · ·
连接网络 全局共享内存
磁盘
磁盘 · 磁盘 · ·
Fra Baidu bibliotek行数据库系统的体系结构（续）
图 无共享资源结构