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分布式数据库系统概述PPT课件

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分布式数据库原理与应用课件PPT1第1章

分布式数据库原理与应用课件PPT1第1章


1.2数据模型
网状模型：
网状模型十分简单，它以矩形代 表实体集，实体之间用箭头线表示 联系。箭头线为两头带箭头的连线 ，箭头分单箭头与双箭头，单箭头 代表 “一”，双箭头代表“多”。
1.2数据模型
层次模型：
层次模型用树型结构表示实体集之间的 关系，它以实体集(用矩形框表示)为节点， 父节点与子节点之间数据联系均为一对多联 系，有且仅有一个节点无父节点，称为根节 点。其他节点有且仅有一个父节点，构成树 的枝和叶节点。没有子节点的节点称叶节点 。
1.1数据库系统
数据库管理系统： 数 据 库 管 理 系 统 (DBMS ：
Database Management System)是一 种操纵和管理数据的大型软件，用 于建立、使用和维护数据库，简称 DBMS。
1.1数据库系统
数据库管理系统的主要功能包括： 数据定义；数据操作；数据库的
运行管理；数据组织、存储与管理 ；数据库的保护；数据库的维护； 通信。
1.4分布式数据库的基本概念
DDBMS的组成：
DDBMS由四部分组成：全局数 据库管理系统、全局数据字典、局 部数据库管理系统LDBMS和通信管 理，典型的DDBMS结构如下图。
1.4分布式数据库的基本概念
1.4分布式数据库的基本概念
分布式数据库系统：
分布式数据库系统由分布式数据 库及其管理软件和实际应用程序组 成。分布式数据库系统如下图所示 。
1.7典型的分布式数据库系统 1. SDD-1系统； 2. Distributed INGRES系统； 3. System R* 系统； 4. Google Spanner； 5. AWS Aurora；
1.2数据模型
数据之间的联系：
《分布式系统介绍》课件

《分布式系统介绍》课件


定义：分布式数据库是多个物理上分散的数据库的逻辑集合 特点：数据分布性、逻辑整体性、位置透明性、共享性、独立性 组成：分布式数据库管理系统、局部数据库管理系统、网络和通信软件 分类：集中式、分布式、分散式
添加 标题
定义：分布式应用程序是由多个独立、协同工作 的组件组成的程序，这些组件可以在不同的计算 机上运行，通过网络进行通信和协作。
加密技术：采用加密技术保护数据传输和存储，确保数据在传输和存储过程中的安全性
安全审计：对分布式系统中的操作进行记录和审计，及时发现和应对潜在的安全威胁
安全审计：对分布式系统中的操作 和数据进行记录、分析和评估，确 保系统的安全性
审计与检测的结合：通过安全审计 和入侵检测的结合，可以更全面地 保障分布式系统的安全性
区块链技术在分布 式系统中的应用案 例和前景展望
汇报人：PPT
PPT,a click to unlimited possibilities
汇报人：PPT
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
定义：分布式系统是由 多个独立的计算机节点 组成的系统，这些节点 通过网络连接并协同工 作，以实现共同的目标。
特点：分布式系统具有 可扩展性、高可用性、 安全性、容错性、可维 护性等优点，它可以提 供基础设施、平台和软 件三种服务模式，为企 业提供了更加高效、灵 活和可靠的计算服务。
定义：分布式操作系统是一种对分布式系统中的各种资源进行统一管理和调度的软件系统
功能：提供分布式系统的基本功能，如进程管理、内存管理、文件系统和I/O设备管理等
特点：具有分布式性、透明性和可扩展性，能够支持多个独立的物理或逻辑节点协同工作
实现方式：通过分布式操作系统提供的各种服务和协议，实现分布式系统中的资源共享和协同 工作
分布式数据库的系统结构

分布式数据库的系统结构

数据目录的分布策略
首先应注意，分布式数据库中数据的分 布 是 DBA（Data Base Administrator） 决定的；但目录的分布是由系统决定 的。数据目录的分布是DBMS设计问题， 不是分布式数据库设计所处理的问题。
因DDBMS结构不同，数据目录有如
下五种分布策略：
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1、Centralized 集中式
4
❖2、全局事务一般用某种数据库操作语 言（DML，如SQL）表示。DDBMS首先对 其进行词法，语法分析，可解释（无 错误），将事务由DML形式转为内部表 示形式，如相应关系代数表达式或查 询语法树。
❖这时的语法树所表示的查询，还没有 考虑数据分布问题，即它是面向全局 数据库和全局关系的，故称全局查询 （global query）和全局查询语法树5 。
18
2、 Extended—centralized
扩展的集中式
❖开始与集中式目录一样，数据目录集中 存放在一个结点上。
❖其他结点从集中数据目录提取的数据目 录，用完后不丢弃，而是留做本结点的 局部目录，这样随数据库应用展开，各 结点逐步建立起自己的局部目录。
❖注意：集中目录所在结点管理目录，各 结点局部目录只是集中目录的部分复本。
7
6、这时实际上就把一个查询构成 的事务分解为一组相关联的子查 询构成的子事务。并将它们通过 网络发送相应结点，由各结点 LDBMS（Local database management system 局部数据库 管理系统）再对子查询语法树进 行优化，并完成查询。
8
❖ 一个事务，分解为一组相关子事 务，分别在相应结点上并行执行。但 DDBMS的分布式事务管理软件，必须 对它们进行全程管理和监控。
❖因为一个事务虽然被分解成一组子事 务，由各自相应结点执行，但仍须保 证全局事务在并发和故障情况下，遵 守ACID准则。
分布式数据库系统(DDBS)概述.

分布式数据库系统(DDBS)概述.

分布式数据库系统(DDBS概述一个远程事务为一个事务,包含一人或多个远程语句,它所引用的全部是在同一个远程结点上.一个分布式事务中一个事务,包含一个或多个语句修改分布式数据库的两个或多个不同结点的数据.在分布式数据库中,事务控制必须在网络上直辖市,保证数据一致性.两阶段提交机制保证参与分布式事务的全部数据库服务器是全部提交或全部回滚事务中的语句.ORACLE分布式数据库系统结构可由ORACLE数据库管理员为终端用户和应用提供位置透明性,利用视图、同义词、过程可提供ORACLE分布式数据库系统中的位置透明性.ORACLE提供两种机制实现分布式数据库中表重复的透明性：表快照提供异步的表重复;触发器实现同步的表的重复。

在两种情况下，都实现了对表重复的透明性。

在单场地或分布式数据库中，所有事务都是用COMMIT或ROLLBACK语句中止。

二、分布式数据库系统的分类：(1 同构同质型DDBS：各个场地都采用同一类型的数据模型(譬如都是关系型，并且是同一型号的DBMS。

(2同构异质型DDBS：各个场地采用同一类型的数据模型，但是DBMS的型号不同，譬如DB2、ORACLE、SYBASE、SQL Server等。

(3异构型DDBS：各个场地的数据模型的型号不同，甚至类型也不同。

随着计算机网络技术的发展，异种机联网问题已经得到较好的解决，此时依靠异构型DDBS就能存取全网中各种异构局部库中的数据。

三、分布式数据库系统主要特点：DDBS的基本特点：(1物理分布性：数据不是存储在一个场地上，而是存储在计算机网络的多个场地上。

逻辑整体性：数据物理分布在各个场地，但逻辑上是一个整体，它们被所有用户(全局用户共享，并由一个DDBMS统一管理。

(2场地自治性：各场地上的数据由本地的DBMS管理，具有自治处理能力，完成本场地的应用(局部应用。

(3场地之间协作性：各场地虽然具有高度的自治性，但是又相互协作构成一个整体。

DDBS的其他特点(1数据独立性(2集中与自治相结合的控制机制(3适当增加数据冗余度(4事务管理的分布性四、分布式数据库系统的优点：(1更适合分布式的管理与控制。

分布式数据库 ppt课件

分布式数据库 ppt课件


适应分布式管理和控制机构。
经济性能优越
经济上和组织上的理由
系统的可靠性高，可用性好。
局部应用的响应速度快。
可扩展性好，易于集成现有系统。
既有数据库互连，历史继承；数据资源共享
系统规模逐步扩展增加结点，pp不t课件影响现有系统运行
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1.4 分布式数据库系统的优缺点
缺点： 系统开销大，主要花在通信部分。 复杂的存取结构在集中式系统中是有效
3、在分布式DB中，用户看到的系统如同一个集中式 DBS，这是因为分布式系统具有（）和（）特点。
4、如果各个场地都采用同类型数据模型，但DBMS不 同型号，这种系统属于（）型DBMS.
ppt课件
18
数据库分布式的管理-在技术上引起新问题
是由一个节点来统一管理各分数据库呢？还是各节点 在必要时，都挺身而出代行管理的职能呢？这是集中 与分散的问题。
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2.3 分布透明性
分布（网络）透明性
分片透明性（全局视图和分片视图之间）
用户或应用程序只对全局关系进行操作而不必考虑关系 的分片。如果分片模式改变了，通过调整全局模式与分
片模式之间的映象关系来保持全局模式不变。
位置透明性（分片视图和分配视图之间）
用户或应用程序不必了解片段的存储位置。
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分布式数据存储
（2）垂直分片
将关系r按列分为若干属性子集r1，r2，…，rn，每个 子集ri称为一个垂直片段。
一个垂直片段可以看成是关系上的一个投影。
ri =∏Ri（r） 其中Ri是r的一个属性子集。
如P_S = ∏SNO，SNAME（S） 关系的重构可以通过连接运算来实现。
r= r1 r2 …
《分布式数据库》课件

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分布式数据库的实现过程
分布式数据库的实现过程包括架构设计、功能开发、性能测试和系统优化等 多个阶段。
分布式数据库的测试和调试
分布式数据库的测试和调试是为了验证系统的正确性、稳定性和性能，在发 现问题后进行修复和调优。
分布式数据库的未来展望
未来，分布式数据库将继续发展，成为支撑大规模应用的核心基础设施，为用户提供更稳定、高效和安全的数 据服务。
《分布式数据库》PPT课 件
探索分布式数据库的定义、优势、组成部分和数据分发策略，以及数据备份、 一致性协议、容错能力、性能优化等关键要素。共分20个主题，涉及应用场 景和发展趋势。
什么是分布式数据库
分布式数据库是指数据存储在多个计算机上，以便实现拓展性、容错性和高性能。
分布式数据库的优势
分布式数据库提供高性能、容错性、可扩展性和灵活性等优势，使得应用程序可以处理大规模数据和高并发访 问。
分布式数据库的组成部分
分布式数据库包括数据库节点、数据分片、数据复制、数据一致性协议等组成部分。
分布式数据库的数据分发策略
数据分发策略决定数据如何分布在不同节点上，包括分片键选择、数据迁移和负载均衡。
数据备份和恢复的实现
数据备份是为了保证数据安全性和防止数据丢失，数据恢复是在数据出现故障时恢复分布式数据库的一致性。
分布式数据库技术发展的挑战
分布式数据库技术发展面临数据一致性、性能扩展、可管理性和安全性等挑战。
分布式数据库的总体设计
分布式数据库的总体设计包括数据模型、分区策略、一致性协议和故障处理 等方面的考虑。
分布式数据库的部署和实践
分布式数据库的部署和实践涉及硬件配置、网络拓扑、数据分片和数据迁移等方面的问题。
分布式数据库的集中式管理和 维护
分布式数据库系统体系结构ppt课件

分布式数据库系统体系结构ppt课件

三个基本特性 ➢分布性是指系统的各组成单元是否位于同一场地上。 分布式数据库系统是物理上分散、逻辑上统一的系统， 即具有分布性。而集中式数据库系统集中在一个场地上， 所以不具有分布性。
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§2.5 分布式数据库系统分类
➢异构性是指系统的各组成单元是否相同，不同为 异构，相同为同构。异构主要:
-数据异构性：指数据在格式上、语法和语义上 存在不同。
Multidatabase layer
Local system layer
LIS3
23
§2.6 MDBS 体系结构
MDBS 的组件结构
System
USER
responses
User requests
Multi-DBMS Layer
Query Processor
DBMS
Transaction Manager
全局日志 局部概念模式
系统日志 局部内模式
数据库
应用处理器 数据处理器
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§2.2 组件结构
应用处理器（AP）功能：
➢ 用户接口：检查用户身份，接受用户命令，如： SQL命令。
➢ 语义数据控制器： 视图管理、安全控制、语义完 整性控制（全局概念模式）。这些约束定义在字典 中。
➢全局查询处理器:将用户命令翻译成数据库命令； 生成全局查询的分布执行计划；收集局部执行结果 并返回给用户。
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§2.3 模式结构
我国分布式数据库系统标准草案中给定的抽象为四层的 模式结构：全局外层、全局概念层、局部概念层和局部 内层。模式与模式之间是映射关系。
全局 外层
ES1
全局概 念层
ES2 …… ESn GCS
映射
全局模式 映射模式
《分布式数据库》课件

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分布式数据库在云计算中的应用
云计算平台为分布式数据库提供了基 础设施，使得分布式数据库能够更好 地支持云端应用，实现弹性扩展、高 可用性等特性。
分布式数据库在云计算中广泛应用， 例如支持大数据分析、在线交易、物 联网数据采集等场景，成为云计算的 重要组成部分。
分布式数据库在物联网中的应用
物联网设备产生大量数据，需要分布式数据库进行存储和处理，支持实时分析、预测等功能。
采用副本技术，将数据复制到多个节点 上，并定期进行数据备份和恢复演练。
05
分布式数据库的发展 趋势与未来展望
分布式数据库的技术创新
分布式数据库技术不断进步，包括数 据分片、数据复制、数据一致性等方 面的技术创新，提高了分布式数据库 的性能和可靠性。
分布式数据库管理系统（DBMS）的 智能化水平不断提升，例如通过机器 学习、人工智能等技术，实现自动化 运维、智能优化等功能。
性能优化挑战
随着数据量的增长，单一节点的性能瓶颈逐渐显现，需要进行数据分片和路由 优化。
解决方案
采用数据分片技术，将数据分散到多个节点上，并通过智能路由算法，优化数 据的访问路径。
数据冗余与备份的策略选择数冗余挑战在分布式数据库中，为了保证数据的可 靠性和可用性，需要进行数据冗余和备 份。
VS
解决方案
理需求。
云计算平台
02
云计算平台需要提供高可用、可扩展的数据服务，分布式数据
库是理想选择。
大数据处理
03
分布式数据库能够处理大规模数据，适用于大数据分析、挖掘
等应用场景。
02
分布式数据库的架构 与原理
分布式数据库的架构
分布式数据库系统由多个节点组成，每个节点运行在独立的物理服务器上 ，通过网络连接实现数据共享和通信。
数据库系统ppt课件(完整版)pptx

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20世纪60年代后期出现了一种新 型的数据管理技术——数据库技 术，它解决了数据的组织、存储 和管理问题，实现了数据的共享
和高效处理。
数据库系统组成与结构
数据库系统组成
数据库系统由数据库、数据库管理系统 （DBMS）、应用系统和用户构成。
VS
数据库系统结构
数据库系统的结构可以分为三级模式结构 ，包括外模式、模式和内模式。其中，模 式是数据库中全体数据的逻辑结构和特征 的描述，是所有用户的公共数据视图；外 模式是模式的子集，是用户与数据库的接 口；内模式是数据物理结构和存储方式的 描述，是数据在数据库内部的表示方式。
用户自定义完整性
根据业务需求，设置自定义的约束条件，如 字段值范围、格式等。
级联操作
在更新或删除记录时，自动更新或删除相关 联的数据，保持数据一致性。
并发操作带来问题及解决方法
丢失更新
两个事务同时更新同一数据，后提交的事务会覆盖先提交 的事务的更新结果。解决方法包括使用锁机制、时间戳等 。
脏读
一个事务读取了另一个未提交事务的修改数据，可能导致 数据不一致。解决方法包括使用隔离级别、锁机制等。
考虑系统的性能、稳定性 、可扩展性和易用性
确保系统具有良好的技术 支持和社区资源
05
数据库安全、完整性与并发控制
数据库安全性保护措施
用户身份鉴别
通过用户名/密码、数字证书等方式 验证用户身份，防止非法用户访问。
访问控制
根据用户角色和权限，限制对数据库 对象的访问和操作，确保数据不被越 权访问。
数据加密
未来发展趋势预测和挑战应对
多模数据管理
未来数据库将支持多种数据模型的管理 和访问，以满足不同应用的需求。
文档存储数据库
分布式数据库系统课件

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P3 CAD/CAM P4 Maintenance
250000 310000
New York Paris
PROJ2
PNO
PNAME
BUDGET LOC
P2 Database Develop. 135000 New York
P3 CAD/CAM
250000 New York
PROJ3
PNO
PNAME
BUDGET LOC
LOC Montreal New York New York Paris
诱导分片事例
例: 工程管理数据库事例中关系PROJ按工程所在地LOC属性值进行 水平划分为：
PROJ1＝σLOC＝”Montreal”（PROJ） PROJ2＝σLOC＝”New York”（PROJ） PROJ3＝σLOC＝”Paris”（PROJ） 则使有关联的ASG产生诱导划分，其诱导分片为：
250000 310000
LOC
PROJ2
PNO
Montreal
New York
P1
New York
P2
Paris
P3
分布式数据库系统 P4
PNO
P1 P2 P3 P4
BUDGET
150000 135000 250000 310000
PNAME Instrumentation Database Develop. CAD/CAM Maintenance
用户
∫ ∫ 数据请求
客户机
服务器
DB
处理结果
分布式数据库系统
11.2.1 C/S系统的计算模式
① C／S结构的工作模式 ② C／S环境下应用成分的分布 ③ C／S主要技术特征
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2021/3/7
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分布式数据库的模式结构
2021/3/7
20
四层模式结构
全局外层：全局外模式 全局概念层：全局概念模式，分片模式，
分配模式 局部概念层：局部概念模式 局部内层：局部内模式
2021/3/7
21
全局外模式
是全局应用的用户视图，也称全局视图 是从一个由各局部数据库组成的逻辑集合
2021/3/7
7
分布式数据库系统的示意图
2021/3/7
8
分布式数据库系统分类
按局部数据库管理系统的数据模型分类 同构同质型
同构型DDBS 同构异质型
异构型DDBS
2021/3/7
9
按分布式数据库系统的全局控制系统类型 全局控制集中型DDBS 全局控制分散型DDBS 全局控制可变型DDBS
如果一个片段分配在多个站点上，则片段 的映象是一对多的，分布式数据库是冗余 的。
2021/3/7
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局部概念模式
一个全局概念模式经逻辑划分成一个或多 个逻辑片段，每个逻辑片段被分配在一个 或多个站点上，称为该逻辑片段在某站点 上的物理映象或称物理片段
对每个站点来说，在该站点上全部物理映 象的集合称为该站点上的局部概念模式
分布式数据库的一个主要的功能就是给用户提供 进行复杂查询的操作，使用户就像在一个单一的 数据库上操作一样。
2021/3/7
4
什么是分布式数据库系统？
物理上分散而逻辑上集中的数据库系统 使用计算机网络将物理位置分散而管理和
控制又需要不同程度集中的多个逻辑单位 连接起来，共同组成一个统一的数据库系 统 站点，场地，结点
AS SELECT S#,AGE,SEX FROM S
DEFINE FRAGMENT SVF2
AS SELECT S#,SNAME FROM S 全局关系的每个属性至少影射到一个垂直片 段中，且每个垂直片段都包含该全局关系 的键
2021/3/7
16
关系S(S#,SNAME,AGE,SEX)
定义关系S的两个混合分片 DEFINE FRAGMENT SF1
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分片模式
描述全局数据的逻辑划分 描述数据分片或定义片段，以及全局关系
与片段之间的映象 这种映象是一对多的。即一个全局关系可
对应多个片段，而一个片段只能来自一个 全局关系。
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分配模式
根据选定的数据分布策略，定义各片段的 物理存放站点。即定义片段映象的类型， 确定分布式数据库是冗余的还是非冗余的， 以及冗余的程度。
义及全局数据的分片，分布的描述（数据 字典，数据目录，元数据）
2021/3/7
13
数据分片
将全局数据库进行逻辑分割 分片方法
（1）水平分片 （2）垂直分片 （3）混合分片
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14
关系S(S#,SNAME,AGE,SEX)
定义关系S的两个水平分片 DEFINE FRAGMENT SHF1
中抽取，即全局外模式是全局概念模式的 子集。
2021/3/7
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全局概念模式
描述分布式数据库中全局数据的逻辑结构 如果采用关系数据模型，则 包括一组全局关系的定义(如关系名、关系
中的属性、每一属性的数据类型和长度等 等) 完整性定义(关系的主键、外键及完整性其 他约束条件等)
2021/3/7
分布式数据库系统概述
2021/3/7
1
分布式数据库系统的由来
数据库应用需求的拓展 计算机硬件环境的改变 计算机网络与数字通信的飞速发展，卫星
通信，蜂窝通信，计算机局域网，广域网， 激增的Intranet及Internet得到了广泛应用
2021/3/7
2
分布式数据库系统的发展
数据库系统与计算机网络系统相结合的产物 ★20世纪70年代末进入成长阶段
2021/3/7
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分布式数据库系统的体系结构
数据库分为局部DB和全局DB 数据库管理系统分为局部DBMS和全局
DBMS 数据库管理员分为局部DBA和全局DBA
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分布式数据库系统的体系结构
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组成成分
应用数据库：应用所需要的数据的集合 描述数据库：关于数据库中数据结构的定
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局部内模式
分布式数据库中关于物理数据库的描述 描述的内容不仅包含只局部于本站点的数
例如：德国斯图加特大学研制的POREL系统等 ★20世纪90年代进入商品化应用阶段
一些商品化数据库系统产品如 :Oracle,Ingres,Sybase,Informix,IBM DB2 大都提供对分布式 数据库的支持
2021/3Biblioteka 73银行的电子资金转移系统。假定一个分布式系统 由三个节点组成，分别分布在北京，上海，成都 ， 其中不同区域的帐户记录保存在各自地区的数据 库中，它们通过通信网络连接在一起，构成 个统 一的分布式数据库。在这样的系统中任意一个节 点可以存取该节点的帐户，称做局部查询，同时 也可以存取另一个节点的帐户，称做远程查询。
AS SELECT * FROM S WHERE SEX=’M’ DEFINE FRAGMENT SHF2
AS SELECT * FROM S WHERE SEX=’F’
2021/3/7
15
关系S(S#,SNAME,AGE,SEX)
定义关系S的两个垂直分片 DEFINE FRAGMENT SVF1
AS SELECT S#,SNAME FROM SHF1 DEFINE FRAGMENT SF2
AS SELECT * FROM SVF1 WHERE SEX＝‘Ｍ’
2021/3/7
17
分片遵循规则
完备性条件 可重构条件 不相交条件
2021/3/7
18
数据的分布
分布式数据库中的数据不是存储在一个 站点的计算机存储设备上，而是根据需要 将数据划分成逻辑片段，按某种策略将这 些片段分散地存储在各个站点上。 数据分布的策略有： 集中式 分割式 复制式 混合式
2021/3/7
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特点
◆物理分布性 分散存储在多个站点，用户感觉不到分散
◆逻辑整体性 分散的数据逻辑上构成一个整体，可被全 局用户共享
◆站点自治性 各个站点上的数据由本地DBMS管理，具有 自治处理能力，完成本站点的应用。
2021/3/7
6
其他特点
数据分布透明性 集中与自治相结合的控制机制 存在适当的数据冗余度 事务管理的分布性