分佈式數據庫管理系統

分佈式數據庫管理系統的研究始於20世紀70年代中期。美國計算機公司研製第一個分佈式數據庫系統的原型系統SDD-1。這一系統是1976-1978年進行設計，1979年在DEC-10和DEC-20計算機上實現的。它概括了分佈式數據庫的幾乎全部理論和實現技術，是分佈式數據庫發展中的一個典範。目前已經有了一些同構分佈與異構分佈的分佈式數據庫系統的原型。

我國對分佈式數據庫管理系統的研究是80年代初開始的，雖然起步比較晚，但起點高。目前己經研製的原型系統在性能和功能上都已達到當今世界水平。其中有武漢大學數據庫組研製的WDDBS系統、東南大學計算機系開發的SUNDDB系統、人民大學數據與知識工程研究所研製的DOS/SELS、東北大學研製的DMU/FO等系統。經過近20年的發展，分佈式數據庫理論已經成熟，其技術問題也基本解決。90年代己有部分產品進入市場，但由於系統複雜性對於完全透明的分佈式數據庫還難於達到，所以造成分佈式數據庫系統未進入實用化。

分佈式數據庫管理系統符合當今信息系統應用的需求，符合當今企業組織的管理思想和管理方式。尤其是那些地域上分散而管理上又相對集中的大集團、大機關、大企業，如全球性的或全國性的公司、銀行、連鎖店、保險業、各類交通運輸業，以及全國性人、財、資源、環境管理機構和軍事國防部門等。在這些組織中，往往既要有各部門的局部控制和分散管理，同時也要有整個組織的全局控制和高層次的協同管理。因此，分佈式數據庫系統具有潛在的大市場。 ^[2] 

分佈式數據庫管理系統有本地數據庫管理系統、數據連接、全局系統目錄和分佈式數據庫管理系統4個組件。

數據庫管理系統組件是‘個標準的數據庫管理系統，負責管理本結點數據庫中的數據。它有自己的系統日錄表，其中存儲的是本結點上數據的總體信息。

數據連接組件是一個能讓所有結點和其他結點相連接的軟件，它包含了結點及其連接的信息。

全局系統目錄表除了集中式數據庫的數據目錄(數掘字典)內容外，還包含了數據分佈的信息，如分片、複製和分佈模式。它本身可以像關係一樣被分片和複製分配到各個結點。

分佈式數據庫管理系統組件是整個系統的控制中心，它主要負責執行全局事務，協調局部的數據庫管理系統以完成全局應用，保證數據庫的全局一致性。 ^[3] 

分佈式數據庫管理系統基本功能表現在下述五個方面。

(1)接受用户請求，並判定將其發送到何處，或必須訪問哪些計算實體才能滿足要求。

(2)訪問網絡數據字典，瞭解如何請求和使用其中的信息。

(3)如果目標數據存儲在系統的多台計算機上，對其進行必需的分佈式處理。

(4)在用户、局部DBMS和其他計算實體的DBMS之間進行協調，發揮接口功能。

(5)在異構分佈式處理器環境中提供數據和進行移植的支持，其中異構是指各個站點的硬件、軟件之間存在着差別。 ^[1] 

1、數據存放在最需要的地方。在分佈式數據庫系統中，數據存放到事件需要的地方。

2、快速訪問數據。終端用户有時僅在公司數據存儲的一個地方工作。

3、快速處理數據。分佈式系統在不同地方處理數據並且傳送到系統中去。

4、快速增長。在不影響其他節點操作情況下，新節點能夠加到網絡上去。

5、提高通信。因為局域網絡很小並且更貼近客户，所以局域網絡在客户和公司員工之間通信很好。

6、減少操作代價。增加工作站到網絡上比去更新主機系統成本更少。完成操作更便宜並且在低成本的PC上比在主機上更快。

7、用户友好的界面。PC和工作站通常配備了一個易於使用的圖形用户界面(GUI)。GUI減少了培訓並且可以為終端用户使用。

8、減少單點故障危險。當一個計算機出錯時，其他工作站可以彌補這個故障。數據總是分佈在多個地方。

9、處理器的獨立性。終端用户可以訪問數據的任一可用副本，並且在數據位置上，任何一個處理器都可以處理終端用户的請求。 ^[4] 

1、管理和控制的複雜性。應用層必須找到數據的位置，並且必須能夠把不同地點的數據整合在一起。由於數據的異常，數據庫管理員也必須能夠協調數據庫的活動，以便防止數據庫的退化。

2、技術的困難性。數據的完整性，事務的管理、併發控制、安全性、備份、恢復、查詢優化、訪問路徑的選擇等都必須尋址並且解決。

3、安全性。當數據位於多個站點時，安全性就可能降低。不同地方的不同人共享數據管理責任。

4、缺乏標準。在數據庫層中，沒有標準的通信協議(儘管TCP/IP在網絡層上是一個公認的標準，但是在應用層上卻沒有標準)。例如，在DDBMS環境中，不同的數據庫廠商採用不同的技術(而且這些技術往往是不相容的)來管理分佈的數據和處理。

5、增加了存儲和基本設施的要求。數據的多個副本需要存放在不同的地方，因此需要另外的磁盤存儲空間。

6、增加培訓成本。在分佈式模型中的培訓成本比集中式模型成本高，有時甚至減少操作性，增加硬件的費用。

7、代價。分佈式數據庫需要操作基本設施(物理位置、環境、人才、軟件、證件等)。 ^[4] 

1、根據GDBMS分佈的節點數劃分DDBMS的各種體系結構根據DDBMS分佈在一個節點還是在多個節點，DDBMS的體系結構可分為全局控制集中的DDBMS、全局控制分散的D—DBMS、全局控制部分分散的DDBMS。

（1）全局控制集中的DDBMS

這種結構的特點是全局控制成分GDBMS集中在某一結點上，由該結點完成全局事務的協調和局部數據庫轉換等一切控制功能。全局數據字典只有一個，也存放在該結點上，它是GDBMS指性控制的主要依據。

這種結構的優點是控制簡單，容易實現更新一致性，但由於控制集中在某一特定的節點上，不僅容易形成瓶頸，而且系統比較脆弱，一旦該結點出故障，整個系統就將癱瘓。

（2）全局控制分散的DDBMS

這種結構的特點是全局控制成分GDBMS分散在網絡的每一個結點上，全局數據字典也在每個結點上存放一份。每個結點都能完成全局事務的協調和局部數據庫轉換的控制功能，每個結點既是全局事務的參與者又是全局事務的協調者。一般稱這類結構為完全分佈的DDBMS.

這種結構的優點是結點獨立，自治性強，單個結點退出或進入系統均不會影響整個系統的運行，但是全局控制的協調機制和一致性的維護都比較複雜。

（3）全局控制部分分散的DDBMS

這種結構是根據應用的需要將GDBMS和全局數據字典分散在某些結點上，是介於前兩種情況的體系結構。

2、根據局部數據庫的數據庫管理系統是否相同劃分D-DBMS的各種體系結構

根據局部數據庫的DBMS是否相同，DDBMS的體系結構又可分為同構型DDBMS、異構型DDBMS。

同構型DDBMS每個節點的局部數據庫具有相同的數據庫管理系統，即使操作系統和計算機硬件不同。在設計和研製DDBMS時，若並不存在已運行的局部數據庫，則採用同構型的結構比較方便。

異構型DDBMS的各節點的局部數據庫具有不同的數據庫管理系統。在設計和研製DDBMS時，若已存在局部數據庫，而這些數據庫可能採用不同的數據模型(層次、網狀或關係)，或者雖然數據模型相同但它們是不同廠商的數據庫管理系統(如Informix、Sybase、DB2和Oracle)，這就必須開發異構型的D—DBMS。 ^[5]