分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其基本思想是將傳統(tǒng)的集中式數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)分布于網(wǎng)絡(luò)上的多臺(tái)計(jì)算機(jī)中。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通常使用較小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，每臺(tái)計(jì)算機(jī)可單獨(dú)放在一個(gè)地方，每臺(tái)計(jì)算機(jī)中都有DBMS的一份完整的復(fù)制副本，并具有自己局部的數(shù)據(jù)庫(kù)，位于不同地點(diǎn)的許多計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互相連接，共同組成一個(gè)完整的、全局的大型數(shù)據(jù)庫(kù)。

?一.分布式數(shù)據(jù)庫(kù)概述

?分布式數(shù)據(jù)庫(kù)是由一組數(shù)據(jù)組成的，這組數(shù)據(jù)分布在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同計(jì)算機(jī)上，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有獨(dú)立處理的能力，即場(chǎng)地自治，它可以執(zhí)行局部應(yīng)用，同時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)也能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)執(zhí)行全局應(yīng)用。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是在集中式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)技術(shù)上的基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)，有如下特點(diǎn)：

（1）數(shù)據(jù)獨(dú)立性。包括邏輯獨(dú)立性與物理獨(dú)立性，還有數(shù)據(jù)分布獨(dú)立性。

（2）集中與自治共享結(jié)合的控制結(jié)構(gòu)。各局部的DBMS可以獨(dú)立地管理局部數(shù)據(jù)庫(kù)，具有自治的功能，同時(shí)有設(shè)有集中控制機(jī)制，協(xié)調(diào)各局部DBMS的工作，執(zhí)行全局應(yīng)用。

（3）適當(dāng)增加數(shù)據(jù)冗余度。在不同場(chǎng)地存儲(chǔ)同一數(shù)據(jù)的多個(gè)副本，這樣，可以提高系統(tǒng)的可靠性和可用性，同時(shí)也能提高系統(tǒng)性能。

（4）全局的一致性、可串行和可恢復(fù)性。

1.分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)

在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中，局部DBMS中的內(nèi)模式與概念模式與集中數(shù)據(jù)庫(kù)是完全一致的，不同之處在于新增的全局DBMS，而整個(gè)全局DMBS，可以看作是相對(duì)于局部概念模式的外模式。

（1）全局外模式。全局外模式是全局應(yīng)用的用戶(hù)視圖，是全局概念模式的子集，該層直接與用戶(hù)或者應(yīng)用程序進(jìn)行交互。

（2）全局概念模式。全局概念模式定義分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的整體邏輯結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)就如圖根本沒(méi)有分布一樣，可用傳統(tǒng)的集中式數(shù)據(jù)庫(kù)中所采取的方法進(jìn)行定義。

（3）分片模式。在某些情況下，需要將一個(gè)關(guān)系模式分解成幾個(gè)數(shù)據(jù)片，分片模式正式用于完成此工作的。

（4）分布模式。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的本質(zhì)特征就是數(shù)據(jù)分布在不同的物理位置。分布模式的主要職責(zé)是定義數(shù)據(jù)片段的存放節(jié)點(diǎn)。

（5）局部概念模式。局部概念模式是局部數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模式。

（6）局部?jī)?nèi)模式。局部?jī)?nèi)模式是局部數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)模式。

2.分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）分布式數(shù)據(jù)庫(kù)可以解決企業(yè)部門(mén)分散而數(shù)據(jù)需要相互聯(lián)系的問(wèn)題。

（2）分布式系統(tǒng)可以在對(duì)當(dāng)前機(jī)構(gòu)影響最小的情況下進(jìn)行擴(kuò)充。

（3）分布式數(shù)據(jù)庫(kù)可以滿(mǎn)足負(fù)載均衡的需要。

（4）可靠性高，出現(xiàn)故障的影響小。

二.數(shù)據(jù)分片

數(shù)據(jù)分片將數(shù)據(jù)庫(kù)整體邏輯結(jié)構(gòu)分解為合適的邏輯單位，然后由分布模式來(lái)定義片段及其副本在各場(chǎng)地的物理分布。

1.數(shù)據(jù)分片的分類(lèi)

(1)水平分片。水平分片將一個(gè)全局關(guān)系中的元祖分類(lèi)成多個(gè)子集，每個(gè)子集為一個(gè)片段。分片條件由關(guān)系中的屬性表示。

(2)垂直分片。垂直分片將一個(gè)全局關(guān)系按屬性分裂成多個(gè)子集，應(yīng)滿(mǎn)足不相交性。對(duì)與垂直分片，重構(gòu)全局關(guān)系可通過(guò)連續(xù)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。

(3)導(dǎo)出分片。導(dǎo)出分片又稱(chēng)為導(dǎo)出水平分片，即水平分片的條件不是本關(guān)系屬性的條件，而是其他關(guān)系屬性的條件。

(4)混合分片?；旌戏制窃诜制胁捎盟椒制痛怪狈制瑑煞N形式的混合。

2.數(shù)據(jù)分片的原則

（1）完整性。全局關(guān)系的所有數(shù)據(jù)都必須分配到各個(gè)片段中，不允許某些數(shù)據(jù)屬于全局關(guān)系但不屬于任務(wù)片段。

（2）重構(gòu)性。各個(gè)片段可以重構(gòu)原來(lái)的全局關(guān)系。

（3）不相交性。全局關(guān)系中的每個(gè)元祖僅屬于一個(gè)片段，不能在多個(gè)片段中重復(fù)出現(xiàn)。

3.分布透明性

分布透明性是指用戶(hù)不必關(guān)心數(shù)據(jù)的邏輯分片，不必關(guān)心數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的物理位置分布小細(xì)節(jié)，也不必關(guān)心局部場(chǎng)地上數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型。分布透明性包括分片透明，位置透明，局部數(shù)據(jù)模型透明。

（1）分片透明。分片透明是分布透明性的最高層次，它是指用戶(hù)或應(yīng)用程序只對(duì)全局關(guān)系進(jìn)行操作而不必考慮數(shù)據(jù)的分片。

（2）位置透明性。位置透明是指用戶(hù)或應(yīng)用程序應(yīng)當(dāng)了解分片情況，但不必了解片段的存儲(chǔ)位置。

（3）局部數(shù)據(jù)模型透明性。局部數(shù)據(jù)模型透明性是指用戶(hù)或者應(yīng)用程序應(yīng)當(dāng)了解分片及各片段的存儲(chǔ)場(chǎng)地，但不必了解局部場(chǎng)地上使用的是何種數(shù)據(jù)模型。

三.分布式數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)優(yōu)化

分布式數(shù)據(jù)庫(kù)在結(jié)構(gòu)上與集中式數(shù)據(jù)庫(kù)存在一定的差異，所以?xún)烧咴诓樵?xún)優(yōu)化方面各有側(cè)重。在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，從查詢(xún)涉及的數(shù)據(jù)和查詢(xún)處理過(guò)程中的通信模式來(lái)劃分，可以分為局部查詢(xún)、遠(yuǎn)程查詢(xún)和全局查詢(xún)?nèi)N類(lèi)型。

全局查詢(xún)是指用戶(hù)查詢(xún)涉及多個(gè)場(chǎng)地的數(shù)據(jù)，因此查詢(xún)處理和優(yōu)化技術(shù)要比其他兩種要復(fù)雜的得多。具體方法有：全局查詢(xún)樹(shù)的變換，副本的選擇與多副本的更新策略，查詢(xún)數(shù)的分解，半直連與直接連接等。

1.全局查詢(xún)樹(shù)的變換

為了提高執(zhí)行效率，可對(duì)全局查詢(xún)樹(shù)進(jìn)行如下變換：

（1）用片段替換查詢(xún)樹(shù)中的全局關(guān)系。

（2）盡可能將選擇和投影等一元操作推向查詢(xún)樹(shù)的葉端。

（3）合并公共子表達(dá)式。

（4）消除空關(guān)系和冗余度。

（5）移去無(wú)用的垂直葉片。

2.副本的選擇與多副本的更新策略。

副本選擇原則：

（1）盡可能提供訪問(wèn)的局部性，尤其要減少大量數(shù)據(jù)的傳送。

（2）盡可能減少通信開(kāi)銷(xiāo)，尤其要減少大量數(shù)據(jù)的傳送。

（3）適當(dāng)考慮節(jié)點(diǎn)負(fù)載的平衡。

副本的更新策略：

（1）在事務(wù)提交前更新全部副本。

（2）立即更新所有節(jié)點(diǎn)的副本。

（3）主副本法，指定一個(gè)副本為主副本，執(zhí)行更新操作時(shí)候，事務(wù)提交前進(jìn)更新主副本，所有副本在事務(wù)提交后根據(jù)主副本廣播的內(nèi)容進(jìn)行更新。

（4）快照法?？煺辗ㄊ侵笖?shù)據(jù)在某一時(shí)刻的狀態(tài)，它不隨數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的更新而即時(shí)更新。

3.查詢(xún)樹(shù)的分解

查詢(xún)樹(shù)分解的一般方法是采用后續(xù)遍歷法。

4.半連接與直接連接

有時(shí)候，在做連接操作時(shí)，并不需要將整個(gè)關(guān)系（或片段）傳送到對(duì)方，只要傳送連接時(shí)與對(duì)方匹配的元組就夠了。半連接操作可以幫助從關(guān)系（或片段）篩選出連接時(shí)匹配的元組，減少節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸量和運(yùn)算暈，但也增加了投影操作和選擇操作。在實(shí)際應(yīng)用中，是否采用半連接，必須做代價(jià)比較。