分布式数据库管理系统全面解析

# 分布式数据库管理系统全面解析 ## 1. 分布式数据库系统的诞生背景 传统集中式数据库存在诸多问题，促使了分布式数据库管理系统（DDBMS）的出现。 - **可靠性问题**：依赖中心站点会导致单点故障综合征，并且需要进行数据复制。 - **可扩展性问题**：单一位置存在物理限制，如电力、温度调节和功耗等，影响数据库的扩展。 - **组织灵活性问题**：数据库带来的组织僵化可能无法满足现代全球组织所需的灵活性和敏捷性。 动态的商业环境和集中式数据库的这些缺点，催生了对从多个位置的不同数据源访问数据的应用程序的需求。而分布式数据库管理系统（DDBMS）则是管理这种多源多位置数据库环境的最佳选择。 ## 2. DDBMS的优缺点 ### 2.1 优点 |优点|说明| | ---- | ---- | |数据靠近需求点|分布式数据库系统中的数据分散以匹配业务需求。| |数据访问更快|终端用户通常只处理公司数据的本地存储子集。| |数据处理更快|分布式数据库系统通过在多个站点处理数据来分散系统工作负载。| |便于扩展|可以在不影响其他站点操作的情况下向网络添加新站点。| |改善通信|本地站点规模较小且更靠近客户，促进了部门之间以及客户与公司员工之间的更好沟通。| |降低运营成本|向网络添加工作站比更新大型机系统更具成本效益，在低成本PC上进行开发工作比在大型机上更便宜、更快捷。| |用户界面友好|PC和工作站通常配备易于使用的图形用户界面（GUI），简化了终端用户的培训和使用。| |单点故障风险低|当一台计算机发生故障时，其他工作站会承担其工作负载，并且数据也分布在多个站点。| |处理器独立|终端用户能够访问数据的任何可用副本，并且用户请求由数据所在位置的任何处理器处理。| ### 2.2 缺点 |缺点|说明| | ---- | ---- | |管理和控制复杂|应用程序必须识别数据位置，并能够将来自各个站点的数据拼接在一起。数据库管理员必须能够协调数据库活动，以防止因数据异常导致数据库性能下降。| |技术难度大|必须解决数据完整性、事务管理、并发控制、安全性、备份、恢复、查询优化、访问路径选择等问题。| |安全问题|数据位于多个站点时，安全漏洞的概率增加，数据管理责任将由多个站点的不同人员分担。| |缺乏标准|数据库级别没有标准的通信协议（尽管TCP/IP是网络级别的事实标准，但应用程序级别没有标准）。不同的数据库供应商采用不同且往往不兼容的技术来管理DDBMS环境中的数据和处理分布。| |存储和基础设施要求增加|不同站点需要多个数据副本，因此需要额外的磁盘存储空间。| |培训成本增加|分布式模型的培训成本通常比集中式模型更高，有时甚至会抵消运营和硬件节省的成本。| |成本高|分布式数据库需要重复的基础设施来运行（物理位置、环境、人员、软件、许可证等）。| 分布式数据库虽然已经得到了成功应用，但要充分发挥其理论上的灵活性和强大功能，还有很长的路要走。分布式数据环境的固有复杂性使得制定管理事务、并发控制、安全、备份、恢复、查询优化、访问路径选择等方面的标准协议变得更加紧迫。在DDBMS技术被广泛采用之前，必须解决这些问题。 ## 3. 分布式处理与分布式数据库 ### 3.1 分布式处理 分布式处理中，数据库的逻辑处理由通过网络连接的两个或多个物理独立站点共享。例如，数据输入/输出（I/O）、数据选择和数据验证可能在一台计算机上执行，而基于该数据的报告可能在另一台计算机上创建。 下面是一个基本的分布式处理环境示例： ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; classDef data fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px; A(Computer A - Miami):::process -->|Communications network| B(Computer B - New York):::process A -->|Communications network| C(Computer C - Atlanta):::process A -->|Update payroll data| D(DBMS):::data B -->|Database records processed| D C -->|Generate payroll report| D ``` 在这个示例中，分布式处理系统通过通信网络在三个站点之间共享数据库处理任务。虽然数据库仅驻留在一个站点（迈阿密），但每个站点都可以访问数据并更新数据库。数据库位于计算机A（称为数据库服务器）上。 ### 3.2 分布式数据库 分布式数据库将逻辑相关的数据库存储在两个或多个物理独立的站点上，这些站点通过计算机网络连接。与分布式处理系统不同，分布式数据库系统中的数据库由多个称为数据库片段的部分组成，这些片段位于不同的站点，并且可以在各个站点之间进行复制。每个数据库片段由其本地数据库进程管理。 以下是一个分布式数据库环境示例： ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; classDef data fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px; A(Computer A - Miami):::process -->|Communications network| B(Computer B - New York):::process A -->|Communications network| C(Computer C - Atlanta):::process A -->|Manage E1| E1(Database Fragment E1):::data B -->|Manage E2| E2(Database Fragment E2):::data C -->|Manage E3| E3(Database Fragment E3):::data ``` 在这个示例中，数据库被分为三个数据库片段（E1、E2和E3），位于不同的站点。在完全分布式的数据库中，用户无需知道每个数据库片段的名称或位置即可访问数据库，甚至可以位于迈阿密、纽约或亚特兰大以外的站点，仍能将数据库作为一个逻辑单元进行访问。 ### 3.3 两者关系 - 分布式处理不一定需要分布式数据库，但分布式数据库需要分布式处理（每个数据库片段由其自己的本地数据库进程管理）。 - 分布式处理可以基于位于单台计算机上的单个数据库。为了实现分布式数据的管理，数据库处理功能的副本或部分必须分布到所有数据存储站点。 - 分布式处理和分布式数据库都