互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫第11章 數(shù)據(jù)庫新技術(shù)

第11章數(shù)據(jù)庫新技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫課件11.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)新發(fā)展數(shù)據(jù)庫技術(shù)的三個(gè)發(fā)展階段：第一代的網(wǎng)狀、層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持三級(jí)模式的體系結(jié)構(gòu)用存取路徑來表示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系獨(dú)立的數(shù)據(jù)定義語言導(dǎo)航的數(shù)據(jù)操縱語言11.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)新發(fā)展第二代的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)關(guān)系模型的概念單一，實(shí)體以及實(shí)體之間的聯(lián)系都用關(guān)系來表示；以關(guān)系代數(shù)為基礎(chǔ)，形式化基礎(chǔ)好；數(shù)據(jù)獨(dú)立性強(qiáng)，數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)和存取路徑對(duì)用戶隱蔽；關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言是非過程化的，將用戶從編程數(shù)據(jù)庫記錄的導(dǎo)航式檢索中解脫出來，大大降低了用戶編程的難度。11.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)新發(fā)展第三代以面向?qū)ο竽Ｐ蜑橹饕卣鞯臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng)。第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)支持?jǐn)?shù)據(jù)管理、對(duì)象管理和知識(shí)管理第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須保持或繼承第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的技術(shù)第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須對(duì)其他系統(tǒng)開放11.2面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)（OODBS）是數(shù)據(jù)庫技術(shù)與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法相結(jié)合的產(chǎn)物。對(duì)于OO數(shù)據(jù)模型和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究主要體現(xiàn)在：研究以關(guān)系數(shù)據(jù)庫和SQL為基礎(chǔ)的擴(kuò)展關(guān)系模型。以面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言為基礎(chǔ)，研究持久的程序設(shè)計(jì)語言，支持OO數(shù)據(jù)模型。建立新的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)，支持OO數(shù)據(jù)模型。11.2.1面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法：是一種支持模塊化設(shè)計(jì)和軟件重用的實(shí)際可行的編程方法。它把程序設(shè)計(jì)的主要活動(dòng)集中在建立對(duì)象和對(duì)象之間的聯(lián)系上，從而完成所需的計(jì)算。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本思想是封裝和可擴(kuò)展性。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的可擴(kuò)展性體現(xiàn)在繼承性和行為擴(kuò)展兩個(gè)方面。11.2面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型（OO模型）。即面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個(gè)持久的、可共享的對(duì)象庫的存儲(chǔ)和管理者；而一個(gè)對(duì)象庫是由一個(gè)OO模型所定義的對(duì)象的集合體。一個(gè)OO模型是用面向?qū)ο笥^點(diǎn)來描述現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體（對(duì)象）的邏輯組織、對(duì)象間限制、聯(lián)系等的模型11.2.2面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型OO模型的核心概念:對(duì)象與對(duì)象標(biāo)識(shí)OID：現(xiàn)實(shí)世界的任一實(shí)體都被統(tǒng)一地模型化為一個(gè)對(duì)象，每個(gè)對(duì)象有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)，稱為對(duì)象標(biāo)識(shí)（OID）。封裝：每一個(gè)對(duì)象是其狀態(tài)與行為的封裝，其中狀態(tài)是該對(duì)象一系列屬性值的集合，而行為是在對(duì)象狀態(tài)上操作的集合，操作也稱為方法。類：共享同樣屬性和方法集的所有對(duì)象構(gòu)成了一個(gè)對(duì)象類（簡稱類），一個(gè)對(duì)象是某一類的一個(gè)實(shí)例。類層次（結(jié)構(gòu)）：在一個(gè)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫模式中，可以定義一個(gè)類（如C1）的子類（如C2），類C1稱為類C2的超類（或父類）。子類（如C2）還可以再定義子類（如C3）。這樣，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫模式的一組類形成一個(gè)有限的層次結(jié)構(gòu)，稱為類層次。消息：由于對(duì)象是封裝的，對(duì)象與外部的通信一般只能通過顯式的消息傳遞，即消息從外部傳送給對(duì)象，存取和調(diào)用對(duì)象中的屬性和方法，在內(nèi)部執(zhí)行所要求的操作，操作的結(jié)果仍以消息的形式返回。11.2.3面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫語言O(shè)ODB語言主要包括：對(duì)象定義語言（ODL）對(duì)象操縱語言（OML），對(duì)象操縱語言中一個(gè)重要子集是對(duì)象查詢語言（OQL）OODB語言一般應(yīng)具備下述功能：類的定義與操縱操作／方法的定義對(duì)象的操縱11.2.4對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫一個(gè)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)必須滿足兩個(gè)條件：支持一核心的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型；支持傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所有的數(shù)據(jù)庫特征對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)就是按照這樣的目標(biāo)將關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)兩方面的特征相結(jié)合。11.2.4對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)除了具有原來關(guān)系數(shù)據(jù)庫的各種特點(diǎn)外，還應(yīng)提供以下特點(diǎn)：擴(kuò)充數(shù)據(jù)類型支持復(fù)雜對(duì)象支持繼承的概念提供通用的規(guī)則系統(tǒng)11.3并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1、并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述：并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是在并行機(jī)上運(yùn)行的具有并行處理能力的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，是數(shù)據(jù)庫技術(shù)與并行計(jì)算技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。并行計(jì)算技術(shù)利用多處理機(jī)并行處理產(chǎn)生的規(guī)模效益來提高系統(tǒng)的整體性能，為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供了一個(gè)良好的硬件平臺(tái)。并行處理技術(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)的結(jié)合，具有潛在可行性。11.3并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2、并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的目標(biāo)一個(gè)并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)：高性能高可用性可擴(kuò)充性理想情況下,并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)具有兩個(gè)方面的可擴(kuò)充性優(yōu)勢(shì)：線性伸縮和線性加速。11.3并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)3、支持并行數(shù)據(jù)庫的并行結(jié)構(gòu)并行計(jì)算機(jī)分為三種基本的體系結(jié)構(gòu)：共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)（SM并行結(jié)構(gòu)）：SM并行結(jié)構(gòu)由多個(gè)處理機(jī)、一個(gè)共享內(nèi)存和多個(gè)磁盤存儲(chǔ)器構(gòu)成。多處理機(jī)和共享內(nèi)存由高速通信網(wǎng)絡(luò)連接，每個(gè)處理機(jī)可直接存取一個(gè)或多個(gè)磁盤，即所有內(nèi)存與磁盤為所有處理機(jī)共享。

SM方案的優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)簡單和負(fù)載均衡,但是這種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)成本高、可擴(kuò)充性較差、系統(tǒng)可用性不是很好。11.3并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)共享磁盤結(jié)構(gòu)（SD并行結(jié)構(gòu)）：SD并行結(jié)構(gòu)由多個(gè)具有獨(dú)立內(nèi)存的處理機(jī)和多個(gè)磁盤構(gòu)成。每個(gè)處理機(jī)都可以讀寫任何磁盤。多個(gè)處理機(jī)和磁盤存儲(chǔ)器由高速通信網(wǎng)絡(luò)連接。SD方案具有成本低、可擴(kuò)充性好、可用性強(qiáng)。容易從單處理機(jī)系統(tǒng)遷移以及負(fù)載均衡等優(yōu)點(diǎn)。該結(jié)構(gòu)的不足在于實(shí)現(xiàn)起來復(fù)雜以及存在潛在的性能問題。無共享資源結(jié)構(gòu)（SN并行結(jié)構(gòu)）：SN并行結(jié)構(gòu)由多個(gè)處理結(jié)點(diǎn)構(gòu)成。每個(gè)處理結(jié)點(diǎn)具有自己獨(dú)立的處理機(jī)、內(nèi)存和磁盤存儲(chǔ)器。多個(gè)處理機(jī)結(jié)點(diǎn)由高速通信網(wǎng)絡(luò)連接。SN結(jié)構(gòu)成本較低，具有極佳的可伸縮性，通過在多個(gè)結(jié)點(diǎn)上復(fù)制數(shù)據(jù)又可實(shí)現(xiàn)高可用性。該方案的不足在于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜以及結(jié)點(diǎn)負(fù)荷難以均衡。11.3并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三種并行結(jié)構(gòu)的比較：下面列出對(duì)以上三種并行結(jié)構(gòu)從性能、可用性和可擴(kuò)充性等方面的比較。P28111.4多媒體數(shù)據(jù)庫多媒體數(shù)據(jù)庫是多媒體技術(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的一種新型的數(shù)據(jù)庫。媒體：信息的載體在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域兩層含義：①儲(chǔ)存信息的載體；②傳播信息的載體多媒體：是指多種媒體的有機(jī)結(jié)合。計(jì)算機(jī)的多媒體數(shù)據(jù)具有以下特點(diǎn)：對(duì)象復(fù)雜、存儲(chǔ)分散、時(shí)空同步多媒體技術(shù)：是實(shí)現(xiàn)基于計(jì)算機(jī)的多媒體應(yīng)用環(huán)境的技術(shù)。多媒體技術(shù)以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，以交互控制方式把多媒體集成于一體，形成一個(gè)完整的相互作用的整體，以實(shí)現(xiàn)對(duì)多媒體數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與組織、查詢與檢索、顯示與演播、編輯與處理、傳輸與管理等，其中多媒體數(shù)據(jù)的管理是關(guān)鍵技術(shù)。11.4多媒體數(shù)據(jù)庫多媒體數(shù)據(jù)庫：是指數(shù)據(jù)庫中的信息不僅涉及各種數(shù)字、字符等格式化的表達(dá)形式，而且還包括多媒體的非格式化的表達(dá)形式，數(shù)據(jù)管理要涉及各種復(fù)雜對(duì)象的處理。在建立多媒體應(yīng)用環(huán)境時(shí)必須考慮的幾個(gè)關(guān)鍵問題：確定存儲(chǔ)介質(zhì)確定數(shù)據(jù)傳輸方式確定數(shù)據(jù)管理方式數(shù)據(jù)資源的管理11.4多媒體數(shù)據(jù)庫多媒體數(shù)據(jù)庫與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫有較大的差別，主要表現(xiàn)在：處理的數(shù)據(jù)對(duì)象、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模型和應(yīng)用對(duì)象都不同，處理的方式也不同。多媒體數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)和處理復(fù)雜對(duì)象，其存儲(chǔ)技術(shù)需要增加新的處理功能，如數(shù)據(jù)壓縮和解壓。多媒體數(shù)據(jù)庫面向應(yīng)用，沒有單一的數(shù)據(jù)模型適應(yīng)所有情況，隨應(yīng)用領(lǐng)域和對(duì)象而建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型。11.4多媒體數(shù)據(jù)庫多媒體數(shù)據(jù)庫強(qiáng)調(diào)媒體獨(dú)立性，用戶應(yīng)最大限度地忽略各媒體間的差別而實(shí)現(xiàn)對(duì)多種媒體數(shù)據(jù)的管理和操作。多媒體數(shù)據(jù)庫強(qiáng)調(diào)對(duì)象的物理表現(xiàn)和交互方式，強(qiáng)調(diào)終端用戶界面的靈活性和多樣性。多媒體數(shù)據(jù)庫具有更強(qiáng)的對(duì)象訪問手段，比如特征訪問、瀏覽訪問、近似性查詢等。11.4多媒體數(shù)據(jù)庫多媒體數(shù)據(jù)模型的三種類型：簡單型復(fù)雜型智能型在實(shí)際應(yīng)用中。多媒體的建模方法有多種，常見的有以下幾種方法：擴(kuò)充關(guān)系模型：在傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上引入新的多媒體數(shù)據(jù)類型，以及相應(yīng)的存取和操作功能。11.4多媒體數(shù)據(jù)庫語義模型：語義數(shù)據(jù)模型的目標(biāo)是提供更自然的處理現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)及其聯(lián)系，它在實(shí)體的表示、相互間聯(lián)系、抽象等機(jī)制上具有特點(diǎn)。有兩種語義模型可支持多媒體數(shù)據(jù)的描述：一種是基于實(shí)體——聯(lián)系的語義數(shù)據(jù)模型；另一種是用于處理數(shù)據(jù)庫動(dòng)態(tài)變化的數(shù)據(jù)模型，在進(jìn)行數(shù)據(jù)抽象的同時(shí)，對(duì)抽象數(shù)據(jù)的更新操作也使用抽象。面向?qū)ο竽Ｐ停好嫦驅(qū)ο蟮姆椒ㄗ钸m合于描述復(fù)雜對(duì)象，引入了封裝、繼承、對(duì)象、類等概念，可以有效地描述各種對(duì)象及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和聯(lián)系。具體有以下三種實(shí)現(xiàn)途徑：一是在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中引入面向?qū)ο髾C(jī)制；二是在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言中引入數(shù)據(jù)庫機(jī)制，使其支持永久數(shù)據(jù)管理；三是開發(fā)全新的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。11.4多媒體數(shù)據(jù)庫多媒體數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：（MDBMS）能實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)庫的建立、操作、控制、管理和維護(hù)，能將聲音、圖像、文本等各種復(fù)雜對(duì)象結(jié)合在一起，并提供各種方式檢索、觀察和組合多媒體數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)共享的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。多媒體數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基本功能：1）能表示和處理復(fù)雜多媒體數(shù)據(jù)，并能較準(zhǔn)確地反映和管理各種媒體數(shù)據(jù)的特性和各種媒體數(shù)據(jù)之間的空間或時(shí)間的關(guān)聯(lián)，能為用戶提供定義新的數(shù)據(jù)類型和相應(yīng)操作的能力。2）能保證多媒體數(shù)據(jù)庫的物理數(shù)據(jù)獨(dú)立性、邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性和多媒體數(shù)據(jù)獨(dú)立性。11.4多媒體數(shù)據(jù)庫3）提供功能更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)操縱，比如非格式化數(shù)據(jù)的查詢、瀏覽功能，對(duì)非格式化數(shù)據(jù)的一些新操作，圖像的覆蓋、嵌