分布式數(shù)據(jù)庫及其在飛機訂票系統(tǒng)的應(yīng)用

1、分布式數(shù)據(jù)庫及其在飛機訂票系統(tǒng)中的應(yīng)用 一、分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 1、分布式數(shù)據(jù)庫概述 隨著傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)日趨成熟、 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用范圍的擴大，以分布式為主要特征的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究與開發(fā)受到人們的注意。分布式 數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域已形成一個分支。分布式數(shù)據(jù)庫的研究始于20世紀70年代中期。世界上第一個分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)SDD-促由美國計算機公司(CCA于1979年在DEa算機上實現(xiàn)。20世紀90年代以來，分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進入商品化應(yīng)用階段，傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品均發(fā)展成以計算機網(wǎng)絡(luò)及多任務(wù)操作系統(tǒng)為核心的分布式數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，同時分布式數(shù)據(jù)庫 逐步向客戶

2、機/服務(wù)器模式發(fā)展。 分布式數(shù)據(jù)庫的典型定義是：分布式數(shù)據(jù)庫是一個數(shù)據(jù)集合，這些數(shù)據(jù)在邏輯上屬于同一個系統(tǒng)，但物理上卻分散在計算機網(wǎng)絡(luò)的若干站點上，并且要求網(wǎng) 絡(luò)的每個站點具有自治的處理能力，能執(zhí)行本地的應(yīng)用。每個站點的計算機還至少參與一個全局應(yīng)用的執(zhí)行。 2、DDB的優(yōu)缺點 1) DDB就點： (1)更適合分布式的管理與控制。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更適合具有地理分布特性的組織或機構(gòu)使用，允許分布在不同區(qū)域、不同級別的各個部門對其自身的數(shù)據(jù)實行局部控制。例如：實現(xiàn)全局數(shù)據(jù)在本地錄入、查詢、維護，這時由于計算機資源靠近用戶，可以降低通信代價，提高響應(yīng)速度，而涉及其他場地數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)只是少量的，

3、從而可以大大減少網(wǎng)絡(luò)上的信息傳輸量；同時，局部數(shù)據(jù)的安全性也可以做得更好。 (2)具有靈活的體系結(jié)構(gòu)。集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)強調(diào)的是集中式控制，物理數(shù)據(jù)庫是存放在一個場地上的，由一個DBMS中管理。多個用戶只可以通過近程或遠程終端在多用戶操作系統(tǒng)支持下運行該DBMS共享集中是數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。而分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的場地局部DBMS自治性，使得大部分的局部事務(wù)管理和控制都能就地解決，只有在涉及其他場地的數(shù)據(jù)時才需要通過網(wǎng)絡(luò)作為全局事務(wù)來管理。分布式DBMS以設(shè)計成具有不同程度的自治性，從具有充分的場地自治到幾乎是完全集中式的控制。 (3)系統(tǒng)經(jīng)濟，可靠性高，可用性好。與一個大型計算機支持一個大型的冀中是數(shù)

4、據(jù)庫在加一些進程和遠程終端相比，由超級微型計算機或超級小型計算機支持的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)往往具有更高的性價比和實施靈活性。分布式系統(tǒng)比集 中式系統(tǒng)具有更高的可靠性和更好的可用性。如由于數(shù)據(jù)分布在多個場地并有許多復制數(shù)據(jù)，在個別場地或個別通信鏈路發(fā)生故障時，不至于導致整個系統(tǒng)的崩潰，而且系統(tǒng)的局部故障不會引起全局失控。 (4)在一定條件下響應(yīng)速度加快。如果存取的數(shù)據(jù)在本地數(shù)據(jù)庫中，那末就可以由用戶所在的計算機來執(zhí)行，速度就快。 (5)可擴展性好，易于集成現(xiàn)有系統(tǒng)，也易于擴充。 對于一個企業(yè)或組織，可以采用分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)在以建立的若干數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上開發(fā)全局應(yīng)用，對原有的局部數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作某些改動，形

5、成一個分布式系統(tǒng)。這比重建一個大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)要簡單，既省時間，又省財力、物力。也可以通過增加場地數(shù)的辦法，迅速擴充已有的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 2) DDB的缺點： (1)通信開銷較大，故障率高。例如，在網(wǎng)絡(luò)通信傳輸速度不高時，系統(tǒng)的響應(yīng)速度慢，與通信縣官的因素往往導致系統(tǒng)故障，同時系統(tǒng)本身的復雜性也容易導致較高的故障率。當故障發(fā)生后系統(tǒng)恢復也比較復雜，可靠性有待提高。 (2)數(shù)據(jù)的存取結(jié)構(gòu)復雜。一般來說，在分布時數(shù)據(jù)庫中存取數(shù)據(jù)，比在集中時數(shù)據(jù)庫中存取數(shù)據(jù)更復雜，開銷更大。 (3)數(shù)據(jù)的安全性和保密性較難控制。在具有高度場地自治的分布時數(shù)據(jù)庫中，不同場地的局部數(shù)據(jù)庫管理員可以采用不同的安全措施，

6、但是無法保證全局 數(shù)據(jù)都是安全的。安全性問題式分布式系統(tǒng)固有的問題。因為分布式系統(tǒng)式通過通信網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)分布控制的，而通信網(wǎng)絡(luò)本身卻在保護數(shù)據(jù)的安全性和保密性方面存在弱點，數(shù)據(jù)很容易被竊取。 分布式數(shù)據(jù)庫的設(shè)計、場地劃分及數(shù)據(jù)在不同場地的分配比較復雜。數(shù)據(jù)的劃分及分配對系統(tǒng)的性能、響應(yīng)速度及可用性等具有極大的影響。不同場地的通信速度與局部數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的存取部件的存取速度相比，是非常慢的。通信系統(tǒng)有較高的延遲，在CPlh處理通信信息的代價很高。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中要注意解決分布式數(shù)據(jù)庫的設(shè)計、查詢處理和優(yōu)化、事務(wù)管理及并發(fā)控制和目錄管理等問題。 3、數(shù)據(jù)分片 1)數(shù)據(jù)分片的類型： (1)水平分片：按一

7、定的條件把全局關(guān)系的所有元組劃分成若干不相交的子集，每個子集為關(guān)系的一個片段。 (2)垂直分片：把一個全局關(guān)系的屬性集分成若干子集，并在這些子集上作投影運算，每個投影稱為垂直分片。 (3)導出分片：又稱為導出水平分片，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：以上三種方法的混合?？梢韵人椒制俅怪狈制蛳却怪狈制偎椒制?，或其他形式，但他們的結(jié)果是不相同的。 2)數(shù)據(jù)分片的條件： (1)完備性條件：必須把全局關(guān)系的所有數(shù)據(jù)映射到片段中，決不允許有屬于全局關(guān)系的數(shù)據(jù)卻不屬于它的任何一個片段。 (2)可重構(gòu)條件：必須保證能夠由同一個全局關(guān)系的各個片段來重

8、建該全局關(guān)系。對于水平分片可用并操作重構(gòu)全局關(guān)系；對于垂直分片可用聯(lián)接操作重構(gòu)全局關(guān)系。 (3)不相交條件：要求一個全局關(guān)系被分割后所得的各個數(shù)據(jù)片段互不重疊(對垂直分片的主鍵除外)。 物理映象 數(shù)據(jù)分片和數(shù)據(jù)分配概念的分離，形成了“數(shù)據(jù)分布獨立型”概念。 數(shù)據(jù)冗余的顯式控制。數(shù)據(jù)在各個場地的分配情況在分配模式中一目了然，便于系統(tǒng)管理。 局部DBM的獨立性。 這個特征也稱為“局部映射透明性”。 此特征允許我們在不考慮局部DBMS用數(shù)據(jù)模型的情況下，研究DDBI理的有關(guān)問題。 所謂全局應(yīng)用，要求使用通訊子系統(tǒng)在幾個站點存取數(shù)據(jù)。這個定義強調(diào)了分布式數(shù)據(jù)庫的兩個重要特點：分布性和邏輯相關(guān)性。 下圖

9、給出了典型的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DDBSW物理結(jié)構(gòu)。其中在不同地域的3臺計算機分別控制本地數(shù)據(jù)庫及各終端用戶T;每臺計算機及其本地數(shù)據(jù)庫組成了此分布式數(shù)據(jù)庫的一個站點，各站點用通訊網(wǎng)絡(luò)連接起來，可以是局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。 DDBS勺物理結(jié)構(gòu)圖 下圖給出了分布式數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)。其中，DDBMS分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，用來支持分布式數(shù)據(jù)庫的建立和維護。LDBMS局部數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，也就是通常的集中4、體系結(jié)構(gòu) 31（場地1） S2（場地2） S3C場地3） R11 FN1 R1J R22 行 E田 R43 式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，用來管理本站的數(shù)據(jù)。 G0 ce II/L LMIMIJ|1s u- DDB的邏

10、輯結(jié)構(gòu) 5、DDB的安全性保證 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是物理上分散而邏輯上集中的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。分布式數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng)使用計算機網(wǎng)絡(luò)將地理位置分散而管理和控制需要不同程度集中的多個邏輯單位(通常是集中式數(shù)據(jù)庫)連接起來，共同組成一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。因此，分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以看成是計算機網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的有機組合。 Internet的高速發(fā)展推動著分布式數(shù)據(jù)庫的發(fā)展，但同時也增加了分布式數(shù)據(jù)庫安全問題的復雜性。如何才能保證開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安 一般情況下，分布式數(shù)據(jù)庫面臨著兩大類安全問題：一類由單站點故障、網(wǎng)絡(luò)故障等自然因素引起，這類故障通?？衫镁W(wǎng)絡(luò)提供的安全性來實現(xiàn)安全防護，所以說網(wǎng)絡(luò)安全

11、是分布式數(shù)據(jù)庫安全的基礎(chǔ)；另一類來自本機或網(wǎng)絡(luò)上的人為攻擊，即黑客攻擊，目前黑客攻擊網(wǎng)絡(luò)的方式主要有竊聽、重發(fā)攻擊、假冒攻擊、越權(quán)攻擊、破譯密文等，針對這類安全隱患，有下列分布式數(shù)據(jù)庫安全關(guān)鍵技術(shù)：身份驗證，保密通信，訪問控制，庫文加密。 6、分布式數(shù)據(jù)更新 (1)、分布式數(shù)據(jù)更新的原則和方法 在分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，為了獲得高查詢速度和高可靠性，以增加數(shù)據(jù)復制的代價來減少數(shù)據(jù)通信的代價，并增強系統(tǒng)的可靠性。但由于數(shù)據(jù)復制在多個站點上，一旦要對有多個副本的數(shù)據(jù)進行更新時，為保證數(shù)據(jù)庫的一致性，就必須 對這些數(shù)據(jù)的所有復制版本同時做同樣的更新。 先考慮單用戶情況。如果站點Ah有一個事務(wù)T對數(shù)據(jù)X!

12、行更新，若X在站點Bl,B2,Bn和C,C2,， On上有副本。 而現(xiàn)在站點Bl,B2,Bn與站點A連通， 但站點C,C2， ，C與站點A見在不連通，如下圖： 說明： (1)、RftB,B2,Bn和G,C2,，Cmh有副本； (2)、但只有站點B,B2,Bn與站點A1通而站點G,C2,，C與站點A暫時未連通。 此時，現(xiàn)在只能對連通站點B,B2,Bn上的X副本進行更新，而對未連通站點C,C2,，CJ:的X副本，只能當站點連通時才能進行更新。為此，要記錄對X所做的更新內(nèi)容和應(yīng)更新而未連通的站點，一旦其中的站點連通，就立刻進行相應(yīng)的更新。 (2)、分布式數(shù)據(jù)更新存在的問題 分布式數(shù)據(jù)更新，存在如下兩

13、個問題： 多站點各副本同時更新的不現(xiàn)實性：因為每一個站點某一時刻與站點A連通 的概率為P(P=1)，同時更新要求每一個有X副本的站點與A連通，其概率為P*n,當n一00時，P*n一0。 當對未連通的站點上的副本要求更新的事務(wù)增多時，就不能保證在該站點A連通時，進行的更新是正確的。因為更新的順序就是站點連通的順序，但通常情況下，對數(shù)據(jù)的更新順序不會等于站點連通的順序。 7、分布式查詢 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的分布導致查詢也具有了分布性，分布式查詢可能針對異類的OLEDB或ODBC數(shù)據(jù)源。SQLServer支持分布式查詢，即包括來自兩個或更多服務(wù)器數(shù)據(jù)的查詢，支持服務(wù)器間的檢索、更新和游標，并使用

14、MicrosoftDistributedTransactionCoordinator(MSDTC)保證節(jié)點間事務(wù) 語義，維護服務(wù)器間的安全。 分布式查詢處理負責將用戶查詢轉(zhuǎn)換為各站點上的物理查詢，并負責合并各 子查詢結(jié)果以得到最后結(jié)果。 在分布式環(huán)境下，查詢可以分為三種：局部查詢，遠程查詢和全局查詢。局部查詢是指在本站點上執(zhí)行查詢，即查詢本站點上存放的數(shù)據(jù)。遠程查詢是指在某個站點上執(zhí)行查詢，即查詢在網(wǎng)絡(luò)上的另一個戰(zhàn)點上存放的數(shù)據(jù)。 分布式查詢處理模型 二、一個具有三個站點的飛機訂票系統(tǒng) 1、飛機訂票業(yè)務(wù)概述 這個訂票系統(tǒng)維護一個分布在三個站點，即機場1,2,3上的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫存儲有關(guān)機場規(guī)程

15、、班機調(diào)度、班機可用情況和旅客訂票等數(shù)據(jù)。假定各班機直接從出發(fā)機場到到達機場，中途不停站。其功能結(jié)構(gòu)圖為： 2、飛機訂票系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫概念模式設(shè)計 機場表 編號 字段名稱 數(shù)據(jù)類型 說明 1 ID int 序號 2 name char 城巾 3 sign char 符號 4 right char 權(quán)力 5 area int 區(qū)域 6 safe char 安全規(guī)程 旅客登記 班機表 編號 字段名稱 數(shù)據(jù)類型 說明 1 ID int 號 2 number int 機號 3 date int 日期 4 seat char 可用座位 5 entry int 進入口 6 spicture char 座位圖

16、7 delay char 延期 8 gtime int 起飛時間 9 atime int 到達時間 旅客表 編號 字段名稱 數(shù)據(jù)類型 說明 1 ID int 序號 2 name char 旅客名字 3 tnumber Int 電話 4 snumber Int 座位號 5 tkind char 機票不蜂 6 pnumber Int 行李號 機場3、飛機訂票系統(tǒng)邏輯數(shù)據(jù)庫設(shè)計4、全局數(shù)據(jù)模式和全局操作模式 (1)飛機訂票數(shù)據(jù)庫的全局數(shù)據(jù)模式 (2)飛機訂票數(shù)據(jù)庫全局操作模式 訂票應(yīng)用(訂票圖)，每當一新的旅客想預(yù)定一班機的機票時，就被激活。 在這種情況下，訪問數(shù)據(jù)庫中的起飛與到達的機場，起飛與到達

17、時間和班機日期。 這些屬性在圖中標以“k”，表明它們被用作訪問數(shù)據(jù)的關(guān)鍵詞。箭頭表明經(jīng)由 兩個關(guān)系“從”與“到”訪問從機場實體到班機實體的進行情況。實體左下角和右下角中的數(shù)字分別表示示例總數(shù)和由應(yīng)用選擇的平均示例數(shù)。一旦確定了班 機，就建立旅客實體的一個新的示例及聯(lián)系訂票的一個示例；關(guān)于旅客名字，電 話和種類的數(shù)據(jù)被寫入數(shù)據(jù)庫?？捎米粚傩韵茸x后寫（“O,W；O表示輸出,v般示寫入）。 訂票圖 登記應(yīng)用（登記圖），凡旅客實際登機時，先執(zhí)行登記任務(wù)。根據(jù)旅客名字和班機號與日期， 查明有關(guān)旅客和班機示例 （“K”屬性） 。 然后， 顯示檢索種類信息 （O） ,并根據(jù)這一信息和班機座位圖，將一座位號

18、分配給旅客，寫入座位圖和座位號屬性，以及旅客的檢查行李號。 登記圖 種類o 日期 起飛應(yīng)用（從機場起飛圖），從機場起飛時的應(yīng)用，產(chǎn)生描述即將離開機場 的30架班機的起飛信息的報告并顯示在ne視器上。機場符號和當前日期與時間 用于標識所涉及的機場和班機實體。對各次班機，從數(shù)據(jù)庫中抽取班機號、起飛時間、出入口、延期和目的地機場符號與城市。使用“到”聯(lián)系來確定關(guān)于目的地機場的信息。 從機場起飛圖 5、分布設(shè)計 飛機訂票系統(tǒng)中的分布設(shè)計由四步組成：對每一實體選擇分片準則，確定非冗余分配，在非冗余分配上引入冗余，最后在每一站點上重新構(gòu)建局部模式。 （1）分片設(shè)計 機場實體由一個基于區(qū)域的水平分片（片段：機場1,機場2,機場3）; 班機實體由一個基于起飛機場的導出水平分片（片段：班機1,班機2,班機3）; 旅客實體由一個基于旅客預(yù)定的所有班機起飛的導出水平分片（片段：旅客 1,旅客2,旅客3,旅客4,旅客5,旅客6