教材及参考书 (1)

教材 郑振楣，于戈，郭敏，分布式数据库，科学

出版社， 1998 徐洁磐，面向对象数据库系统及其应用，科

学出版社， 2003.11

教材及参考书 (2) 参考书

应选用介绍标准分布式数据库和面向对象数据库的书籍，同时包括介绍对象关系数据库软件及应用开发的书籍

萨师煊，王珊：数据库系统概论 ( 第三版 ) ， 高等教育出版社， 2000 年，中国人民大学

汤庸，叶小平：数据库理论及应用基础， 清华大学出版社， 2000 年 2 月

内容安排 (1)

理论篇 分布式数据库 面向对象数据库

实践篇设计一个综合的教学数据库

具体安排（教学日历）

内容安排 (2) 分布式数据库

第一章 分布式数据库概述 1.1 分布式数据库系统定义 1.2 分布式数据库系统的特点 1.3 分布式数据库系统环境 1.4 分布式数据库系统的分类及问题 1.5 分布式数据库系统的研究现状及应用

第二章 分布式数据库系统体系结构 2.1 分布式数据库模式结构及分布式数据库 2.2 分布式数据库管理系统 2.3 分布式数据库系统结构 2.4 客户 / 服务器体系结构

内容安排 (3) 分布式数据库

第三章 数据分布 3.1 数据分布概念 3.2 数据划分原则及分片方法 3.3 数据分配的原则和方法 3.4 数据分布结构模式定义 3.5 分布式数据库的分布透明 3.6 分布式数据的引用完整性

第四章 分布式查询处理 4.1 分布式查询的特点 4.2 全局查询转换基础知识 4.3 全局查询到逻辑查询的转换 4.4 逻辑查询到物理查询的转换

内容安排 (4) 分布式数据库

第五章 分布事务管理 5.1 分布式事务模式 5.2 分布式事务的原子性 5.3 分布式事务可串行化理论

第六章 分布式并发控制 6.1 分布式并发控制概念 6.2 分布式两段锁协议 6.3 分布式死锁处理 6.4 多副本的并发控制

第七章 分布式恢复 7.1 故障模型 7.2 分布式事务的两段提交协议（ 2PC ） 7.3 恢复策略 7.4 多副本恢复

内容安排 (5)

面向对象数据库第八章 面向对象数据模型、 OODBMS

8.1 面向对象方法在数据模型中的语义解释 8.2 面向对象数据模型及实例分析 8.3 面向对象数据库管理系统的基本条件 8.4 面向对象数据库管理系统的基本功能 8.5 类管理与对象管理

第九章 对象关系数据库系统 9.1 对象关系数据库系统的特点 9.2 对象关系数据库系统的结构及实现 9.3 面向对象数据库系统与对象关系数据库系统的比较

内容安排 (6)

实践篇设计一个综合的教学数据库 新型数据库的实现技术

Oracal 数据库的分布式特点Oracal 数据库的面向对象特点Oracal 数据库基本操作Oracal 相关开发工具

内容1. 数据库系统的发展回顾2. 新一代数据库技术3. 分布式数据库4. 面向对象数据库

1. 数据库的发展历程及现状 1.1 数据库产生的原因 ( 为什么使用 DB?) 1.2 数据库的基本概念 ( 什么是 DB?) 1.3 数据库系统的结构体系、特点和意义 1.4 数据库的简要发展历程 1.5 面临的问题及挑战 1.6 解决方案—数据库新技术

1.1 数据库产生的原因 (Why) 计算机技术的发展

最开始用来”科学计算” 数据处理逐渐成为最大的一类应用

数据管理技术的发展 数据管理（分类、组织、编码、存储、检索、

维护） 人工管理阶段（ 50 年代中期以前） 文件系统阶段（ 50 年代后期－ 60 年代中期） 数据系统阶段（ 60 年代中期－现在）

文件系统阶段的缺点 数据的冗余大，仅能提供以文件为单位的共

享 数据独立性差 对数据的表示和处理能力差，文件的结构和

操作比较单一

1.2 数据库系统的基本概念（ 1 ） 数据

表现多样性、复杂结构、持久性、共享性、海量

数据库 具有统一结构形式并存放于统一存储介质内，

有多种应用数据集成，可被应用共享的数据的集合－－集成、共享

数据库管理系统 DBMS 数据组织、数据操纵、数据维护、数据服务 数据的完整性、安全性、一致性

1.2 数据库系统的基本概念（ 2 ） 数据库管理员

对数据库的规划、设计、维护、监视 改进系统性能，提高系统效率

数据库系统 DBS 数据、 DBMS,DBA, 硬件平台、软件平台

数据库应用系统 DBMS DBS ＋应用软件＋用户界面

1.3 数据库系统的结构体系、 特点和意义

内部结构体系 三级模式 二级映射 三种数据模型 数据模型的四个世界

基本特点 数据的集成性 数据的高共享性与低冗余性 数据独立性 数据的统一管理与控制

应用数据库意义 解决了数据的集成存储，提供了一致的数据共享，为

海量数据的管理应用提供可靠高效的手段

三级模式二种映射关系图

应用 应用 应用

外模式外模式（用户数据库）（用户数据库）

外模式外模式（用户数据库）（用户数据库）

外模式外模式（用户数据库）（用户数据库）

概念模式概念模式（概念数据库）（概念数据库）

内模式内模式（物理数据库）（物理数据库）

概念模式－内模式映射

外模式－概念模式映射

数据模型的基本概念 数据模型

是数据特征的抽象，它描述数据结构、数据操作和数据约束

概念模型 (Conceptual data model)是与具体 DBMS 和计算机平台无关的，面向客观世界、面向

用户的模型。着重于对客观世界复杂事物的结构描述及它们间的内在联系的刻画。

E-R 模型、扩展 E-R 模型、面向对象模型、谓词模型 逻辑模型

面向数据库系统的模型，着重于在数据库系统一级的实现层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型、谓词模型

物理模型面向计算机物理表示的模型，给出了数据模型在计算机上物理

结构的表示

数据模型的四个世界

概念世界概念世界

现实世界现实世界

信息世界信息世界

计算机世界计算机世界

概念模型概念模型

逻辑模型逻辑模型

物理模型物理模型

1.4 数据库的简要发展历程 1. 文件系统（ 20 世纪 50 年代末）

提供简单的数据共享，是雏形 2. 层次数据库和网状数据库（ 60 年代末）

支持数据的统一管理和共享，是真正的数据库系统

脱胎于文件系统，数据模式构造繁琐 3. 关系数据库

始于 70 年代， 80 年代后主流 结构简单、使用方便、逻辑性强、物理依赖少 适合于事务处理领域

1.5 关系数据库面临的问题 面向事务处理领域，不具备非事务处理型应用

（工程领域、多媒体、人工智能、地理信息系统）所需的数据管理功能

RDBS 的局限性1. 面向机器的语法数据类型

数据需高度结构化，无法表达结构复杂、相互联系语义也十分复杂的对象（声音、工程、测绘）

缺乏数据抽象，无法揭示数据之间的深层含义和内在联系2. 数据类型简单、固定 ( 数字、字符串、日期、货币

等 )3. 结构与行为完全分离4. 被动响应

只能完成用户要求的事情，没有智能性和主动性5. 存储、管理的对象有限

只能存储数据，反映的是客观世界中静态、被动的事实

如何应对如何应对这些问题与挑战？

这些问题与挑战？数据库新技术

1.6 解决方案— 2. 数据库新技术

并行处理

人工智能

多媒 体

模糊技术

分布处理

其它计算机技术

数据模型

应用领域

关系模型

复杂数据模型

函数数据模型

语义数据模型

OO 数据模型

CAD

GIS

计划统计科学实验

商业管理

分布数据库

并行数据库 主动数据库

数据模型方向的扩充1. 复杂数据类型（结构扩充、语义扩充）对传统关系模型 (1NF) 进行扩充 , 以表达比较复杂的数据类型 ,增强结构建模能力；

2. 提出全新的数据构造器和数据处理原语以表达复杂的结构和丰富的语义，如：

函数数据类型； 语义数据类型；

3. OO 数据模型 吸收面向对象程序设计方法的核心概念和基本思想

其它计算机技术 分布式数据库（分布处理技术） 并行数据库（并行处理技术） 演绎数据库、知识库和主动数据库（ AI ） 多媒体数据库（多媒体处理技术） 模糊数据库（模糊技术）

面向应用领域的数据库新技术 工程数据库

复杂多样的工程数据的存储和管理；复杂对象（图形）的表示和处理；变长结构数据实体；模式的动态修改和扩展；版本管理；长事务和嵌套事务处理

统计数据库空间数据库（地图制图、遥感图像处理）

2. 新一代数据库技术小结 推进动力－应用需求和硬件平台的发展 问题：不同领域的应用需研制不同的 DBMS吗？

能否找出类似第一、第二代数据库的通用的适合各种应用需求的 DBMS?这就是第三代数据库系统—面向对象数据模型要解决的问题

现状：尽管数据库新技术和新一代 DBMS 的研究和发展十分迅速， OODB将成为第三代数据库的代表，但 OODB 与 RDB 的关系不同于 70年代初 RDB 与网状、层次的关系（同一商业应用领域到底用谁—替代）， OODB 和 RDB 是共存互补

RDB 的发展方向：1. 在 RDBMS 产品中实现新技术2. 扩展 RDBMS 以进化到第三代 DBMS

3. 分布式数据库（ DDB ） 3.1 DDB 的由来及发展 3.2 DDBS 的基本定义和特点 3.3 DDBS环境的组成与功能 3.4 DDBS 的分类 3.5 DDB 设计问题 3.6 DDBS 的一些关键技术问题 3.7 DDBS 的研究现状及应用

3.1 DDB 的由来及发展

发展的基础发展的基础数据库技术数据库技术

计算机网络技术计算机网络技术

发展的动力发展的动力 地域分散大机构的应用管理需求地域分散大机构的应用管理需求

发展的历史发展的历史 起于起于 7070 年代末，年代末， 8080 年代初，年代初， 2020 多年多年

3.2 DDBS 的基本定义和特点 DDB: 是一组逻辑上属同一系统但物理上分布在计算机网络的不同结点的结构化数据集合

DDBMS ：建立、管理和维护 DDB 的系统软件，主要任务： 提供数据分布的透明性 数据分割、分布和冗余设计 提供分布式查询处理，进行查询分解和优化处理 分布式事务管理、并发控制和分布式事务恢复 提供分布式接口

特点（优点） 共享性与自治性 冗余的可控性 事务管理的分布性 存取效率、数据独立性

DDB 的优点 从用户角度

1. 可靠性2. 自治性3. 模块化与系统可扩展性4. 费用低5. 效率及可用性6. 灵活性

从系统结构角度1. 分布透明性与冗余透明性2. 数据的分割与分布3. 数据的冗余存储4. 系统的分层结构5. 优化处理6. 并行性

3.3 DDBS环境的组成与功能 DDBS 的系统环境是分布式环境，主要

组成是节点／场地和通讯设施，以及支持节点／场地通讯的网络通讯软件。1. 节点 (node)/场地 (site)

节点：具有主动能力的单一计算机 场地：多台计算机组成的节点

2. 通讯设施3. 网络通讯协议

DDB 组成及功能图 用 户

转换模块

分布执行模块

局部 DBMS1 局部 DBMS2 局部 DBMS3

全局请求 总答案

系统字典

以局部功能表示全局请求

部分答案

部分答案

子请求

3.4 DDBS 的分类按 DDBMS 软件同构度来分

同构型数据库（由构造相同的 LDB 组成）异构型数据库（数据模型等不同）

按局部自治度分无局部自治 部分局部自治 高度自治

按分布透明度分 高度分布透明（分段、分布、重复等全透明） 部分透明没有透明

3.5 DDB 设计问题核心问题：确定数据在计算机网络中的分配，包括数据的分布、分割和冗余设计

数据分片（根据需要） 水平分片（按某条件分，选择，并） 垂直分片（按部分属性分，投影，连接） 混和分片

数据分配（将分片分配到具体的场地） 无冗余分配 重复分配

重复分配技术

3.6 DDB 的一些关键技术问题 全局模式的集成（异质数据库）透明性支持问题（数据分割、分布与冗余） 分布式查询处理（传输代价）更新处理问题 分布式事务管理 分布式并发控制 分布式恢复（可靠性） 数据字典管理

3.7 DDBS 的研究现状及应用起步早，但实用化、商品化慢 发展历程

SDD-1 70 年代中期 美国 R* （ IBM ）， INGRES （ Berkeley ）， POREL

（斯图加特）， SIRIVS-DELTA （法国 INRIA ） MULTIBASE DDTS

我国的研究历程 武汉大学 WDDBS 中科院等 C-POREL 人大 DOS／ SELS 东北大学 DMU/FO 南京大学 LSZ （异构）

4. 面向对象数据库 1. 面向对象数据库的出现及分类2. 面向对象技术及数据库的面向对象模型3. 面向对象的数据库管理系统4. 对象关系数据库系统5. 面向对象数据子语言6. 面向对象数据库产品介绍

4.1 面向对象数据库出现及分类 多种形式数据库系统阶段

1. 关系数据库系统扩充2. 多种专用数据库3. 面向对象数据库阶段

评价 局部、零碎与本质 对新数据模型的要求

对象关系数据库系统阶段

4.2 面向对象技术及数据库的面向对象模型

面向对象技术 OOT 基本思想 基本概念

Object, Arrtribute, Behaver, object identifier, encapsulation, message, inheritance

面向对象模型 定义 特点及应用领域 实例

两种模型的对照表内容 关系数据模型 面向对象数据模型

基本数据结构 二维表 类数据标识符 关键字 OID

静态性质 属性 属性动态行为 无 方法

抽象数据类型 无 有封闭性 无 有

数据间关系 联系 继承、组合、消息模式演化能力 弱 强

4.3 面向对象的数据库管理系统 形成及发展

面向对象数据库宣言 1989.12 日本京都 OODBMS 的基本功能

类管理类层次结构定义，模式演化

对象管理 查询 对象控制

4.4 对象关系数据库系统 产生 特点 结构 ORDBS 与 OODBS 的比较 ORDBS OODBS

1. DBMS 的基本功能 √ √2. 构造复杂模型能力 √ (×) √3. 模式演化能力 × √4. 数据与方法封装能力 × √5. 使用方便性 √ ×6. 用户群体 √ ×

4.5 面向对象数据子语言 SQL3 ---- SQL99

1993 年美国国家标准 1999 年 ISO 国际标准

OQL/ODL 对象数据管理组织 ODMG 1997 年制订的 对象数据查询语言和对象数据语言

数据库系统均采用这两种语言的一种 著名的 Object Store, O2 采用 ODL Oracle 采用 SQL-3

4.6 面向对象数据库产品介绍 发展阶段

1. 实验室原型阶段 20 世纪 80 年代中—末期2. 初期商业化产品阶段 80 年代末— 90 年代末3. 成熟产品阶段 20 世纪 90 年代中期至今

结构流派 OOP 扩充、 RDBMS 扩充、独立型 Object Store, Oracle, O2

典型产品 Object Store 最为流行，销售量第一，美国特流行 Ontos 销售量第二，美国 Oracle V8 及以后 , Postgres O2 独立型，较为流行，西欧， 法国公司 Jasmin 独立型，日本，日本公司 OMNIX V1.0 独立型，南京大学，中国石油天然气总公司

结束

欢迎各位同学提出自己的意见