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分布式数据库系统的结构22 2.1分布式数据库系统的组成22 2.1.1分布式数据库系统与用户有关的组成部分22 2.1.2分布式数据库系统与数据有关的组成部分23 2.1.3分布式数据库系统与网络有关的组成部分23 〖3〗分布式数据库原理与应用（微课版）目录〖3〗2.2分布式数据库系统的分类26 2.2.1按数据管理模型分类26 2.2.2按系统全局控制类型分类26 2.3分布式数据库的物理结构和逻辑结构27 2.3.1分布式数据库系统的物理结构27 2.3.2分布式数据库系统的逻辑结构28 2.4分布式数据库的体系结构28 2.4.1数据库系统的几种体系结构28 2.4.2分布式数据库的体系结构概述30 2.5分布式数据库系统的模式结构32 2.6分布式数据库系统的组件结构及功能36 2.6.1应用处理器的功能36 2.6.2数据处理器的功能37 2.6.3分布式数据库系统的组件结构37 2.6.4数据字典37 2.7多数据库系统与对等型数据库系统40 2.7.1多数据库系统40 2.7.2对等型数据库系统41 2.8Oracle数据库系统的体系结构43 习题247 第3章 分布式数据库设计48 3.1关系数据库管理系统的关系运算48 3.1.1传统的集合运算49 3.1.2专门的关系运算51 3.2设计方法与分布设计的目标54 3.2.1TopDown设计过程54 3.2.2BottomUp设计过程55 3.2.3数据库分布设计的目标55 3.3分片的定义及分类56 3.3.1分片的定义和作用56 3.3.2分片设计过程57 3.3.3分片原则57 3.3.4分片的类型58 3.3.5分布式数据库数据分布透明性58 3.4水平分片59 3.4.1水平分片的概念59 3.4.2水平分片的操作62 3.4.3水平分片的原理62 3.5导出水平分片65 3.5.1导出水平分片的概念65 3.5.2导出水平分片的操作66 3.5.3导出水平分片的作用67 3.6垂直分片68 3.6.1垂直分片的概念68 3.6.2垂直分片的操作70 3.6.3垂直分片的设计方法70 3.7混合分片71 3.7.1混合分片的概念71 3.7.2混合分片的规范化设计72 3.8分片的表示方法73 3.8.1图形表示法73 3.8.2分片树表示方法73 3.9分布式数据库数据分配设计类型74 3.9.1分配设计的概念74 3.9.2数据分配的准则74 3.9.3分配类型75 3.10分配设计算法77 3.10.1数据分配方法优劣的度量77 3.10.2非冗余分配算法78 3.10.3冗余分配算法78 3.10.4与数据分配问题相关的统计信息80 3.11分布式数据库设计案例82 习题384 第4章 分布式数据库查询优化86 4.1分布式数据库查询优化概述86 4.1.1分布式查询优化的必要性86 4.1.2分布式查询优化的目标88 4.2查询优化的基本概念89 4.2.1关系代数等价变化规则89 4.2.2查询树92 4.2.3数据库参数93 4.2.4关系运算的特征参数93 4.3分布式查询处理过程与优化层次96 4.3.1分布式查询处理过程96 4.3.2分布式查询优化过程97 4.3.3查询优化层次模式100 4.4查询分解101 4.4.1查询规范化101 4.4.2查询分析与查询约简102 4.4.3查询重写104 4.5公共子表达式的确定105 4.6全局查询到片段查询的转换107 4.7综合应用案例分析109 习题4110 第5章 分布式查询策略的优化112 5.1查询处理策略选择涉及的问题112 5.2基于半连接算法的查询优化113 5.2.1半连接操作的定义113 5.2.2半连接操作过程和代价估算114 5.2.3基于半连接算法的查询优化案例115 5.3基于直接连接的查询优化算法115 5.3.1直接连接操作的策略116 5.3.2嵌套循环连接算法116 5.3.3基于排序的连接算法119 5.3.4站点依赖算法121 5.3.5分片和复制算法123 5.3.6Hash划分算法123 5.4SDD1算法124 5.4.1SDD1算法的基本概念124 5.4.2SDD1算法概述124 5.4.3SDD1算法案例125 5.5R中的查询优化算法132 5.5.1System R算法132 5.5.2System R算法133 习题5134 第6章 分布式数据复制135 6.1数据复制的概念135 6.1.1数据复制135 6.1.2基本概念136 6.2数据复制的分类137 6.3数据复制的参考模型140 6.4数据库复制原理141 6.5数据复制的体系结构143 6.5.1变化捕获144 6.5.2分发146 6.5.3同步147 6.5.4冲突的检测与解决147 6.6Oracle的复制技术148 6.6.1Oracle的高级复制技术148 6.6.2Oracle的流复制技术149 6.7Sybase的复制技术150 6.8IBM数据库复制技术152 6.9SQL Server复制技术152 6.9.1复制类型152 6.9.2复制代理154 6.10MySQL复制技术154 习题6155 第7章 分布式事务管理156 7.1事务的概念与特性156 7.1.1数据库事务的概念156 7.1.2事务的基本特性157 7.1.3事务与数据库的一致性状态159 7.2事务的类型160 7.3分布式数据库事务161 7.3.1分布式数据库事务的概念161 7.3.2分布式数据库事务的特点161 7.3.3分布式事务的生命期162 7.3.4分布式事务管理的目标163 7.4局部事务管理器与分布式事务管理器163 7.5分布式事务执行控制模型165 7.5.1主从控制模型165 7.5.2三角控制模型165 7.5.3层次控制模型166 7.6分布式事务的两阶段提交协议(2PC协议)167 7.6.1协议参与者167 7.6.2两阶段提交协议算法168 7.6.3两阶段提交协议的优缺点170 7.6.4两阶段提交协议的实现方法171 7.7三阶段提交协议(3PC协议)174 7.7.1三阶段提交协议算法174 7.7.2三阶段提交协议的特点177 7.7.3两阶段提交协议和三阶段提交协议的比较178 习题7179 第8章 分布式恢复管理180 8.1分布式恢复概述180 8.2数据库日志文件181 8.2.1日志文件181 8.2.2检查点183 8.3数据库故障类型184 8.3.1局部事务内部故障184 8.3.2站点故障185 8.3.3存储介质故障185 8.3.4网络故障186 8.4故障恢复策略187 8.4.1常用的恢复策略187 8.4.2数据库故障恢复模型188 8.5集中式数据库恢复协议189 8.5.1数据库的更新问题189 8.5.2集中式数据库恢复协议概述191 8.6两阶段提交协议(2PC协议)故障恢复196 8.6.1两阶段提交协议的终结协议196 8.6.2两阶段提交协议的故障重启动协议199 8.6.3两阶段提交协议场地故障恢复200 8.6.4通信故障恢复201 8.7三阶段提交协议(3PC协议)故障恢复202 8.7.1三阶段提交协议的终结协议202 8.7.2三阶段提交协议场地故障恢复204 8.7.3三阶段提交协议通信故障恢复206 8.8分布式可靠性协议207 习题8208 第9章 分布式并发控制技术209 9.1并发控制的基本概念209 9.1.1事务的并发执行209 9.1.2并发事务的冲突210 9.2调度表与可串行化问题214 9.2.1调度表214 9.2.2集中式数据库事务调度可串行化问题215 9.2.3分布式事务调度可串行化问题216 9.3基于锁技术的并发控制217 9.3.1锁的类型与锁粒度217 9.3.2两阶段封锁协议(2PL协议)219 9.3.3基于锁的并发控制方法的实现220 9.4基于时间戳的并发控制算法221 9.4.1时间戳模型222 9.4.2基本时间戳方法223 9.4.3保守时间戳方法224 9.5乐观并发控制方法227 9.6分布式死锁及处理227 9.6.1超时法解决死锁228 9.6.2死锁等待图228 9.6.3集中式死锁检测229 9.6.4层次死锁检测230 9.6.5分布式死锁检测231 9.6.6分布式死锁的预防232 习题9232 第10章 P2P数据管理系统234 10.1P2P系统概述234 10.2P2P系统的拓扑结构235 10.3P2P数据管理系统238 10.4P2P数据管理系统的体系结构239 10.5P2P数据管理系统查询处理240 习题10243 参考文献244 內容試閱： 自20世纪70年代中期开始，随着计算机网络技术的迅速发展以及地理位置分散的公司、团体和各种组织对数据库的广泛需求，分布式数据库系统在集中式数据库系统的基础上产生并逐渐发展起来。20世纪90年代以后，分布式数据库逐渐进入商用化阶段，传统的关系数据库向分布式数据库逐渐过渡，越来越多的企事业单位选择采用分布式数据库。随着分布式数据库应用的广泛普及，行业的人才需求越来越多，各高等院校计算机及相关专业普遍开设分布式数据库课程，专业教学及行业培训迫切需要理论知识与实际应用相结合的高质量教材。 通过项目及企业合作，作者具备多年分布式数据库管理研究及开发经验，同时担任中国矿业大学（北京）国家级一流专业计算机科学与技术本科生的分布式数据库教学工作，本书正是基于以上工作基础及经验撰写而成。 本书重点介绍经典的分布式数据库系统的基本理论和关键技术，全书共分为10章，内容包括分布式数据库概述、分布式数据库系统的结构、分布式数据库设计、分布式数据库查询优化、分布式查询策略的优化、分布式数据复制、分布式事务管理、分布式恢复管理、分布式并发控制技术和P2P数据管理系统。 第1章首先介绍了数据库的基本知识；然后介绍了分布式数据库的概念及其性能，在此基础上，阐述了分布式数据库系统的优缺点和分布式数据库系统的主要技术；最后介绍了几款典型的分布式数据库系统。 第2章首先介绍了分布式系统的组成部分和基本类型；然后介绍了物理结构和逻辑结构、体系结构、模式结构，简单介绍了多数据库系统与对等型数据库系统；最后阐述了Oracle数据库系统的架构。 第3章首先对关系代数做了简要介绍；然后讲解了按照自上而下的设计策略进行的数据分布设计，主要包括分片的定义和作用、水平分片和垂直分片、分片的设计原理以及分片的表示方法和分配设计模型，并介绍了设计案例。 第4章首先介绍了分布式数据库的查询优化相关理论、分布式查询处理流程以及传统查询优化和分布式查询优化研究的内容；然后介绍了查询分解、从全局查询到片段的转化以及全局优化。第5章主要介绍基于半连接算法的查询优化、基于直接连接的查询优化算法、R中的查询优化算法和SSD1算法。 第6章主要介绍数据复制的概念、分类、参考模型、原理、体系结构及Oracle的复制技术、Sybase的复制技术、IBM数据库复制技术、MySQL复制技术。 第7章主要介绍分布式事务的概念、特性，以及事务管理的控制模型及两阶段提交协议和三阶段提交协议。 第8章首先介绍了恢复管理机制的基础知识，包括恢复的基本概念、故障类型、恢复模型、数据库日志等；其次为更好地理解分布式数据库管理系统中的恢复协议奠定基础，简述了集中式数据库管理系统的恢复算法；最后讨论了分布式数据库系统的故障恢复。 第9章首先介绍了分布式并发控制的概念；然后详细讨论了基于锁的分布式控制技术和基于时间戳的分布式控制技术。 第10章主要介绍P2P系统的拓扑结构、资源定位方式、数据管理系统及其体系结构和P2P系统的查询处理方式。 本书由中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院计算机系张潇、高文超、李策、闫琰撰写。其中，张潇编写了第1～3章和第6～9章，李策编写了第4章，高文超编写了第5章，闫琰编写了第10章。张潇统阅了全书。 在撰写本书的过程中，努力使本书覆盖已有分布式数据库系统的经典理论和技术，尽力跟踪该学科的新发展和新技术，力求使本书具有实用性的同时保持先进性，并突出本书特色。但由于作者学识有限，本书难免有不足之处，敬请专家和学者批评指正。 编者2022年5月

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