2022年实时数据库及其在工业综合自动化中的应用（教学课件）.ppt

7 7 工业自动化中常用的工业自动化中常用的数据库技术数据库技术内容回忆内容回忆数据库根本概念数据库根本概念电子商务电子商务企业信息自动化企业信息自动化数据仓库数据仓库实时数据库实时数据库工厂生产过程控制工厂生产过程控制电力或数据网络管理电力或数据网络管理证券交易等证券交易等本课程主要讨论的现代数据库技术本课程主要讨论的现代数据库技术分布式数据库分布式数据库电子商务电子商务企业信息自动化企业信息自动化数据仓库数据仓库实时数据库实时数据库工厂生产过程控制工厂生产过程控制电力或数据网络管理电力或数据网络管理证券交易等证券交易等现代数据库应用要求现代数据库应用要求 数据库应用正在并将继续从传统领域不断地数据库应用正在并将继续从传统领域不断地迅速向新的现代领域扩展：迅速向新的现代领域扩展：CAD/CAM/CIMS或工厂自动化、过程控制等或工厂自动化、过程控制等工程应用；工程应用；数据通信、电力调度、数据通信、电力调度、 交换等网络管理；交换等网络管理；电子银行事务、证券股票交易、电子商务；电子银行事务、证券股票交易、电子商务；雷达跟踪、空中交通管制、武器制导、指挥系雷达跟踪、空中交通管制、武器制导、指挥系统；统；图像处理与模式识别、实时仿真等。

图像处理与模式识别、实时仿真等现代应用的对数据库的要求现代应用的对数据库的要求 强有力的数据建模能力强有力的数据建模能力新的查询设施新的查询设施支持元数据处理支持元数据处理强有力的数据存储与共享能力强有力的数据存储与共享能力高级的现代事务管理高级的现代事务管理先进的图形设施先进的图形设施“识时的系统执行识时的系统执行触发器或主动能力触发器或主动能力现代数据库研究现代数据库研究 现代数据库就是支持现代应用、满足上述现代应用要现代数据库就是支持现代应用、满足上述现代应用要求的数据库，它是一个范畴，不是一类数据库，更不求的数据库，它是一个范畴，不是一类数据库，更不是一种数据库像是一种数据库像Oracle，SQL Server知识表示：语义模型、过程模型、事件模型、时态模型知识表示：语义模型、过程模型、事件模型、时态模型体系结构：面向对象、时态、实时、主动体系结构：面向对象、时态、实时、主动事务模型：系统、结构、语义事务模型：系统、结构、语义执行模型：执行模型：资源模型资源模型现代数据库的研究领域现代数据库的研究领域 现代数据库就是支持现代应用、满足其除传统现代数据库就是支持现代应用、满足其除传统应用要求以外还有特殊要求的数据库。

应用要求以外还有特殊要求的数据库整体系统方面：面向对象数据库、时态数据库、整体系统方面：面向对象数据库、时态数据库、实时数据库、主动数据库实时数据库、主动数据库体系结构方面：内存数据库、分布式数据库、体系结构方面：内存数据库、分布式数据库、并行数据库、数据仓库并行数据库、数据仓库应用方面：工程数据库、科学与统计数据库、应用方面：工程数据库、科学与统计数据库、超文档数据库、演绎数据库等超文档数据库、演绎数据库等 分布式数据库技术分布式数据库技术分布式数据库自分布式数据库自2020世纪世纪8080年代以来一直是数据库年代以来一直是数据库与信息系统中的一个重要而热门领域，是数据库与信息系统中的一个重要而热门领域，是数据库和网络技术相互渗透有机结合的结果克服了集和网络技术相互渗透有机结合的结果克服了集中式数据库的许多缺点，适合于一般企业的分散中式数据库的许多缺点，适合于一般企业的分散型结构一个分布式数据库由一系列的场地组成，通过某一个分布式数据库由一系列的场地组成，通过某种通信网络连接在一起种通信网络连接在一起每个场地自身有一个完全的数据库系统每个场地自身有一个完全的数据库系统所有场地都可以协同工作所有场地都可以协同工作分布式数据库系统的特点分布式数据库系统的特点u从从“集中计算到集中计算到“分布计算分布计算u“分布计算的概念分布计算的概念u处理分布处理分布u数据是集中的，处理是分布的。

网络上的结点用户从同一个数据是集中的，处理是分布的网络上的结点用户从同一个DB中存取数据，然后在各自的结点上作应用处理中存取数据，然后在各自的结点上作应用处理u数据分布数据分布u数据是分布的，物理上分布在不同的结点，逻辑上是一个整数据是分布的，物理上分布在不同的结点，逻辑上是一个整体每个结点可以存取其他结点上的数据每个结点可以存取其他结点上的数据u功能分布功能分布uC/S模式效劳器完成事务处理和数据访问控制，客户机专门模式效劳器完成事务处理和数据访问控制，客户机专门处理用户的应用程序处理用户的应用程序客户客户/效劳器模式数据库技术效劳器模式数据库技术客户/效劳器模式的结构数据库服务器客户机群网络通信系统给出数据查询请求接收数据查询请求，执行查询计算给出数据查询结果接收数据查询结果客户/效劳器模式数据库技术逻辑结构数据库数据库1数据库数据库2数据库数据库3数据库数据库N数据库数据库1接口接口数据库数据库2接口接口数据库数据库3接口接口数据库数据库N接口接口公共接公共接口口API网络通信接口网络通信接口应用程序应用程序2应用程序应用程序1应用程序应用程序3应用程序应用程序N例如ODBCJDBC等客户/效劳器模式数据库技术扩充的客户/效劳器模式数据库技术数据库服务器应用服务器各种应用的组件库用户认证系统网络通信网络通信各种应用界面1 1通过界面给出用户标识经过认证，对合法用户给出用户应用程序所需的各个组件2 23 3给出数据查询请求结果数据6 64 4处理过的查询请求查询结果5 5客户/效劳器模式数据库技术B/S结构的数据库技术数据库服务器应用服务器各种应用的组件库用户认证系统各种应用界面www服务器该结构的设计思路是客户/效劳器结构的扩展。

在用户和应用效劳器之间参加WWW效劳器，以HTML形式将数据展现给用户信息的分散+计算机网络技术的开展 分布式数据库指的是由一组数据组成，这些数据物理上分散在计算机网络的不同地点上，逻辑上是属于同一个系统网络中的每个结点具有独立处理能力，可以执行局部应用同时，每个结点也能通过网络通信子系统执行全局应用分布式数据库技术结构分布式数据库技术结构数据库数据库数据库服务器群客户机群给出数据查询请求接收数据查询请求，执行查询计算给出数据查询结果接收数据查询结果给出数据查询请求接收最后的查询结果将查询请求分成到不同效劳器上的子查询请求接收数据子查询请求，执行子查询计算接收数据子查询请求，执行子查询计算将所有的子查询结果汇集后，得到最后的结果集数据库数据库数据库客户机群服务器群子查询结果分布式数据库技术重点 1、数据分片：实现将整体的数据库分成多个不相交的片段，分别存放在不同的数据库效劳器中 2、全局到局部的映射：用户给出的是一个查询语句，但需要分成多个不同的子查询语句，并能分别在不同的片段上执行 3、查询优化：查询的代价是 I/O代价+CPU代价+通信代价要考虑在网络中传输数据的大小 4、分布式事务处理：为了保证数据库的完整性和平安性，提供2PC协议实现分布式数据库应用技术数据库1数据库2数据库N网 络复制数据库网 络分布式数据库系统的特点分布式数据库系统的特点u什么是分布式数据库系统什么是分布式数据库系统DDBMSu分布式数据库系统是地理上分布在网络的不同结点而分布式数据库系统是地理上分布在网络的不同结点而逻辑上属于同一个系统的数据库系统。

逻辑上属于同一个系统的数据库系统局部应用，全局应用局部应用，全局应用 分布式数据库系统的特点分布式数据库系统的特点 1. 1. 数据是分布的数据是分布的 2. 2. 数据是逻辑相关的数据是逻辑相关的 3. 3. 结点自治性结点自治性计算机计算机计算机通信网络数据库数据库数据库u分布式数据库系统与集中式数据库系统的比较分布式数据库系统与集中式数据库系统的比较u集中控制与局部自治集中控制与局部自治u数据独立性：逻辑独立性、物理独立性、分布数据独立性：逻辑独立性、物理独立性、分布透明性透明性u数据冗余数据冗余u数据的一致性、可串行性、可恢复性数据的一致性、可串行性、可恢复性分布式数据库系统的特性分布式数据库系统的特性 1 1自治性好；自治性好； 不同部门的数据可按需定制、局部控制不同部门的数据可按需定制、局部控制 2 2效率高，可用性好；效率高，可用性好； 就近存放、多副本增加可用性就近存放、多副本增加可用性 3 3提高资源利用率；提高资源利用率； 可以将已有数据库联合成可以将已有数据库联合成DDBDDB 4 4结构灵活，易于扩充结构灵活，易于扩充 新应用增加新结点，勿扩充原新应用增加新结点，勿扩充原系统系统分布式数据库系统的特点分布式数据库系统的特点 同构数据模型相同系统、异构系统同构数据模型相同系统、异构系统 LDBMSGDBMS GDD CMu分布式数据库管理系统的组分布式数据库管理系统的组成成 1 1局部数据库管理系统局部数据库管理系统(LDBMS)(LDBMS) 2 2全局数据库管理系统全局数据库管理系统(GDBMS) (GDBMS) 3 3全局数据字典全局数据字典GDD GDD 4 4网络通信管理网络通信管理CM CM 分布式数据库系统的特点分布式数据库系统的特点分布式数据库技术分布式数据库技术分布式数据库系统是数据库技术和网络技术两者分布式数据库系统是数据库技术和网络技术两者相互渗透和有机结合的结果。

相互渗透和有机结合的结果概念概念：分布式数据库由一组数据组成，这些数据：分布式数据库由一组数据组成，这些数据物理上分布在计算机网络的不同结点上，逻辑上物理上分布在计算机网络的不同结点上，逻辑上属于同一个系统属于同一个系统特点特点：分布性、逻辑整体性分布性、逻辑整体性分布式数据库技术分布式数据库技术所谓的所谓的“分布分布式数据式数据库实库实际上是际上是一种虚一种虚拟的数拟的数据库，据库，它的各它的各个组成个组成局部物局部物理地存理地存储在许储在许多不同多不同场地上场地上的不同的不同数据库数据库中为什么要实施分布式数据库为什么要实施分布式数据库企业自身经常就是分布是的，一个企业在逻辑上企业自身经常就是分布是的，一个企业在逻辑上和地理上被分为公司、部门、工作组等等和地理上被分为公司、部门、工作组等等每个部门都会有自己的数据这样，企业的整个每个部门都会有自己的数据这样，企业的整个信息资源就被分裂成信息孤岛信息资源就被分裂成信息孤岛分布式数据库系统正是为把这些孤岛联系在一起分布式数据库系统正是为把这些孤岛联系在一起的桥梁使数据库的结构能够反映企业的结构使数据库的结构能够反映企业的结构实时数据库技术实时数据库技术现实世界中，有许多应用包含了对数据的现实世界中，有许多应用包含了对数据的“定时定时存取和对存取和对“短暂有效数据的存取。

这些应用短暂有效数据的存取这些应用一方面需要维护大量共享数据和控制知识；另一一方面需要维护大量共享数据和控制知识；另一方面其应用活动有很强的时间行们要求在一定的方面其应用活动有很强的时间行们要求在一定的时刻和一定的时间期限内从外部采集数据，按比时刻和一定的时间期限内从外部采集数据，按比例之间的联系存取已获得的数据和处理采集的数例之间的联系存取已获得的数据和处理采集的数据，再及时作出响应据，再及时作出响应同时需要数据库技术和实时数据处理技术同时需要数据库技术和实时数据处理技术实时数据库技术实时数据库技术实时数据库系统就是其事务和数据都可以具有定实时数据库系统就是其事务和数据都可以具有定时特性或显式的定时限制的数据库系统时特性或显式的定时限制的数据库系统数据库研究工作的动机在于利用数据库技术的特数据库研究工作的动机在于利用数据库技术的特点或优点来解决实时系统中的数据管理问题；实点或优点来解决实时系统中的数据管理问题；实时系统研究工作那么为给实时数据库系统提供时时系统研究工作那么为给实时数据库系统提供时间驱动调度和资源分配算法间驱动调度和资源分配算法实时应用要求实时应用要求结构复杂性结构复杂性可方案性可方。