第九章数据库技术新发展

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1 第十三章数据库技术新发展

2 本章内容数据库技术三个发展阶段数据库系统发展的特点 I. 数据模型 : 对象关系模型,XML 模型 II. 与相关技术的结合 : 分布式数据库, 对象关系数据库等数据管理技术的发展趋势

3 数据库技术的发展第一代格式化数据模型第二代关系数据模型第三代例如 : 面向对象数据模型

4 数据库系统发展图

5 数据库技术的发展第一代格式化数据模型层次 IBM(IMS) 网状数据库系统 (DBTG) 数据库系统的先驱缺点 : 编程繁琐可移植性差数据逻辑独立性差

6 数据库技术的发展第一代共同的特点支持三级模式的体系结构外模式模式内模式具有物理独立性以及一定的逻辑独立性用存取路径来表示数据之间的联系独立的数据定义语言模式的修改很不方便导航的数据操纵语言要什么, 怎么做嵌入高级语言

7 数据库技术的发展第二代关系数据库系统 (IBM 公司 San Jose 研究员 E.F.Codd 提出的 ) 以关系数据模型为基础关系操作 SQL 语言交互嵌入式形式非过程化数据完整性管理

8 数据库技术的发展第二代特点数据结构单一扁平的二维表用关系表达数据数据间的联系以关系代数为基础的操作数据独立性强, 物理存储和存取路径的透明性非过程化的数据库语言, 语意化描述

9 数据库技术的发展第三代新的应用领域的需求, 对关系模型提出了强有力的挑战, 推动数据库技术的研究与发展新的应用新的数据类型新的技术新的数据库系统

10 数据库技术的发展第三代新的需求非格式化 ( 非结构化 ) 数据的支持存储和处理复杂对象支持复杂数据类型对象管理大对象的存取和处理数据库语言与程序设计语言的一体化长事务和嵌套事务的支持

11 数据库技术的发展第三代传统数据库系统的局限面向机器的语法数据模型强调数据的高度结构化, 语义表示能力较差无法表示客观世界的复杂对象以及内在联系数据类型的简单固定数据结构与行为分离被动响应

12 数据库技术的发展第三代定位关系数据库系统较适于 OLTP 的应用新一代的数据库系统应该适应新的需求支持数据管理对象管理知识管理保持继承第二代数据库的技术必须是开放型的系统

13 数据库系统发展的特点 -- 数据模型的发展面向对象数据模型对象关系数据模型 : 关系数据库与对象数据库的结合

14 对象关系数据库简介复杂类型的引入域可以是原子的, 也可以是关系的关系中包含关系按照应用的需求直接描述对象违背 1NF 考察具有多值依赖的关系 flat_doc(title,author,pub-name,pub-branch, keyword)

15 对象关系数据库举例 title author title pub-name,pub-branch title keyword

16 对象关系数据库关系数据模型的做法 R1(title, author) R2(title, keyword) R3(title, pub-name,pub-branch) 属于 4NF 问题需要通过 join 才能获取信息无法直接表达属性间的关系具有大量的冗余数据

17 对象关系数据库嵌套关系以嵌套关系的形式, 更能表示元组与实体之间的关系复合属性 ( 非原子 ) author-set publisher keyword-set

18 对象关系数据库 -- 复杂类型和面向对象对 SQL 的扩展主要体现在对 SQL 在复杂数据类型的支持上集合体类型和大对象类型嵌套关系结构类型嵌套记录组合记录面向对象对象表识引用继承

19 对象关系数据库复杂类型大对象类型 clob: Character large objects book-review clob(10kb) 存贮长字符串数据 blob: binary large objects image blob(10mb) movie blob (2GB) 存贮音频, 图像数据

20 对象关系数据库自己创建的类型 UDT(User Defined Type) Structured types 可以在 SQL 中定义和使用 create type Publisher as (name varchar(20), branch varchar(20)) create type Book as (title varchar(20), author-array varchar(20) array [10], pub-date date, publisher Publisher, keyword-set setof(varchar(20)))

21 对象关系数据库复杂类型创建值 ( 赋值 ) 创建关系 books 的元组 ( Compilers, array[`smith,`jones ], Publisher(`McGraw-Hill,`New York ), set(`parsing,`analysis ))

22 对象关系数据库复杂类型创建值 ( 赋值 ) 向关系 books 中插入元组 insert into books values (`Compilers, array[`smith,`jones ], Publisher( McGraw Hill,`New York ), set(`parsing,`analysis ))

23 对象关系数据库复杂类型继承具有如下关于 person 的类型 create type Person (name varchar(20), address varchar(20)) 可以用继承的方法定义学生和教师 create type Student under Person (degree varchar(20), department varchar(20)) create type Teacher under Person (salary integer, department varchar(20))

24 对象关系数据库 -- 复杂类型的查询具有复杂类型的查询, 是对 SQL 语言的一个扩展,SQL99 支持这一扩展找出每本书的书名及出版社的名称 select title, publisher.name from books 访问结构的属性

25 对象关系数据库 -- 用复杂类型创建属性 create table books (title varchar(20), author-array varchar(20) array[10], pub-date date, publisher row (name varchar(20), branch varchar(20)), keyword-list setof(varchar(20)))

26 对象关系数据库 -- 复杂类型的查询找出某一本书的作者 ( 假定已知有三名作者 ) select author-array[1], author-array[2], authorarray[3] from books where title = `Database System Concepts

27 数据库系统发展的特点 -- 数据模型的发展 XML 数据模型 : (extended markup language) 可扩展的标记语言. XML 是 W3C 在 1998 年制定的一项标准, 用于网上数据交换. XML 特点 : 1. 基于内容的描述 2. 可扩展性 3. 自描述性 4. 数据与显示分离 5. 简洁性

28 XML 数据模型 : 两种类型的 XML 文档 Well-Formed XML : 符合一定规范的文档, 使用自己的标签 Valid XML 符合预先定义的格式 DTD, or XML schema 关系数据模型 Valid XML Well-formed XML 严格的结构较松散的结构松散结构

29 Root tag XML 数据模型例如 : Well-Formed XML <?xml version = 1.0 standalone = yes?> <BARS> <BAR><NAME>Joe s Bar</NAME> <BEER><NAME>Bud</NAME> <PRICE>2.50</PRICE></BEER> <BEER><NAME>Miller</NAME> <PRICE>3.00</PRICE></BEER> </BAR> <BAR> </BARS> Tags surrounding a BEER element A NAME subelement A BEER subelement 29

30 XML 数据模型 : 预先定义好结构的 XML 文件 DTD 放在 XML 文件前面, 定义 XML 的结构 <?xml version = 1.0 standalone = no?> <!DOCTYPE BARS [ <!ELEMENT BARS (BAR*)> <!ELEMENT BAR (NAME, BEER+)> The DTD <!ELEMENT NAME (#PCDATA)> <!ELEMENT BEER (NAME, PRICE)> <!ELEMENT PRICE (#PCDATA)> ]> <BARS> <BAR><NAME>Joe s Bar</NAME> <BEER><NAME>Bud</NAME> <PRICE>2.50</PRICE></BEER> <BEER><NAME>Miller</NAME> <PRICE>3.00</PRICE></BEER> </BAR> <BAR> </BARS> The document 30

31 数据库系统发展的特点 -- 数据模型的发展 RDF 数据模型 (w3c 提出的资源描述框架 ): 一种描述 WEB 资源的标记语言, 结构是 ( 主语, 谓词, 宾语 ) 构成的三元组主语 : 网页的 URL 谓语 : 属性 ( 网页的标题, 作者等 ) 宾语 : 具体的值或另一个对象

32 数据库技术与相关技术的结合分布处理技术结合分布式数据库系统并行技术结合并行数据库系统特定应用领域数据库仓库特定应用领域工程数据库, 统计数据库特定应用领域空间数据库

33 分布式数据库简介数据分布分布的数据是相互关联的数据由分布式数据库管理系统软件统一管理

34 分布式数据库与分布式处理分布式处理不一定要分布式数据库, 但分布式数据库必须要分布式处理分布式处理和分布式数据库都需要网络来把各个分布在不同地点的计算机连接起来

35 分布式数据库的定义分布式数据库是由一组数据组成, 这些数据分布在计算机网络的不同站点上, 逻辑上是属于同一个系统的网络的每个站点具有独立处理能力, 可以执行局部应用, 同时也能通过网络执行全局应用

36 分布式数据库系统结构分片模式 : 关系被分成几个片段分别存放在不同的站点上全局模式分片模式分布模式分布模式 : 系统维护几个同一的副本结点 1 结点 2 结点 3

37 数据分布策略数据分布的目的 : 提高访问的局部性数据分布的方式 : 划分式全重复式 : 部分重复式

38 数据分片 ( 割 ) 的原则完备性 : 不能丢失数据可重构性 : 完全等价不相交性 : 在水平分割时, 没有重复的元组

39 事务管理 : 分布式数据库系统的事务管理和并发控制事务被分成了几个子事务, 需要全部提交 : 两步提交协议和三步提交协议并发控制分布式数据库系统并发控制的特点分布式数据库系统支持多副本的特点事务的分布执行, 封锁易引起全局死锁

40 分布式数据库系统查询优化集中式数据库系统查询处理的开销 I/O 代价 +CPU 代价分布式数据库系统查询处理的开销 I/O 代价 +CPU 代价 + 通信代价半连接

41 分布式数据库系统查询优化举例 S(SNo, CITY) 在场地 A 10 4 个 P(PNo,COLOR) 在场地 B 10 3 个 SP(SNo,PNo) 在场地 A 16 6 个 SELECT S.SNo FROM S,P,SP WHERE SP.PNo = P.PNo AND S.CITY= BeiJing AND P.Color= red 策略 1: 把关系 P 传到场地 A, 在 A 地做 16.7 分钟策略 2: 把关系 S,SP 传到场地 B, 在 B 地做 2.8 小时策略 3:2.3 天策略 4:20 秒策略 5:16.7 分钟 ( 北京供应商装运单传 B) 策略 6:1 秒 ( 把红色零件传到场地 A)

42 数据管理技术的发展趋势数据类型变化 : 多样化, 异构化, 半结构化, 非结构化, 流数据, 不确定数据, 嘈音数据等数据处理变化 : 多媒体数据的快速获取, 实时性, 语义性要求挖掘算法缺乏可扩展性, 缺乏对异构数据的高效分析算法, 缺乏大规模知识库的支持等计算机硬件技术 : 多核, 大内存, 集群, 云计算平台等

课程名称：数据库系统概论

课程名称：数据库系统概论数据库系统概论第十三章数据库新技术发展第十三章数据库技术新发展 13.1 数据库技术发展概述 13.2 数据库发展的 3 个阶段 13.3 数据库系统发展的特点 13.4 数据库技术发展趋势 13.5 小结 13.1 数据库技术发展概述数据库技术是计算机科学技术中发展最快的领域之一, 也是应用最广的技术之一第一代的网状层次数据库系统第二代的关系数据库系统第三代数据库系统 -- 数据库大家族

第九章 数据库技术新发展

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