2023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“识时的系统执行的系统执行 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，更不是一种数据库是一种数据库像像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。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 从从“集中计算集中计算到到“分布计算分布计算 “分布计算分布计算的概念的概念 处理分布处理分布 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。数据分布数据分布 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。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。功能分布功能分布 C/S模式。效劳器完成事务处理和数据访问控制，客户机专模式。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。门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ODBC JDBC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 2 3 3 给出数据查询请求 结果数据 6 6 4 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 什么是分布式数据库系统什么是分布式数据库系统DDBMS 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 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 集中控制与局部自治集中控制与局部自治 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 数据冗余数据冗余 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 同构同构数据模型相同数据模型相同系统、异构系统系统、异构系统 LDBMS GDBMS GDD CM 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库实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。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。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“短暂有效短暂有效数据的存取。这些应用数据的存取。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