分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DDBS)概述
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一、什么是分布式數(shù)據(jù)庫
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分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是在集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展來的。是數(shù)據(jù)庫技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。
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分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有兩種：一種是物理上分布的，但邏輯上卻是集中的。這種分布式數(shù)據(jù)庫只適宜用途比較單一的、不大的單位或部門。另一種分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在物理上和邏輯上都是分布的，也就是所謂聯(lián)邦式分布數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。由于組成聯(lián)邦的各個(gè)子數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是相對(duì)“自治”的，這種系統(tǒng)可以容納多種不同用途的、差異較大的數(shù)據(jù)庫，比較適宜于大范圍內(nèi)數(shù)據(jù)庫的集成。
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分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DDBS)包含分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DDBMS)和分布式數(shù)據(jù)庫(DDB)。
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在分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，一個(gè)應(yīng)用程序可以對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行透明操作，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分別在不同的局部數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)、由不同的DBMS進(jìn)行管理、在不同的機(jī)器上運(yùn)行、由不同的操作系統(tǒng)支持、被不同的通信網(wǎng)絡(luò)連接在一起。
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一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫在邏輯上是一個(gè)統(tǒng)一的整體：即在用戶面前為單個(gè)邏輯數(shù)據(jù)庫，在物理上則是分別存儲(chǔ)在不同的物理節(jié)點(diǎn)上。一個(gè)應(yīng)用程序通過網(wǎng)絡(luò)的連接可以訪問分布在不同地理位置的數(shù)據(jù)庫。它的分布性表現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不是存儲(chǔ)在同一場地。更確切地講，不存儲(chǔ)在同一計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備上。 這就是與集中式數(shù)據(jù)庫的區(qū)別。從用戶的角度看，一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在邏輯上和集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一樣，用戶可以在任何一個(gè)場地執(zhí)行全局應(yīng)用。就好那些數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，有單個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)管理一樣，用戶并沒有什么感覺不一樣。
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分布式數(shù)據(jù)庫中每一個(gè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器合作地維護(hù)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫的一致性。
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分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個(gè)客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)。
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在系統(tǒng)中的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)稱為結(jié)點(diǎn)。如果一個(gè)結(jié)點(diǎn)具有管理數(shù)據(jù)庫軟件，該結(jié)點(diǎn)稱為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。如果一個(gè)結(jié)點(diǎn)為請(qǐng)求服務(wù)器的信息的一個(gè)應(yīng)用，該結(jié)點(diǎn)稱為客戶。在ORACLE客戶端，主要是執(zhí)行數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，可存取數(shù)據(jù)信息和與用戶交互。在服務(wù)器端，執(zhí)行ORACLE軟件，處理對(duì)ORACLE數(shù)據(jù)庫并發(fā)、共享數(shù)據(jù)存取。ORACLE允許上述兩部分在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，但當(dāng)客戶部分和服務(wù)器部分是由網(wǎng)連接的不同計(jì)算機(jī)上時(shí)，更有效。
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分布處理是由多臺(tái)處理機(jī)分擔(dān)單個(gè)任務(wù)的處理。在ORACLE數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中分布處理的例子如：
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客戶和服務(wù)器是位于網(wǎng)絡(luò)連接的不同計(jì)算機(jī)上。
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單臺(tái)計(jì)算機(jī)上有多個(gè)處理器，不同處理器分別執(zhí)行客戶應(yīng)用。
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參與分布式數(shù)據(jù)庫的每一服務(wù)器是分別地獨(dú)立地管理數(shù)據(jù)庫，好像每一個(gè)數(shù)據(jù)庫不是網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)據(jù)庫。每一個(gè)數(shù)據(jù)庫獨(dú)立地被管理，稱為場地自治性。場地自治性有下列好處：
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◆系統(tǒng)的結(jié)點(diǎn)可反映公司的邏輯組織。
◆由局部數(shù)據(jù)庫管理員控制局部數(shù)據(jù)，這樣每一個(gè)數(shù)據(jù)庫管理員責(zé)任域要小一些，可更好管理。
◆只要一個(gè)數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)是可用，那么全局?jǐn)?shù)據(jù)庫可部分可用。不會(huì)因一個(gè)數(shù)據(jù)庫的故障而停止全部操作或引起性能瓶頸。
◆故障恢復(fù)通常在單個(gè)結(jié)點(diǎn)上進(jìn)行。
◆每個(gè)局部數(shù)據(jù)庫存在一個(gè)數(shù)據(jù)字典。
◆結(jié)點(diǎn)可獨(dú)立地升級(jí)軟件。
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可從分布式數(shù)據(jù)庫的所有結(jié)點(diǎn)存取模式對(duì)象，因此正像非分布的局部的DBMS，必須提供一種機(jī)制，可在局部數(shù)據(jù)庫中引用一個(gè)對(duì)象。分布式DBMS必須提供一種命名模式，以致分布式數(shù)據(jù)庫中一個(gè)對(duì)象可在應(yīng)用中唯一標(biāo)識(shí)和引用。一般在層次結(jié)構(gòu)的每一層實(shí)施唯一性。分布式DBMS簡單地?cái)U(kuò)充層次命名模型，實(shí)施在網(wǎng)絡(luò)上唯一數(shù)據(jù)庫命名。因此一個(gè)對(duì)象的全局對(duì)象名保證在分布式數(shù)據(jù)庫內(nèi)是唯一。
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??? ORACLE允許在SQL語句中使用全局對(duì)象名引用分布式數(shù)據(jù)庫中的模式對(duì)象(表、視圖和過程)。在ORACLE中，一個(gè)模式對(duì)象的全局名由三部分組成：包含對(duì)象的模式名、對(duì)象名、數(shù)據(jù)庫名、其形式如：
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一個(gè)遠(yuǎn)程查詢?yōu)橐徊樵?，是從一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程表中選擇信息，這些表駐留在同一個(gè)遠(yuǎn)程結(jié)點(diǎn)。
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一個(gè)分布式查詢可從兩個(gè)或多個(gè)結(jié)點(diǎn)檢索數(shù)據(jù)。一個(gè)分布式更新可修改兩個(gè)或兩個(gè)以上結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
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一個(gè)遠(yuǎn)程事務(wù)為一個(gè)事務(wù),包含一人或多個(gè)遠(yuǎn)程語句,它所引用的全部是在同一個(gè)遠(yuǎn)程結(jié)點(diǎn)上.一個(gè)分布式事務(wù)中一個(gè)事務(wù),包含一個(gè)或多個(gè)語句修改分布式數(shù)據(jù)庫的兩個(gè)或多個(gè)不同結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù).
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在分布式數(shù)據(jù)庫中,事務(wù)控制必須在網(wǎng)絡(luò)上直轄市,保證數(shù)據(jù)一致性.兩階段提交機(jī)制保證參與分布式事務(wù)的全部數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是全部提交或全部回滾事務(wù)中的語句.
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ORACLE分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可由ORACLE數(shù)據(jù)庫管理員為終端用戶和應(yīng)用提供位置透明性,利用視圖、同義詞、過程可提供ORACLE分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的位置透明性.
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ORACLE提供兩種機(jī)制實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)庫中表重復(fù)的透明性：表快照提供異步的表重復(fù);觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)同步的表的重復(fù)。在兩種情況下，都實(shí)現(xiàn)了對(duì)表重復(fù)的透明性。
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在單場地或分布式數(shù)據(jù)庫中，所有事務(wù)都是用COMMIT或ROLLBACK語句中止。
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二、分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的分類
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(1) 同構(gòu)同質(zhì)型DDBS：各個(gè)場地都采用同一類型的數(shù)據(jù)模型(譬如都是關(guān)系型)，并且是同一型號(hào)的DBMS。
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(2)同構(gòu)異質(zhì)型DDBS：各個(gè)場地采用同一類型的數(shù)據(jù)模型，但是DBMS的型號(hào)不同，譬如DB2、ORACLE、SYBASE、SQL Server等。
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(3)異構(gòu)型DDBS：各個(gè)場地的數(shù)據(jù)模型的型號(hào)不同，甚至類型也不同。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，異種機(jī)聯(lián)網(wǎng)問題已經(jīng)得到較好的解決，此時(shí)依靠異構(gòu)型DDBS就能存取全網(wǎng)中各種異構(gòu)局部庫中的數(shù)據(jù)。
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三、分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要特點(diǎn)
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DDBS的基本特點(diǎn)：
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(1)物理分布性：數(shù)據(jù)不是存儲(chǔ)在一個(gè)場地上，而是存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)場地上。
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?? 邏輯整體性：數(shù)據(jù)物理分布在各個(gè)場地，但邏輯上是一個(gè)整體，它們被所有用戶(全局用戶)共享，并由一個(gè)DDBMS統(tǒng)一管理。
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(2)場地自治性：各場地上的數(shù)據(jù)由本地的DBMS管理，具有自治處理能力，完成本場地的應(yīng)用(局部應(yīng)用)。
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(3)場地之間協(xié)作性：各場地雖然具有高度的自治性，但是又相互協(xié)作構(gòu)成一個(gè)整體。
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DDBS的其他特點(diǎn)：
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(1)數(shù)據(jù)獨(dú)立性
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(2)集中與自治相結(jié)合的控制機(jī)制
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(3)適當(dāng)增加數(shù)據(jù)冗余度
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(4)事務(wù)管理的分布性
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四、分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
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(1)更適合分布式的管理與控制。
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分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更適合具有地理分布特性的組織或機(jī)構(gòu)使用，允許分布在不同區(qū)域、不同級(jí)別的各個(gè)部門對(duì)其自身的數(shù)據(jù)實(shí)行局部控制。例如：實(shí)現(xiàn)全局?jǐn)?shù)據(jù)在本地錄入、查詢、維護(hù)，這時(shí)由于計(jì)算機(jī)資源靠近用戶，可以降低通信代價(jià)，提高響應(yīng)速度，而涉及其他場地?cái)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)只是少量的，從而可以大大減少網(wǎng)絡(luò)上的信息傳輸量;同時(shí)，局部數(shù)據(jù)的安全性也可以做得更好。
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(2)具有靈活的體系結(jié)構(gòu)。
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集中式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是集中式控制，物理數(shù)據(jù)庫是存放在一個(gè)場地上的，由一個(gè)DBMS集中管理。多個(gè)用戶只可以通過近程或遠(yuǎn)程終端在多用戶操作系統(tǒng)支持下運(yùn)行該DBMS來共享集中是數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。而分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的場地局部DBMS的自治性，使得大部分的局部事務(wù)管理和控制都能就地解決，只有在涉及其他場地的數(shù)據(jù)時(shí)才需要通過網(wǎng)絡(luò)作為全局事務(wù)來管理。分布式DBMS可以設(shè)計(jì)成具有不同程度的自治性，從具有充分的場地自治到幾乎是完全集中式的控制。
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(3)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)，可靠性高，可用性好。
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與一個(gè)大型計(jì)算機(jī)支持一個(gè)大型的集中式數(shù)據(jù)庫在加一些進(jìn)程和遠(yuǎn)程終端相比，由超級(jí)微型計(jì)算機(jī)或超級(jí)小型計(jì)算機(jī)支持的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)往往具有更高的性價(jià)比和實(shí)施靈活性。分布式系統(tǒng)比集中式系統(tǒng)具有更高的可靠性和更好的可用性。如由于數(shù)據(jù)分布在多個(gè)場地并有許多復(fù)制數(shù)據(jù)，在個(gè)別場地或個(gè)別通信鏈路發(fā)生故障時(shí)，不致于導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰，而且系統(tǒng)的局部故障不會(huì)引起全局失控。
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(4)在一定條件下響應(yīng)速度加快。
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如果存取的數(shù)據(jù)在本地?cái)?shù)據(jù)庫中，那么就可以由用戶所在的計(jì)算機(jī)來執(zhí)行，速度就快。
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(5)可擴(kuò)展性好，易于集成現(xiàn)有系統(tǒng)，也易于擴(kuò)充。
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對(duì)于一個(gè)企業(yè)或組織，可以采用分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)在以建立的若干數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上開發(fā)全局應(yīng)用，對(duì)原有的局部數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作某些改動(dòng)，形成一個(gè)分布式系統(tǒng)。這比重建一個(gè)大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)要簡單，既省時(shí)間，又省財(cái)力、物力。也可以通過增加場地?cái)?shù)的辦法，迅速擴(kuò)充已有的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
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五、分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的劣勢(shì)
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(1)通信開銷較大，故障率高。
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例如，在網(wǎng)絡(luò)通信傳輸速度不高時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)速度慢，與通信相關(guān)的因素往往導(dǎo)致系統(tǒng)故障，同時(shí)系統(tǒng)本身的復(fù)雜性也容易導(dǎo)致較高的故障率。當(dāng)故障發(fā)生后系統(tǒng)恢復(fù)也比較復(fù)雜，可靠性有待提高。
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(2)數(shù)據(jù)的存取結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
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一般來說，在分布時(shí)數(shù)據(jù)庫中存取數(shù)據(jù)，比在集中時(shí)數(shù)據(jù)庫中存取數(shù)據(jù)更復(fù)雜，開銷更大。
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(3)數(shù)據(jù)的安全性和保密性較難控制。
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在具有高度場地自治的分布時(shí)數(shù)據(jù)庫中，不同場地的局部數(shù)據(jù)庫管理員可以采用不同的安全措施，但是無法保證全局?jǐn)?shù)據(jù)都是安全的。安全性問題式分布式系統(tǒng)固有的問題。因?yàn)榉植际较到y(tǒng)式通過通信網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)分布控制的，而通信網(wǎng)絡(luò)本身卻在保護(hù)數(shù)據(jù)的安全性和保密性方面存在弱點(diǎn)，數(shù)據(jù)很容易被竊取。
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分布式數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)、場地劃分及數(shù)據(jù)在不同場地的分配比較復(fù)雜。數(shù)據(jù)的劃分及分配對(duì)系統(tǒng)的性能、響應(yīng)速度及可用性等具有極大的影響。不同場地的通信速度與局部數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的存取部件的存取速度相比，是非常慢的。通信系統(tǒng)有較高的延遲，在CPU上處理通信信息的代價(jià)很高。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中要注意解決分布式數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)、查詢處理和優(yōu)化、事務(wù)管理及并發(fā)控制和目錄管理等問題。
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六、分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：數(shù)據(jù)分片
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類型：
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1、水平分片：
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按一定的條件把全局關(guān)系的所有元組劃分成若干不相交的子集，每個(gè)子集為關(guān)系的一個(gè)片段。
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2、垂直分片：
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把一個(gè)全局關(guān)系的屬性集分成若干子集，并在這些子集上作投影運(yùn)算，每個(gè)投影稱為垂直分片。
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3、導(dǎo)出分片：
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又稱為導(dǎo)出水平分片，即水平分片的條件不是本關(guān)系屬性的條件，而是其他關(guān)系屬性的條件。
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4、混合分片：
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以上三種方法的混合?？梢韵人椒制俅怪狈制?，或先垂直分片再水平分片，或其他形式，但他們的結(jié)果是不相同的。
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條件：
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(1)完備性條件：
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必須把全局關(guān)系的所有數(shù)據(jù)映射到片段中，決不允許有屬于全局關(guān)系的數(shù)據(jù)卻不屬于它的任何一個(gè)片段。
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(2)可重構(gòu)條件：
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必須保證能夠由同一個(gè)全局關(guān)系的各個(gè)片段來重建該全局關(guān)系。對(duì)于水平分片可用并操作重構(gòu)全局關(guān)系;對(duì)于垂直分片可用聯(lián)接操作重構(gòu)全局關(guān)系。
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(3)不相交條件：
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要求一個(gè)全局關(guān)系被分割后所得的各個(gè)數(shù)據(jù)片段互不重疊(對(duì)垂直分片的主鍵除外)。
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七、分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：數(shù)據(jù)分配方式
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(1)集中式：所有數(shù)據(jù)片段都安排在同一個(gè)場地上。
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(2)分割式：
所有數(shù)據(jù)只有一份，它被分割成若干邏輯片段，每個(gè)邏輯片段被指派在一個(gè)特定的場地上。
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(4)全復(fù)制式：數(shù)據(jù)在每個(gè)場地重復(fù)存儲(chǔ)。也就是每個(gè)場地上都有一個(gè)完整的數(shù)據(jù)副本。
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(5)混合式：這是一種介乎于分割式和全復(fù)制式之間的分配方式。
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八、分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：體系結(jié)構(gòu)
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數(shù)據(jù)分片和數(shù)據(jù)分配概念的分離，形成了“數(shù)據(jù)分布獨(dú)立型”概念。
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數(shù)據(jù)冗余的顯式控制。數(shù)據(jù)在各個(gè)場地的分配情況在分配模式中一目了然，便于系統(tǒng)管理。
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局部DBMS的獨(dú)立性。這個(gè)特征也稱為“局部映射透明性”。此特征允許我們?cè)诓豢紤]局部DBMS專用數(shù)據(jù)模型的情況下，研究DDB管理的有關(guān)問題。
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九、分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)
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??? 分布式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(DDBMS)主要負(fù)責(zé)以下工作：
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1、接受用戶請(qǐng)求，并判定把它送到哪里，或必須訪問哪些計(jì)算機(jī)才能滿足該要求。
2、訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)字典，了解如何請(qǐng)求和使用其中的信息。
3、如果目標(biāo)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于系統(tǒng)的多個(gè)計(jì)算機(jī)上，就必須進(jìn)行分布式處理。
4、通信接口功能。在用戶、局部DBMS和其他計(jì)算機(jī)的DBMS之間進(jìn)行協(xié)調(diào)。
5、在一個(gè)異構(gòu)型分布式處理環(huán)境中，還需提供數(shù)據(jù)和進(jìn)程移植的支持。這里的異構(gòu)型是指各個(gè)場地的硬件、軟件之間存在著差別。
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