高校分布式数据库管理实验系统的设计与实现.doc

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1、第 28 卷第 5 期 Vol.28 No. 5 计算机工程与设计 Computer Engineering and Design 2007 年 3 月 Mar. 2007 高校分布式数据库管理实验系统的设计与实现 张文东，夏伟伟 (中国石油大学计算机与通信工程学院，山东东营 257061) 摘 要 ：目前，高校分布式数据库实验一般使用 Oracle 数据库管理系统。然而 Oracle 要经过复杂的数据管理和配置才能实现 分布式数据库管理系统的技术和方法，也不利于学生对一些基本概念的理解 .针对这一问题，设计并实现了基于 C/S 的同构 型的高校分布式数据库管理实验系统，提出了系统的体系结构，

2、定义了系统语法，并详细阐述了数据库字典、语法分析模 块、定位模块等关键技术的设计。该系统能够满足高校分布式数据库实验的要求，对高校教学有一定的意义 关键词 ：分布式数据库管理系统；实验；客户端 /服务器；同构；数据字典 中图法分类号 ： TP315 文献标识码 :A 文章编号 ： 1000-7024 (2007) 05-1211-02 Design of distributed database management system ZHANG Wen-dong, XIA Wei-wei (College of Computer and Communication Engineering, Ch

3、ina University of Petroleum, Dongying 257061, China) Abstract: Oracle databases management system is used as the system of distributed database experiment in most universities. Aimed at this condition, distributed databases management system is designed based on C/S for students experiment. System s

4、tructure and designs system syntax are presented, and then the design of database dictionary, parsing module, and localization is discussed in detail. The system can meet the request of experiment of distributed database, and has a certain significance of university teaching Keywords: distributed da

5、tabases management system; experiment; C/S; homogeny; data dictionary 引言 分布式数据库管理系统的极端复杂性使得建立分布式数 据库管理系统环境非常困难，而且己经设计出的先驱系统并 没有被推广使用，所以到目前为止多数高校分布式数据库实 验一般使用Oracle 数据库管理系统。虽然 Oracle 支持分布式 数据库应用，但它在实现分布式数据库管理系统的技术和方 法时 ,软硬件投资大，数据管理复杂，需要进行复杂的配置 lu,且 不利学生理解分布式数据库中 一些基本概念，所以它并不适 合于做高校分布式数据库实验系统。针对这一问题，我

6、们设 计了基于 C/S 的高校分布式数据库管理实验系统。本系统底 层使用 Access 数据库，数据库之间用ADO 连接，支持水平分 片、垂直分片和混合分片，可以使高校学生在实验中了解分布 式数据库中分布、分片的实现过程以及分片透明性等概念。 1 系统的体系结构 2 3 1 由于本系统是应用于局域网的同质同构分布式数据库管 理系统，要求高性能的数据库操作，所以采用 C/S 模式的体系 结构。C/S 系统结构具有以下优 点 :提高了投资效率，能集 中使用高性能的系统平台 ;极大降低了网络开销和响应时 间，减少了网络带宽和成本的需求 ;界面友好，平台与软件 之问的互操作性好。这种模式的局限性在于

7、:在集中式 C/S 环 境下，对服务器数据库的访问往往容易出现瓶颈拥塞现象，导 致数据查询效率降低。在多服务器分布式数据库系统中，这 种局限性影响较小。系统结构模型如图 1 所示。 图 1 分布式数据库管理系统结构模型 2 系统语法定义 本系统支持 4 种类型的语句，分别是 ： CREATE TABLE、 INSERT、 DELETE 和 SELECT 语句。虽然 INSERT、DELETE 和 SELECT 语句的功能和在 SQL 语句中不同，但是语法是一致 的 。 CREATE TABLE 语句在标准 SQL 语句的基础上作了扩展 (称其为 dSQL 语句 ),支持分片。如创建一个表 st

8、udent,对表进 行水平分片，并将片段 studentl 存放于 两个站点上，语句如下： 收稿日期： 2006-02-28 E-mail； 作者简介： 张文东 （ 1963 )， 男，山东平度人，副教授，研究方向为计算机网络、数据库；夏伟伟 （ 1980 )，女，山东临沂人，硕士研究生 , 研究方向为计算机网络及应用。 万方数据 一 1211 CREATE TABLE student 库系统的性能起 着决定性的作用。数据库的目录的分布方式 (sno CHAR(5) KEY, sname CHAR(20), ssex CHAR(l), sdeptVARCHAR(15); SPLIT stud

9、ent INTO /*按照院系水平分片 */ studentl WHERE sdept= 计算机与通信工程学院 student2 WHERE sdept = 外语学院 ， ALLOCATE studentl TO 202:194:155:156 ALLOCATE studentl TO 202:194:155:155 ALLOCATE student2 TO 202:194:155:155 3 系统设计与实现 本系统使用标准的 VC6.0M开发，由用户界面、数据库字 典、定位模块、语法分析模块以及命令处理器模块组成。其总 体结构如图 2 所示。 3.1用戸界面 用户界面的主要功能是与用户的交互

10、。界面仿照 SQL Server 企业管理器设计，支持 CREATE TABLE、 INSERT、 DELETE 和 SELECT 语句 。系统用户界面如图 3 所示。 图 3 系统用户界面 3.2语法分析模块 语法分析模块是系统的主要模块，其处理器用 bison 生 成。它主要对用户输入的语句进行语法分析，判断语句是否 符合要求，并通过语句类型调用正确的模块。语法如下： select_statement call selection processor | create_table_statement call Table creation processor | insert_statem

11、ent call Insertion processor | delete_statement call Deletion processor 3.3数据库字典 M 数据库字典也成为数据库目录，它的设计对分布式数据 有 3 种：集中式管理、完全重复式管理和分割式目录管理。本 系统的目录子系统采用一种中间方法设计，在其中的一个服 务器 (称其为超级服务器 )的数据库中存放全局数据字典，在其 它服务器 (称其为子服务器 )数据库中只存放本地数据字典，本 地数据字典只存放在该结点上生成的数据对象或存储于该结 点的数据对象的目录登记项。这样既可以防止中心结点成为 “瓶颈”，提高自治性，又可以适当减少存

12、储代价。 为了实现数据的分片和分布，全局数据字典由 3部分组成 : 第一部分是一个 Hash表 ,记录了所有的逻辑表信息 ;第二部分 也是一个 Hash 表，记录了所有的数据分片信息 ;第三部分是记 录了表和片段的映像。由于全局数据字典存放在磁盘中，而且 系统访问表和片段的映像频率髙 ,为了减少查找过程中对磁盘 的读写次数，提高查找 效率，我们对表和片段的映像采用 B 树 存储，每棵树的根结点代表一个逻辑表，叶子结点代表数据分 片，中间节点记录了分片的域 (即划分的条件 )。实现代码如下： typedef enum unknown type, string type, number type;

13、 data_type; struct Schemalnfo /* 逻辑表的信息 */ typedef struct Fieldlnfo string filedName, data_type type; filed_info_t; vector fieldlnfoList; vector keyList; vector foreignKeyList; vector * pFragmentList; FragmentAction * pFragmentTree; ； struct FragmentAction /* 片段信息 typedef enum ActionType horz, vert,

14、 mixed type_t; 片类型 */ string intermediateName; FragmentAction * parent; FragmentAction * next; int nKid; typeJ type; union predicate predicate; /*分片对应的简单谓词 */ vector fields; /* 分片的域 */ FragmentAction * derive; v ; Fragmentlnfo * pFragmentlnfo; ； FragmentNode = FragmentAction * pLeaf; Schemalnfo * pS

15、chema; vector fileds; AllocationSite site; /*片段分配的地址 */ 3.4定位模块 定位模块主要任务是根据本地数据字典和全局数据字典 (下转第 1228 页 ) 12綠 数据 不难看出，二叉树算法实现的性能远远优于线性链表的性能。 4 使用二叉树进行垃圾回收 二叉树用于垃圾收集的一般清理技术。目前此类技术是 将堆空间划分为两个空间：源空间和目的空间。系统刚开始 运行时，所有的内存分配都在其中的一个空间中进行 (称为源 空间 )。当这个空间用尽，系统再从其它空间开始分配内存 (例 如：目的空间 )。这种系统只是将源空间中的活动 内存拷贝到 目的空间中。

16、拷贝结束后，两个空间的角色互换 (源空间改为 目的空间，目的空间改为源空间 )。在用二叉树实现这种技术 时，可以通过在分配内存时选择左子树或者右子树，从而模拟 了源空间和目的空间。在内存分配时，可以将左子树从低地 址开始分配，而右子树从高地址开始分配。从一端开始分配 内存可以使内存中数据的位置更准确。 S结束语 上面提出了一种使用二叉树来组织、分配、回收可利用内 存分区的算法。树的结点是由内存分区的起始地址、大小等 信息构成的。另外，树结点中还记录 了左右子树中最大可用 分区的大小，这个信息对于在分配内存时査找合适的内存分 区会起到很大的作用。实验数据表明最优拟合使用了该数据 后更容易实现。相

17、比较其它的技术，二叉树实现的算法在合 并释放内存分区时速度更快，在搜索大小合适的分区结点时 的速度也比线性链表有了很大提髙。实验数据表明，用二叉 树和线性链表实现的内存分配技术在实际应用中，二叉树算 法的性能要明显优于线性链表，树中的结点数也比线性链表 中 少得多。因此，虽然二叉树结点中包含的信息要多一些，但 是总的内存开销还是要比线性链表少。 参考文献： 1 梁晓江，徐兴 .并行数据采集系统中物理内存分配与直接访问 的研究 J.微计算机信息 ,2004,20(8):60-62. 2 Kagan Agun S.Design of a reusable memory management sys

18、tem. IEEE2001 0-7803-6741-3/901,2000. 3 曹子元，邱建利 .Win32 下物理内存分配和直接访问的实现J. 测控技术 ,2001， 20(1):4647. 4 何先波 .一 种基于 VxWorks 的内存管理封装层的设计与实现 J.西华师范大学学报 ,2005,26(2):175-177. 5 汤子瀛，哲风屏 ,汤小舟 .计算机操作系统 M.西安 :西安电子科 技大学出版社 ,2001.94-113. 6 严蔚敏 ,吴伟民 .数据结构 (C 语言版 )M.北京 .清华大学出版 社， 1999.65-84. 7 黄贤英，王越 .嵌入式实时系统内存管理策略 J

19、.计算机工程与 设计， 2004,25(10):1808_1810. 8 李娜 .嵌入式系统内存规划方法的研究 J.微型机与应 用，2005, (10:74-76. 9 李法龙，吴刚 ,陈章龙 .位图在嵌入式系统内存管理中的应用 J.计算机工程与设计 ,2005,26(4):1020-1021. (上接第丨 212 页） 的信息将任务分给相应的服务器。如果数据只涉及本地数据 库，则等同于集中式数据库操作；若涉及多个站点数据库，则 需要根据全局数据字典的信息定位操作所涉及的服务器。其 工作流程如图 4 所示。 3.5 命令处理模块 命令处理模块主要负责将所有服务器的处理结果汇总并 返回到用户界面

20、上，同 时，如果操作对涉及全局数据字典或本 地数据字典，则对数据字典进行相应的操作。 4 结 束 语 与 Oracle 数据库管理系统相比，本文提出的分布式数据 库管理实验系统底层使用 Access 数据库，硬件开销小，数据管 理简单，不需要进行复杂的配置。实践证明，本系统能够满足 高校分布式数据库实验的要求 ,对高校教学有一定的意义。 参考文献： 1 苏燕强 .Oracle 分布式数据库及其应用研究 J.计算机应用与 软件 ,2004,121(18):36-37, 2 邵佩英 .分布式数据库系统及其应用 M.第 2 版 .北京 :科学出 版社， 2005. 3 张兆波 .基于 C/S 框架下的分布式数据库管理系统的应用研 究 D.南京 :河海大学 .2000. 4 王世同 .Visual C+ 6.0 编程基础编著 M.北京溏华大学出版 社， 1999. 5 Steve Heller. C+编程基础 :标准库编程 M.北京 :电子工业出 版社 ,2003. 6 余昌盛 .C+ Builder 6 数据库系统开发实例导航 M.北京 :人 民邮电出版社 ,2003. 7 周龙骧 .分布式数据库管理系统实现技术 M.北京 :科学技术 出版社 ,1999. 8 缪淮扣 .数据结构 :C+实现 M.北京 :科学出版社 ,2004.