免费智能真题库 > 历年试卷 > 数据库系统工程师 > 2009年上半年 数据库系统工程师 上午试卷 综合知识
  第64题      
  知识点:   分布式数据库系统   两阶段提交协议   消息   数据库   数据库系统   指令
  关键词:   分布式数据库   数据库系统   消息   协调器   协议   指令   数据   数据库        章/节:   数据库技术基础       

 
根据分布式数据库系统中的两阶段提交协议(2PC),有如下操作指令
①协调器向参与者发prepare消息
②参与者向协调器发回ready消息
③参与者向协调器发回abort消息
④协调器向参与者发commit消息
⑤协调器向参与者发rollback消息
满足2PC的序列是(64)。
 
 
  A.  ①②⑤
 
  B.  ①②④
 
  C.  ②③⑤
 
  D.  ②③④
 
 
 

 
  第63题    2011年上半年  
   27%
银行系统采用分布式数据库系统,对本地储户的存储业务能够在本地正常进行,而不依赖于其他场地数据库,称为分布式数据库的(63)。..
  第70题    2021年上半年  
   64%
分布式数据库CAP理论中的A指的是( )。
  第63题    2009年上半年  
   37%
在分布式数据库系统中,应用程序直接使用本节点数据的性质称为(63)。
   知识点讲解    
   · 分布式数据库系统    · 两阶段提交协议    · 消息    · 数据库    · 数据库系统    · 指令
 
       分布式数据库系统
        分布式DBMS包括物理上分布、逻辑上集中的分布式结构和物理上分布、逻辑上分布的分布式数据库结构两种。前者的指导思想是把单位的数据模式(称为全局数据模式)按数据来源和用途,合理地分布在系统的多个节点上,使大部分数据可以就地或就近存取。数据在物理上分布后,由系统统一管理,使用户不感到数据的分布。后者一般由两部分组成:一是本节点的数据模式;二是本节点共享的其他节点上有关的数据模式。节点间的数据共享由双方协商确定。这种数据库结构有利于数据库的集成、扩展和重新配置。
 
       两阶段提交协议
        两阶段提交协议(Two Phase Commitment Protocol,2PC)既简单又精巧,它把本地原子性提交行为的效果扩展到分布式事务,保证了分布式事务提交的原子性,并在不损坏日志的情况下,实现快速故障恢复,提高分布式数据库系统的可靠性。
        在两阶段提交协议中,把分布式事务的某一个代理指定为协调者(Coordinator),所有其他代理称为参与者(Participant)。这里的代理是指完成各个子事务的进程。只有协调者才拥有提交或撤销事务的决定权,而其他参与者各自负责在其本地数据库中执行写操作,并向协调者提出撤销或提交事务的意向。一般一个站点唯一地对应一个子事务,如果某一参与者与协调者在同一站点,虽然它们不需要使用网络来通信,但仍逻辑地认为它与协调者不在同一站点。下图描述了协调者和参与者的关系。
        
        协调者和参与者的关系图
        2PC保证分布式事务提交的原子性,这是通过在分布式事务的结果生效以前,所有参与执行分布式事务的站点都同意提交而做到这一点的。这种同步的必要性有很多理由,如果某个事务正在读一项由另一个还未提交的事务更新的数据项的值时,相应的参与者就不会同意马上提交该事务。另一种参与者不同意提交的可能的原因是发生了死锁,这要求某一个参与者撤销事务。注意,参与者不需要任何其他进程来通知就可以撤销一个事务,这种能力相当重要,我们称之为单方面撤销。
        2PC把事务的提交过程分为两个阶段:第一阶段是表决阶段,目的是形成一个共同的决定。开始时,协调者在它的日志中写入一条开始提交的记录,再给所有参与者发送“准备提交”消息,并进入等待状态。当参与者收到“准备提交”消息后,它检查是否能提交本地事务。如果能提交,参与者在日志中写入一条就绪记录,并给协调者发送“建议提交”消息,然后进入就绪状态:否则,参与者写入撤销记录,并给协调者发送“建议撤销”消息。如果某个站点做出“建议撤销”提议,由于撤销决定具有否决权(即单方面撤销),发出“建议撤销”的站点就可以直接忽略这个事务。协调者收到所有参与者的回答后,它就做出是否提交事务的决定。只要有一个参与者建议撤销,协调者就必须从整体上撤销整个分布式事务,因此它写入一条撤销记录,并给所有参与者发送“全局撤销”消息,然后进入撤销状态;否则,它写入提交记录,给所有的参与者发送“全局提交”消息,然后进入提交状态。
        第二阶段是执行阶段,目的是实现这个协调者的决定。根据协调者的指令,参与者或者提交事务,或者撤销事务,并给协调者发送确认消息。此时,协调者在日志中写入一条事务结束记录并终止事务。上图描述了两阶段提交协议的参与者和协调者的交互。
        请注意协调者做出事务的全局终止决定的方式,该决定受两条规则的支配,这两条规则称为全局提交规则:
        (1)只要有一个参与者撤销事务,协调者就必须做出全局撤销决定。
        (2)只有所有参与者都同意提交事务,协调者才能做出全局提交决定。
        从下图中可以看出以下关于两阶段提交协议的一些重要之处:
        
        两阶段提交协议活动图
        (1)两阶段提交协议允许参与者可以单方面撤销事务。
        (2)一旦参与者确定了提交或撤销提议,就不能再更改它的提议。
        (3)当参与者处于就绪状态时,根据协调者发出的消息的种类参与者可以转换为提交状态或撤销状态。
        (4)协调者依据全局提交规则做出全局终止决定。
        (5)注意协调者和参与者可能进入某些相互等待对方发送消息的状态。为了确保它们能够从这些状态中退出并终止,要使用定时器。每个代理进程进入一个状态时都要设置超时器。如果所期待的消息在定时器超时之前没有到来,定时器向代理进程报警,进程根据超时协议执行相应动作。
 
       消息
        对象之间进行通信的一种构造叫作消息。当一个消息发送给某个对象时,包含要求接收对象去执行某些活动的信息。接收到信息的对象经过解释,然后予以响应。这种通信机制叫作消息传递。发送消息的对象不需要知道接收消息的对象如何对请求予以响应。
 
       数据库
        数据库(DataBase,DB)是指长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储,具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性,并可为各种用户共享。
        系统使用的所有数据存储在一个或几个数据库中。
 
       数据库系统
        简单地说,数据库系统就是基于数据库的计算机应用系统。这样一个系统包括以下内容。
        ①以数据为主体的数据库。
        ②管理数据库的系统(DBMS)。
        ③支持数据库系统的计算机硬件环境和操作系统环境。
        ④管理和使用数据库系统的人——数据库管理员。
        1)数据库的定义和特征
        数据库,顾名思义就是存放数据的仓库,这种想当然的理解是不准确的。数据库对应的英文单词是DataBase,如果直译则是数据基地;而数据仓库则另有其词DataWarehouse。所以数据库和数据仓库不是同义词,数据仓库是在数据库技术的基础上发展起来的又一新的应用领域。
        数据库技术发展到今天已经是一门成熟的技术,但却没有一个被普遍接受的、严格的定义。数据库是相互关联数据的集合,这是大家公认的数据库的基本特征之一。下面一段话概括了数据库应该具备的一些特征,也可以把它作为数据库的定义。
        数据库是相互关联数据的集合,它用综合的方法组织数据,具有较小的数据冗余,可供多个用户共享,具有较高的数据独立性,具有安全控制机制,能够保证数据的安全、可靠,允许并发地使用数据库,能有效、及时地处理数据,并能保证数据的一致性和完整性。
        (1)相互关联的数据集合。数据库中的数据不是孤立的,数据与数据之间是相互关联的。也就是说,在数据库中不仅要能够表示数据本身,还要能够表示数据与数据之间的联系。比如在学籍管理中,有学生和课程两类数据,在数据库中除了要存放这两类数据之外,还要存放哪些学生选修了哪些课程或哪些课程由哪些学生选修这样的信息,这就反映了学生数据和课程数据之间的联系。
        (2)用综合的方法组织数据。数据库能够根据不同的需要按不同的方法组织数据,如可以用顺序组织方法、索引组织方法、聚集(Cluster)组织方法等。
        (3)低冗余与数据共享。由于在数据库技术之前,数据文件都是独立的,所以任何数据文件都必须含有满足某应用的全部数据。比如,人事部门有一个职工文件,教育部门也有一个职工文件,两个部门的职工文件中都有"职工基本情况"的数据,也就是说这一部分数据是重复存储的,如果还有第三、第四个部门也有类似的职工文件,那么重复存储所造成的空间浪费是很大的。在数据库中,可以共享类似"职工基本情况"这样的共用数据,从而降低数据的冗余度。
        (4)数据具有较高的独立性。数据独立性是指数据的组织和存储方式与应用程序互不依赖、彼此独立的特性。在数据库技术之前,数据文件的组织方式和应用程序是密切相关的,当改变数据结构时,相应的应用程序也必须随之修改,这样就大大增加了应用程序的开发代价和维护代价。而数据库技术却可以使数据的组织和存储方法与应用程序互不依赖,从而大大降低应用程序的开发代价和维护代价。
        (5)保证数据的安全、可靠。数据库技术要能够保证数据库中的数据是安全、可靠的。数据库要有一套安全机制,以便可以有效地防止数据库中的数据被非法使用或非法修改;数据库还要有一套完整的备份和恢复机制,以便保证当数据遭到破坏时(软件或硬件故障引起的),能立刻将数据完全恢复,从而保证系统能够连续、可靠地运行。
        (6)最大限度地保证数据的正确性。保证数据正确的特性在数据库中称为数据完整性。在数据库中可以通过建立一些约束条件保证数据库中的数据是正确的。比如输入年龄小于0或者大于200时,数据库能够主动拒绝这类错误。
        (7)数据可以并发使用并能同时保证数据的一致性。数据库中的数据是共享的,并且允许多个用户同时使用同一数据,这就要求数据库能够协调一致,保证各个用户之间对数据的操作不发生矛盾和冲突,即在多个用户同时使用数据库的情况下,能够保证数据的一致性和正确性。
        2)数据库管理系统
        数据库的各种功能和特性,并不是数据库中的数据所固有的,而是靠管理或支持数据库的系统软件——数据库管理系统(DataBase Management System, DBMS)提供的。一个完备的数据库管理系统应该具备上一节提到的各种功能,其任务就是对数据资源进行管理,并且使之能为多个用户共享,同时还能保证数据的安全性、可靠性、完整性、一致性,并要保证数据的高度独立性。一个数据库管理系统应该具备以下功能。
        (1)数据库定义功能。可以定义数据库的结构和数据库的存储结构,可以定义数据库中数据之间的联系,可以定义数据的完整性约束条件和保证完整性的触发机制等。
        (2)数据库操纵功能。可以完成对数据库中数据的操纵,可以装入、删除、修改数据,可以重新组织数据库的存储结构,可以完成数据库的备份和恢复等操作。
        (3)数据库查询功能。可以以各种方式提供灵活的查询功能,可以使用户方便地使用数据库中的数据。
        (4)数据库控制功能。可以完成对数据库的安全性控制、完整性控制、多用户环境下的并发控制等各方面的控制。
        (5)数据库通信功能。在分布式数据库或提供网络操作功能的数据库中还必须提供数据库的通信功能。
        3)数据库管理员
        从事数据库管理工作的人员称为数据库管理员(DataBase Administrator, DBA)。DBA有大量的工作要做,既有技术方面的工作,又有管理方面的工作,要参加数据库开发和使用的全部工作。总体来说,DBA的工作可以概括如下。
        (1)在数据库规划阶段要参与选择和评价与数据库有关的计算机软件和硬件,要与数据库用户共同确定数据库系统的目标和数据库应用需求,要确定数据库的开发计划。
        (2)在数据库设计阶段要负责数据库标准的制定和共用数据字典的研制,要负责各级数据库模式的设计,要负责数据库安全、可靠方面的设计。
        (3)在数据库运行阶段首先要负责对用户进行数据库方面的培训;要负责数据库的转储和恢复;要负责对数据库中的数据进行维护;要负责监视数据库的性能,并调整、改善数据库的性能,提高系统的效率;要继续负责数据库安全系统的管理;要在运行过程中发现问题、解决问题。
        4)数据库的发展
        数据库的核心任务是数据管理,它包括数据的分类、组织、编码、存储、检索和维护等。数据管理经历了以下3个阶段。
        (1)人工管理阶段。人工管理阶段是指计算机诞生的初期(20世纪50年代中期以前)。这个时期的计算机技术,从硬件看还没有磁盘这样的可直接存取的存储设备,从软件看没有操作系统,更没有管理数据的软件。这个时期数据管理的特点如下。
        ①数据不保存。因为计算机主要用于科学计算,一般也不需要长期保存数据,只是在完成某一个计算或课题时才将数据输入,然后不仅原始数据不保存,计算结果也不保存。
        ②没有文件的概念。这个时期的数据组织必须由每个程序的程序员自行组织和安排。
        ③一组数据对应一个程序。每组数据只对应一个应用,即使两个程序用到相同的数据,也必须各自定义、各自组织,数据无法共享、无法相互利用和互相参照。因此,程序和程序之间有大量的数据重复。
        ④没有形成完整的数据管理的概念。由于以上几个特点及没有对数据进行管理的软件系统,所以这个时期的每个程序都要包括数据存取方法、输入输出方法和数据组织方法等。因为程序是直接面向存储结构的,所以存储结构的任何一点修改,都会导致程序的修改,程序与数据不具有独立性。
        (2)文件系统阶段。文件系统阶段是指20世纪50年代后期到60年代中期这一阶段。从那时起,计算机不仅大量用于科学计算,也开始大量用于信息管理。像磁盘这样的直接存取存储设备也已经出现,在软件方面也有了操作系统和高级语言,还有了专门用于数据管理的软件,即文件系统(或操作系统的文件管理部分)。这个阶段的数据管理具有以下特点。
        ①数据可以长期保存在磁盘上,也可以反复使用,即可以经常对文件进行查询、修改、插入和删除等操作。
        ②操作系统提供了文件管理功能和访问文件的存取方法,程序和数据之间有了数据存取的接口,程序开始通过文件名和数据打交道,可以不再关心数据的物理存放位置。因此,这时也有了数据的物理结构和数据的逻辑结构的区别。程序和数据之间有了一定的独立性。
        ③文件的形式已经多样化。由于有了磁盘这样的直接存取存储设备,文件也就不再局限于顺序文件,也有了索引文件、链表文件等。因而,对文件的访问可以是顺序访问,也可以是直接访问。但文件之间是独立的,它们之间的联系要通过程序去构造,文件的共享性还比较差。
        ④有了存储文件以后,数据就不再仅仅属于某个特定的程序,而是可以由多个程序反复使用。但文件结构的设计仍然是基于特定的用途,程序仍然是基于特定的物理结构和存取方法编制的。因此,数据的存储结构和程序之间的依赖关系并未根本改变。
        ⑤数据的存取基本上以记录为单位。
        (3)数据库系统阶段。数据库系统阶段从20世纪60年代后期开始,数据库技术的诞生既有计算机技术的发展做依托,又有数据管理的需求做动力。数据库的数据不再是面向某个应用或某个程序,而是面向整个企业(组织)或整个应用。
 
       指令
        指令是指挥计算机完成各种操作的基本命令。
        (1)指令格式。计算机的指令由操作码字段和操作数字段两部分组成。
        (2)指令长度。指令长度有固定长度的和可变长度的两种。有些RISC的指令是固定长度的,但目前多数计算机系统的指令是可变长度的。指令长度通常取8的倍数。
        (3)指令种类。指令有数据传送指令、算术运算指令、位运算指令、程序流程控制指令、串操作指令、处理器控制指令等类型。
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第64题    在手机中做本题