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知识路径： > 数据库主流应用技术 > 数据库主流应用技术 > 数据库主流应用技术 > 分布式数据库 > 分布式数据库的体系结构 >
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相关知识点：8个
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我国在多年研究与开发分布式数据库及制定我国的《分布式数据库系统标准》中，曾提出把分布式数据库抽象为四层的模式结构，参见下图。
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这种四层模式划分为：全局外层、全局概念层、局部概念层和局部内层。在各层间还有相应的层间映射。四层模式的划分不仅适用于完全透明的分布式数据库系统，而且也适合各种透明性要求的分布式数据库系统。无论是对同构型分布式数据库系统，还是异构型分布式数据库系统都能适用。
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分布式数据库是一组分布的局部物理数据库的逻辑集合。分布式数据库的全局视图如同集中式数据库一样，由多个用户视图组成。用户视图是针对分布式数据库特定的全局用户的，是对分布式数据库的最高层的抽象。
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分布式数据库与集中式数据库的视图有同样的概念，不同的是，它不是从某一个具体场地上的局部数据库中抽取，而是从一个虚拟的由各局部数据库逻辑集合中抽取，对全局用户而言，不论他在分布式数据库系统中的哪一个节点上访问系统中的数据，都可以认为所有的数据库都在本场地，而且他只关心自己所使用的那部分数据。
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如果是完全透明的关系模型的分布式数据库结构，则视图就和集中式数据库的视图一样，其定义方式也基本相同，因此全局用户在使用视图时，就不必关心数据的分片和具体的物理细节。若为非完全透明的分布式数据库，则在视图定义中，根据透明性支持的程度，需要给出一定的数据细节、物理存取的细节等。
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全局概念层是分布式数据库的整体抽象，包含了系统中全部数据的特性和逻辑结构。就像集中式数据库中的概念视图一样，是对数据库的整体的描述，但在分布式数据库的四层抽象的结构中，全局概念层比集中式的概念层有更多的描述。
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从分布透明特性来说，分布式数据库的全局概念层应具有三种模式描述信息：
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（1）全局概念模式：描述分布式数据库全局数据的逻辑结构，是分布式数据库的全局概念视图。与集中式数据库的概念视图的定义相似，全局概念模式应包含模式名、属性名以及每种属性的数据类型的定义和长度。
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（2）分片模式：描述全局数据逻辑划分的视图，它是全局数据的逻辑结构根据某种条件的划分，每一个逻辑划分即一个片段，或称为分片。
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（3）分配模式：描述局部逻辑的局部物理结构，是划分后的片段（或分片）的物理分配视图。它与集中式数据库物理存储结构的概念不同，是全局概念层的内容。
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分布式数据库的定义语言除了需要提供概念模式的定义语句外，还必须提供分片模式和分配模式的定义语句。
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从全局模式到分片模式，再到分配模式，它们之间存在着映射。全局概念模式到分片模式的映射是一对多的，即一个全局概念模式有若干个分片模式与之相对应，而一个分片模式只能对应一个全局概念模式。分片模式到分配模式映射可以是一对多的或者一对一的，这是由数据分布的冗余策略所决定的。当采用一对多时，表明分片数据有多个副本存储在不同的场地上，且同一场地一般情况下不允许有相同的副本存在；当采用一对一时，则表明数据是非冗余的，即分片数据只有一个副本。
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从全局概念层观察分布式数据库，它定义了全局数据的逻辑结构、逻辑分布性和物理分布性，但并不涉及全局数据在每个局部场地上的物理存储细节。所以全局概念层，仍然是概念层视图，或全局数据库管理员视图，因而，全局数据库管理员将负责全局数据结构的定义、逻辑分布的定义和物理分布的定义。
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分布式数据库的全局数据分布性的描述对关系数据模型最为有利。对于关系型分布式数据库来说，全局概念模式由一组全局关系模式的定义组成，分片模式是对全局关系模式的逻辑划分定义，即片段定义，或子关系模式定义，所以可以将片段看作全局关系的逻辑组成，即逻辑片段；分配模式是对于子关系模式的描述，因此分配模式决定了子关系的物理场地，即决定子关系的物理片段。
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如下图是全局关系R的分片和物理映像示意图。全局关系R分为三个片段R1、R2和R3，以冗余的方式分配到不同物理节点上。R1在节点1和节点2有相同的映像，R2只在节点2上存储，R3在节点1、节点2和节点3上都有相同的映像副本。
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局部概念层由局部概念模式描述，一般情况下，它是全局概念模式的子集，全局概念模式经逻辑划分后被分配在各局部场地上。
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在分布式数据库局部场地上，每个全局关系有该全局关系的若干个（可允许是全部）逻辑片段的物理片段集合，该集合是一个全局关系在某个局部场地上的物理映像，全部的物理映像组成局部概念模式。如果两个场地上的所有物理映像都相同，则其中一个场地上的数据必然是另一个场地的副本，两个场地的局部概念模式亦相同。
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如果分布式数据库只支持全局应用，则局部概念模式可理解为局部数据库的概念模式和外模式，在此情况下，外模式和概念模式是相同的；如果分布式数据库还支持局部用户，而局部用户定义的局部数据不参与分布式数据库的全局数据，则局部概念层还应划分为局部外模式和局部模式，并且由局部DBA描述，这些将不属于全局概念模式。这时值得注意的是，全局数据和局部数据分别由全局DBA和局部DBA管理。因此，全局用户是否可以使用全局数据则由全局DBA授权，局部DBA无权授予全局用户各种权限。
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当全局数据模型与局部数据模型不同时，则物理映像与各局部数据库的数据模型之间还必须有数据模型的转换。即使是数据模型相同时，也可能有数据类型和格式的各种转换。也就是说，各局部数据库是多种数据模型构成的数据库时，在组成分布式数据库时，需要一个统一的全局描述，即数据模型的同种化的集成，而对于不同的规格化的统一，则称之为一体化。这就是分布式数据库中的全局概念层到局部概念层的映射模式的描述。
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局部内层是分布式数据库中关于物理数据库的描述。相当于集中式数据库的内层。其描述的内容和方法与之大致相同。
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总之，分布式数据库四层结构及其模式定义之间的相互映射关系，体现了分布式数据库是一组用网络联结的局部数据库的逻辑集合。四层结构也体现了分布式数据库的特点：
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（1）全局数据库与局部数据库分离。全局数据库是虚拟的，全局DBA的视图由全局概念层定义，完全独立于各个场地的局部数据库；局部概念层和局部内层可看作是局部数据库，它是全局数据库的内层。这样，不论是同构或异构型的分布式数据库，其全局数据库到局部数据库都是由映射模式解释的，所不同的是，同构型分布式数据库比异构型分布式数据库在映射模式上的复杂性低。而对于全局用户来说，他们所关心的只是外层所定义的视图，他们只需使用全局数据所提供的语言去操纵分布式数据库，无需考虑各种模型转换、语言的转换、场地分配等细节。全局数据库与局部数据库的分开描述，不仅体现了本章中关于分布式数据库的定义，同时也体现了它具有模式转换的透明性。
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（2）数据库的数据独立性。四层结构中的全局外层是数据库的用户视图，可有多个。全局概念层和局部概念层是分布式数据库的全局整体逻辑数据和局部整体逻辑数据的抽象，由于分布式数据库的分布特性决定了全局整体逻辑数据的抽象只有一个，而局部数据的逻辑抽象则是每个局部数据库各有一个，当然也允许其中的某些逻辑抽象完全相同，这样，分布式数据库就具有了集中式数据库那样的数据独立性——逻辑数据独立性和物理数据独立性。
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（3）透明性。在全局概念层中，把数据的分片概念和数据的分配概念分别定义，从而把分布透明中的分片透明和分配透明相分离。所谓分片透明即用户完全只对全局关系操作，而不管关系如何在逻辑上划分成片段关系，在全局概念层把分片透明看作是最高程度的透明性。所谓分配透明，是较低级的透明．要求用户在片段上操作，不是在全局关系上的操作，但不必考虑片段的存放位置，对用户而言，在完全透明的情况下，系统支持由分片定义而选中所需的片段进行操作，并由系统选择出适当的场地执行。从而实现了对用户的分布完全透明。这种分离对分布式数据库设计是十分有利的，可在逻辑设计阶段考虑分片的划分要求，而在实现时才考虑数据分配问题。
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（4）数据冗余控制。冗余只在分配时才涉及，并且分布式系统提供了重复副本透明性。分布式系统还可提供比场地透明更低一级的透明性管理，即用户只要指定某个副本，系统对其他副本完成相应的操作，从而保证所有副本的完整性和可用性。
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