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高级数据库技术与应用

高级数据库技术与应用

作者:汤庸
出版社:高等教育出版社出版时间:2008-02-01
开本: 16开 页数: 309
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高级数据库技术与应用 版权信息

  • ISBN:9787040232226
  • 条形码:9787040232226 ; 978-7-04-023222-6
  • 装帧:暂无
  • 版次:暂无
  • 册数:暂无
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高级数据库技术与应用 节选

br />     计算机和通信技术的迅猛发展,不仅形成了融合度*高、潜力*大、增长*快的信息产业,
而且成为推动全球经济快速增长和全面变革的关键因素。进入2l世纪,我国的信息产业虽然已
取得了长足的发展,但与发达国家相比,还有不小的差距。国家信息化的发展和信息产业国际
竞争能力的提高,迫切需要高素质、创新型的计算机专业人才。
    高素质计算机专业人才的培养离不开高质量的计算机教育。我们的专业虽然机会多,处于
非常有利的条件,但是我们同样面临着一件事,就是从规模发展向质量提高的转变。怎么提高
质量?专业素质的教育和应用素质的训练非常重要。尤其是我国高等教育进入大众化发展阶段,
社会对计算机专业人才呈现出了多样化的需求。而与此同时,计算机学科的发展已极大地突破
了原有的学科体系框架,形成了在“计算机科学与技术”‘之下向多个专业方向发展的新格局。
在这种背景下,教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会编制了《(高等学校计算机科
学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行))》(以下简称“专业规范”)。专业规范按照
“培养规格分类”的指导思想,提出了三种类型、四个方向,即科学型(计算机科学方向),工
程型(计算机工程方向、软件工程方向),应用型(信息技术方向)的计算机专业发展建议,体
现了社会对不同人才类型的需求,对于指导我国计算机教学改革与建设,规范计算机教学工作,
促进计算机教学质量的提高都具有重要的意义。
    高水平的教材是一流教育质量的重要保证。为了配合专业规范的试行,便于广大高等学校
教师按照新的专业规范组织实施教学,高等教育出版社在大力支持专业规范研究与起草工作的
同时,还邀请规范起草小组的有关专家成立“高等学校计算机科学与技术系列教材编审委员会”,
组织规划了结合计算机专业规范、面向全国高等学校计算机专业本科生的“高等学校计算机科
学与技术系列教材”。令人高兴的是,一批有创新、改革精神,且有丰富教学经验的高等学校教
师投身到新体系计算机专业教材的编写中来,他们用自己创造性的思维、辛勤的汗水诠释专业
规范的思想,把新的课程体系和教学内容生动地传达给师生,并进行着有意义的教学实践。
    “高等学校计算机科学与技术系列教材”以专业规范和CC2001一CC2005有关教程为依据,
以强化基础、突出实践、注重创新为原则,体现了学科课程体系和教学内容改革的新成果。此
外,这一系列教材还配有丰富的教学辅助资源,并与现代教育技术手段相结合,充分发挥网络
平台的作用,使教材更有利于广大教师和学生使用。目前,这一系列教材有不少选题已列入普
通高等教育“十一五”国家级规划教材,希望这些教材的出版能够对新形势下我国高等学校计
 算机专业课程改革与建设起到积极的推动作用,使我国高等学校的计算机专业教学质量再上一
个台阶。
 前言
    数据库技术从20世纪60年代中期产生至今已有四十多年的历史,数据库技术一直是*活
跃、发展速度*快的IT技术之一。一般来说,数据库发展可以分为3个阶段:**代数据库以
网状模型和层次模型为特征;第二代数据库以关系模型为特征,关系数据库在20世纪70年代
末和80年代得到了广泛应用;20世纪90年代,随着网络和多媒体技术的迅猛发展,数据库的
应用也得到进一步拓展。现代数据库技术融合多种技术,数据库技术的发展进入一个新的时期。
    现代数据库应用范围非常广泛,在实际数据库应用开发中难以使用单一的数据库技术实
现,往往需要融合应用许多方面的相关技术。网络化、智能化、多维化和协同化已成为现代数
据库应用的主要特征。现代数据库技术所涵盖的范围很广,每种具体数据库技术都可以编写成
独立教材,因此本书中不可能详细介绍每种数据库技术。本书根据网络化、智能化、多维化和
协同化等特征,选取介绍其中一些基本的和有代表性的数据库技术,目的是使读者可以通过这
门课程的学习对数据库新技术有一个整体的认识,为进一步从事相关研究和开发提供一些思路。
    全书共分6章。第1章简要回顾数据库的发展,讨论新一代数据库技术的范畴和实现途径,
给出现代数据库技术及应用展望。
    第2章简要介绍关系数据库理论,主要包括关系数据模型、关系模式设计和事务处理等关
系理论基础,然后介绍面向对象数据库、对象关系数据库的基本概念和基础知识等。本章知识
点是高级数据库技术的基础。
    第3章介绍基于时间的数据库技术。时间是自然界的重要属性,也是新一代数据库的重要
特征。本章主要介绍多维数据库技术,包括时间数据演算、时态数据库技术、实时数据库技术、
时空数据库技术等。
    第4章介绍基于知识的数据库技术。主要以知识库为基础,介绍主动数据库技术、数据挖
掘技术、决策支持系统等需要处理知识的数据库应用技术。
    第5章介绍基于网络的数据库技术。主要包括分布式数据库技术、Web数据库技术、移动
数据库技术、XML数据库、Web搜索技术等。
    第6章介绍数据库协同管理、数据交换与信息发布、工作流数据库等数据库协同技术。然
后介绍时态知识数据库综合应用和两个综合应用实例,在实例中综合应用了面向对象技术、时
态数据库技术、主动数据库、知识库、数据库协同工作等多种数据库技术。
    *后,附录A给出了对于学习和研究数据库新技术有帮助的一些资源,包括重要学术会议、
学术期刊和相关教材的介绍,附录B给出了时态数据库TempDB中ATSQL语言的BNF描述。
    本书定位为“导论”,旨在给读者对数据库新技术的学习和研究起到一个“引导”作用。
 主要特色是基础技术、发展方向与综合实践相结合。
    ①本书按现代数据库应用的主要特征——多维化、智能化、网络化、协同化——这4个
方面来组织内容,分别介绍每个方面*基础的数据库技术,然后介绍几种相关的数据库新技术,
使读者既掌握相关基础,又了解相关技术领域及其发展方向。
    ②书中介绍了国际数据库界重要的学术会议和期刊,点评了现有的高级数据库相关著作,
目的是培养读者的研究素质,引导读者了解数据库技术的新动向和新方向。这些学习资源是本
书内容的延伸,这样可以保持本书内容的新颖性。
    ③注重理论研究和实践应用的结合。书中融入了我们近期数据库研究和开发成果,介绍
的应用实例,涉及面向对象、时态数据库、主动数据库、知识库、协同技术等多种数据库新技
术综合应用,有较好的示范性,启发读者在实际研究工作中注重多种研究成果的综合应用。
    本书与我们编写的《(数据库系统原理教程)》、《(数据库系统实验指导教程)》(清华大学出版
社)一同入选普通高等教育“十一五”国家级规划教材。我们在3部教材编写过程中,统筹安
排,形成数据库课程链。前两部教材作为计算机专业必选课程教材,本书可作为高年级选修课
和研究生教材。建议计划学时40~60学时,教学方式采用讲授与讨论相结合的方式,数据库技
术部分采用讲授(32~40学时),根据书中讨论题组织数据库文献阅读和专题讨论(8~20学时),
有条件的可以进行综合实例分析与实践。
    本书由汤庸统筹,叶小平、汤娜、吴凌坤、李建国等参加编写主要内容,参与编写的还有
马慧、刘海、左亚尧、陈国华、潘炎、何庆、冀高峰、朱君、郭欢等博士生。数据库课程组的
老师印鉴教授、刘玉葆、万海、范昭赋博士以及“高级数据库技术”课程讨论班的研究生给予
了许多支持,中国计算机学会数据库专业委员会副主任、四川大学唐常杰教授审阅了书稿并提
出了宝贵意见,本书的编写还参阅了大量的著作和相关文献,在此一并表示衷心的感谢!书中
若有错漏之处,敬请指正。
    本书编写工作得到国家自然科学基金项目(60673135、60373081)、教育部新世纪优秀人
才支持计划(NCET-04-0805)和广东省自然科学基金项目(重点04105503、7003721、
05003348)、教育部一微软精品课程(2006)等项目支持。
    编者
    2007年7月于中山大学
<作者简介>=作者简介
    汤庸先后获武汉大学计算机科学与技术学士和硕士学位、中国科技大
学计算机科学与技术博士学位;现任中山大学计算机系教授、博士生导师、
信息学院副院长、协同软件研究开发中心主任,中国计算机学会理事、数
据库专业委员会委员,广东省计算机学会副理事长,广东开源软件促进会
副会长,高校Linux推进联盟理事长,教育部一微软精品课程负责人等。
    长期从事数据库与协同软件的研究、开发与教学工作,主持过各类项
目30多项,出版著作9部,论文被SCI、EI、ISTP等收录100多篇次,取
得软件版权11项,申请发明专利1项;1995年至今指导硕士生80多名、博士生21名、博士
后2名、访问学者4名。入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”、广东省“千百十工程”(百
人层次)、广东省委组织部高级专家库等。曾获“宝钢教育奖”、“丁颖科技奖”、教育部科技进
步二等奖、广东省科技进步一等奖等。

第5章基于网络的数据库技术
    在互联网迅速发展的今天,基于网络的数据存储、传输和处理变得越来越重要。数据库和
网络技术相结合产生的网络数据库技术得到了迅速发展和推广,成为数据库领域的一个重要研
究方向。特别是近年来,基于Web的开发应用(例如电子商务和电子政务等)日益增多,相对
于Web的数据而言,传统数据库中的数据结构性很强,数据为完全结构化的数据,而Web数
据的*大特点是半结构化,因而网络环境下数据库不仅成为Web上的重要数据源,而且也承担
起管理Web上半结构化数据(例如XML文档)的管理任务。
    本章以分布式数据库、移动数据库、Web数据库和XML数据库等为线索,介绍以网络为
基础的一些数据库主流技术。
    5.1分布式数据库系统
   
    分布式数据库是数据库技术与网络技术相结合的产物,其始于20世纪70年代中期。20世
纪90年代以来,分布式数据库进入到商品化应用阶段,传统关系数据库产品都已发展成以计算
机网络和多任务操作系统为核心的分布式数据库产品,同时分布式数据库也逐步向着客户一服务
器模式发展。在实际应用中,由于各个单位(例如一些大型企业和连锁店等)自身经常就是分
布式的,在逻辑上分成公司、部门和工作组,在物理上也被分成诸如车间和实验室等,这就意
味着各种数据是分布式的。单位中各个部门都维护着自身的数据,单位的整个信息就被分解成
了“信息孤岛”,分布式数据库正是针对这种情形建立起来的“信息桥梁”。
5.1.1分布式数据库概述
    1.分布式数据库概念
    分布式数据库(Distributed Database,DDB)由一组数据库组成,这些数据库分散在计算
机网络的不同计算实体之中,网络中的每个结点都具有独立处理数据的能力,即是站点自治的,
可以执行局部应用,同时也可以通过网络通信系统执行全局应用。分布式数据库本质上是一种
虚拟的数据库,它的各个组成部分都物理地存储在于不同地理位置的不同数据库中。
    按照上述概念,可以得到分布式数据库具有如下基本特征。
    ·物理分布性。数据库中数据不是存储在同一站点,而是存储在不同计算机设备当中。
    ·逻辑整体性。数据在物理上分散存储,但在逻辑上相互关联,构成整体,数据被所有用
    户(全局用户)共享,由一个DDBMS统一管理。
    ·站点自治性。各个站点数据由本地DBMS管理,具有自治处理能力,完成本站点的应用
     (局部应用)。
    ·站点间协作性。各个站点具有高度自治,但又相互协作构成一个整体。对用户来说,使
    用DDBS如同使用集中式数据库一样,可以在任何一个站点执行全局应用。
    分布式数据库可以根据各个站点的数据库管理系统是否相同划分为同构(Homogeneous)
系统和异构(Heterogeneous)系统。
    同构系统中所有站点都使用相同的数据库管理系统,相互之间彼此熟悉,合作处理客户需
求。在同构系统中,各个站点都无法独自更改模式或数据库管理系统。为了保证涉及多个站点
的事务顺利执行,数据库管理系统还需要和其他站点合作以交换事务信息。同构系统又可以分
为两种类型:对于同构同质系统,各个站点都采用同一类型数据模型(例如关系数据模型)和
同一型号DBMS;对于同构异质系统,各个站点采用同一类型数据模型(例如关系数据模型),
但采用DBMS的型号可以不同。
    异构系统中不同站点有不同模式和数据库管理系统,各个站点之间可能彼此并不熟悉,在
事务处理过程中,它们仅仅提供有限功能。模式差别是异构系统中进行查询处理时难以解决的
问题,而软件的差别则成为全局应用的主要障碍。
    2.分布式数据库管理系统
    分布式数据库管理系统(Distributed Database Management System,DDBMS)是一组负责
管理分布式环境下逻辑集成数据存取、一致性和完备性的软件系统。由于数据上的分布性,
DDBMS在管理机制上还必须具有计算机网络通信协议的分布管理特性。
    分布式数据库管理系统基本功能表现在下述5个方面。
    ·接受用户请求,并判定将其发送到何处,或必须访问哪些计算实体才能满足要求。
    ·访问网络数据字典,了解如何请求和使用其中的信息。
    ·如果目标数据存储于系统的多台计算机上,对其进行必需的分布式处理。
    ·在用户、局部DBMS和其他计算实体的DBMS之间进行协调,发挥接口功能。
    ·在异构分布式处理器环境中提供数据和进行移植的支持,其中异构是指各个站点的硬
    件、软件之间存在着差别。
    DDBMS由本地DBMS模块、数据通信模块、全局系统目录模块和分布式DBMS模块4
个基本模块组成。
    (1)本地DBMS模块
    本地DBMS模块(LDBMS)是一个标准的DBMS,负责管理本站点数据库中的数据,具
有自身的系统目录表,其中存储的是本站点上数据的总体信息。在同构系统中,每个站点的
LDBMS实现相同,而在异构系统中则不相同。
    (2)数据通信模块
    数据通信(Data Communication,DC)模块作为一种可以让所有站点与其他站点相互通信
的软件,包含了站点及其通信方面的信息。
  (3)全局系统目录模块
  全局系统目录(Global SystemCatalog,GSC)模块除了具有集中式数据库的数据目录(数
据字典)内容之外,还包含数据分布信息,例如分片、复制和分配模式,其本身可以像关系一
样被分片和复制分配到各个站点。一个全复制的GSC允许站点自治(Site Autonomy),但如果
某个站点的GSC改动,那么其他站点的GSC也需要相应变动。
    (4)分布式DBMS模块
    分布式DBMS模块(DDBMS)是整个系统的控制中心,主要负责执行全局事务,协调各
个局部DBMS以完成全局应用,保证数据库的全局一致性。
    DDBMS的一种简化了的组成模块如图5-1所示。
    3.分布式数据库系统
    分布式数据库系统(Distributed Database System,DDBS)由DDB和DDBMS组成,其要
点是系统中的数据物理上分布存放在通过计算机网络连接的不同站点的计算机中,这些数据在
逻辑上是一个整体,由系统统一管理并被全体用户共享,每一个站点都有自治即独立处理能力
以完成局部应用,而每一站点也参与至少一种全局应用,并且通过网络通信子系统执行全局
应用。
    集中式数据库系统由计算机系统(硬件和操作系统及应用软件系统)、数据库、数据库管
理系统和用户(一般用户与数据库管理员)组成,而分布式数据库系统则在此基础上结合自身
特点进行了扩充。
    ①数据库分为局部数据库(LDB)和全局数据库(GDB)。
    ②数据库管理系统分为局部数据库管理系统(LDBMS)和全局数据库管理系统
(GDBMS)。
    ③用户分为局部用户和全局用户。
    ④数据库管理员分为局部数据库管理员(LDBA)和全局数据库管理员(GDBA)。



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