并行数据库系统-数据库系统概论.PDF

*第十五章 并行数据库系统 15.1 并行数据库系统概述 并行数据库系统是在并行机上运行的具有并行处理能力的数据库系统。并 行数据库系统是数据库技术与并行计算技术相结合的产物。 近年来，计算机系统性能价格比的不断高迫切要求硬件和软件结构的改 进。硬件方面，传统的靠高微处理机速度和缩小体积来高性能价格比的方 法正趋于物理的极限；磁盘技术的发展滞后于微处理机的发展速度，使得磁盘 Ｉ/ Ｏ瓶颈问题日益突出。软件方面，随着应用领域数据库规模的急剧膨胀，数 据库服务器对大型数据库各种复杂查询响应时间和联机事务处理(OLTP)吞吐 量的要求顾此失彼。数据库应用（如 DSS ，OLAP 等）的发展对数据库的性能 和可用性出了更高的要求，能否为越来越多的用户维持高事务吞吐量和低响 应时间已成为衡量 DBMS 性能的重要指标。 随着微处理机技术和磁盘阵列技术的进步，并行计算机的发展十分迅速， 出现了像 Sequent，Tandem ，Teradata 和曙光机这样一些商品化的并行计算机系 统。这些系统使用数个、数十个、甚至成千上百个廉价的微处理机协同工作， 性能价格比远比中大型计算机系统高；而且，更为吸引人的是，这些系统由于 广泛地采用了磁盘阵列技术，增加了 I/O 的带宽， 能有效地缓解应用中的 I/O 瓶颈问题。 并行计算技术利用多处理机并行处理产生的规模效益来高系统的整体性 能，为数据库系统供了一个良好的硬件平台。研究和开发适应于并行计算机 系统的并行数据库系统成为数据库学术界和工业界的研究热点，形成了并行处 理技术与数据库技术相结合的并行数据库新技术。 并行处理技术与数据库技术的结合，具有潜在的可行性。因为关系数据库 模型本身就有极大的并行可能性。关系数据模型中，数据库是元组的集合，数 据库操作实际是集合操作，许多情况下可分解为一系列对子集的操作，许多子 操作不具有数据相关性，因而具有潜在的并行性。 15.2 并行数据库系统的目标 一个并行数据库系统应该实现如下目标： 1. 高性能 并行数据库系统通过将数据库管理与并行处理技术结合，发挥多处理机结 构的优势，从而供比相应的大型机系统要高得多的性能价格比和可用性。例 如，通过将数据库在多个磁盘上分布存储，利用多个处理机对磁盘数据进行并 行处理，从而解决磁盘“I/O ”瓶颈问题。通过开发查询间并行性（不同查询并 行执行）、查询内并行性（同一查询内的操作并行执行）以及操作内并行性（子 操作并行执行）大大高查询效率。 2. 高可用性 并行数据库系统可通过数据复制来增强数据库的可用性。这样，当一个磁 盘损坏时，该盘上的数据在其他磁盘上的副本仍可供使用，且无需额外开销（与 基于日志的恢复不同）。数据复制还应与数据划分技术相结合以保证当磁盘损 坏时系统仍能并行访问数据。 3. 可扩充性 这里，数据库系统的可扩充性指系统通过增加处理和存储能力而平滑地扩 展性能的能力。理想情况下，并行数据库系统应具有两个方面的可扩充性优势： 线性伸缩和线性加速。 其中，线性伸缩比（Linear Scale up ）是指当任务扩大N 倍，系统处理和存 储能力也扩大 N 倍时系统性能不变。 小任务在小系统上的运行时间 线性伸缩比＝────────────────────＝1 大（N 倍）任务在大系统上的运行时间 线性加速比（Linear Speedup ）是指当任务不变而系统处理和存储能力扩大 N 倍时，系统性能也高 N 倍。 小系统上执行一任务的时间 线性加速比＝───────────────────＝N 大（N 倍）系统上执行同一任务的时间 15.3 支持并行数据库的并行结构 从硬件结构来看，根据处理机与磁盘及内存的相互关系可以将并行计算机 分为三种基本的体系结构，并行数据库系统研究一直以三种并行计算结构为基 础，下面分别介绍这三种基本结构，并从性能、可用性和可扩充性等三个方面 来加以比较。 • 共享内存