1.4.2 数据库系统的体系结构

数据库系统的体系结构受所运行的计算机系统的影响很大，尤其受计算机体系结构中的联网、并行和分布等因素的影响。

计算机联网可以使某些任务在服务器系统上执行，而另一些任务在客户机系统上执行。这种工作任务的划分导致了客户/服务器结构数据库系统的产生。

在一个组织机构的多个节点或部门间对数据进行分布，可以使数据存放在最需要它们的地方，同时仍能被其他节点或其他部门访问。分布式数据库系统用于处理地理上或管理上分布在多个数据库系统中的数据。

计算机系统中的并行处理能够加速数据库系统的运行，对事务做出更快速的响应，并且在单位时间内处理更多的事务。查询能够以一种充分利用计算机系统所提供的并行性的方式来处理。并行查询处理的需求导致了并行数据库系统的产生。

下面从传统的集中式系统开始，分别介绍客户/服务器结构的数据库系统、分布式结构的数据库系统和并行数据库系统。

1. 集中式系统

现代通用的计算机系统包括一个或多个CPU及若干个设备控制器，它们通过公共总线连接在一起，但却提供对共享内存的访问，如图1-24所示。

数据库系统按计算机的使用方式，可分为单用户系统和多用户系统两类。

在单用户系统中，通常只有一个CPU和一至两个硬盘，整个数据库系统包括应用程序、DBMS和数据，它们都安装在一台计算机上，由一个用户独占，不同计算机之间不能共享数据。这属于早期的最简单的数据库系统。

多用户系统有更多的硬盘和更多的存储器，可能有多个CPU，并且有一个多用户操作系统。

2. 客户/服务器结构的数据库系统

由于个人计算机的速度更快、功能更强、价格更低，因此集中式体系结构发生了变化，连接到集中式系统的终端被个人计算机代替。以前由集中式系统直接执行的用户界面功能也越来越多地由个人计算机来处理。此时，集中式系统起服务器系统的作用，能满足客户机系统产生的请求。客户/服务器系统的一般结构如图1-25所示。

客户/服务器结构的数据库系统将DBMS的功能和应用区分开了，它在网络中的某个计算机上专门执行DBMS的功能，这样的计算机称为数据库服务器。其他节点上的计算机安装DBMS的外围应用开发工具，支持用户的应用，这些计算机称为客户机。

3. 分布式结构的数据库系统

在分布式结构的数据库系统中，数据库的数据存储在几台计算机中。分布式系统中的计算机之间通过网络或电话线等各种通信媒介互相通信。分布式系统中的计算机规模和功能可大可小，小到工作站，大到大型机系统。一般的分布式系统结构如图1-26所示。

分布式结构的数据库是指数据库中的数据在逻辑上是一个整体，但在物理上是分布在计算机网络的不同节点上的。

所谓分布式，是指数据不是存放在同一位置，而是分布在网络的各节点上的方式，所以它是计算机网络发展的必然产物。计算机网络中的每个节点都可以独立处理本地数据库中的数据，执行局部应用，也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数据，执行全局应用。

该系统主要用于处理地理上或管理上分布在多个数据库系统中的数据。相比主从式结构的数据库系统它的可靠性更高，因为一个节点的故障并不影响整个系统的正常运行。

4. 并行数据库系统

并行数据库系统由通过高速互联网络连接在一起的多台处理器和多个磁盘构成。并行系统通过并行地使用多个CPU和磁盘来提高处理速度和I/O速度。并行计算机正变得越来越普及，也使并行数据库系统的研究变得越来越重要。有些应用需要在每秒钟处理大数量的事物，这样的需求推动了并行数据库系统的发展。

并行数据库体系结构包括共享内存、共享磁盘、无共享和层次的体系结构。这些体系结构在可扩展性和通信速度方面各有所长。