分布式数据库设计报告

1、分布式数据库设计报告案例：书店管理信息系统学号：专业：姓名：1需求分析 错误！未定义书签1.1案例背景 错误！未定义书签1.2系统功能需求 错误！未定义书签1.3系统数据流图 错误！未定义书签2分布式数据库设计 错误！未定义书签2.1设计目标 错误！未定义书签2.1.1总体设计目标 错误！未定义书签2.1.2总店设计目标 错误！未定义书签2.1.3分店设计目标 错误！未定义书签2.2概念结构设计 错误！未定义书签2.3逻辑结构设计 错误！未定义书签2.4分片设计 错误！未定义书签2.5分配设计 错误！未定义书签2.6物理设计 错误！未定义书签3总结 错误！未定义书签书店管理系统分布式数据库设计

2、1 需求分析要对书店管理信息系统进行分布式数据库设计， 首先应了解该案例的背景信 息，掌握系统功能需求， 根据系统的具体业务需求判断数据的具体流向， 然后在 此基础上对整个系统进行分布式数据库设计，以满足客户需求。1.1 案例背景随着书店效益的增加， 书店规模越来越大， 分店数量越来越多， 这就要求书 店管理信息系统应具备分布式管理数据的能力。 传统的书店管理系统采用集中式 的数据管理方式， 主要有两种形式： 一是各个分店各自存储自己的数据信息， 各 家分店之间没有数据关联， 数据存储分散， 而且冗余量大， 经常出现数据不一致 的问题，不易于统一管理及数据库的维护； 二是各个分店由一个总店数据

3、库保存 数据信息，各个分店联网登录该总数据库存储数据， 这样经常造成数据访问瓶颈， 造成资源利用率低下， 而且效率较低。 因此，对传统的书店管理信息系统进行数 据库的分布式设计已成为此类用户的迫切需求。1.2 系统功能需求 书店分布式数据管理是由物理上分布在一个城市的许多书店销售点组成的， 包括由一个总店和其下属的多个分店。 每个店面都是一个独立的场地， 每个场地 上都有属于自己的局部业务应用， 同时也能够支持全局的业务应用。 本系统在总 体上要实现的功能包括库存管理、进货管理、批发销售、磁卡管理、退货管理、 结算、查询统计等功能。通过以上分析，书店管理信息系统根据用户的需求， 总体上需满足以

4、下要求：（1）系统用户基本设置功能：主要包括客户、分店负责人、营业员及管理员 的不同权限设置功能、密码设置、更改功能等。（2）图书信息管理功能：主要包括图书类别管理和图书书号、书名、作者、 以及库存量等基本信息的录入、修改、删除、查询及报表生成等功能。（3）员工信息管理系统：主要包括对书店员工基本信息的增加、修改、删除 和查询以及报表生成功能，记录书店员工绩效与职责，薪资水平等。（4）进销存管理功能：主要包括供应商管理，记录各个分店库存状况，统计总库存量，以及各分店的销售情况和图书供求状态。（5）会员管理功能：包括会员客户基本信息的管理，客户订单管理功能，各 个会员基本情况管理，包括记录会员生

5、日信息，会员卡消费状况等。1.3系统数据流图传统书店采用集中式数据管理，数据库中存放各类图书信息，供应商信息，会员信息以及员工信息等数据。顾客购书时，给出顾客会员编号，销售人员操作 系统，从数据库中调出该图书详细信息，并更改信息，售书完毕。当藏书量不足 时，采购人员根据供应商信息采购图书。 同时，系统管理人员管理数据库信息并 进行系统维护。其系统数据流图如图 1所示：图1系统总数据流图2分布式数据库设计分布式数据库系统是数据库系统与计算机网络相结合的产物，它具备三方面的特点：一是物理分散性，即数据分散存储在各个不同的场地上； 二是逻辑整体 性，即分散的数据库在逻辑上是一个整体， 在逻辑上就好像

6、是一个集中的数据库 系统；三是场地自治性，即各个场地上的数据由本地的数据库管理系统 DBM管理, 具有自治的处理能力，能够独立完成本站点的局部业务应用。2.1设计目标2.1.1总体设计目标根据分布式数据库设计的总体要求， 结合本书店案例的具体业务需求，该案 例的总体设计目标如下：（1）安全性：包括保证网络安全、数据库安全、审计安全、磁卡安全等。（2）配置方便：分布式数据库是物理上分散的，逻辑上统一的数据库系统。其地理位置分散且实现复杂，系统的初始配置也比较繁琐。而且系统采用C/S模式，这就要求其在配置上尽可能的简单。（3）可扩充性：该分布式数据库的设计必须保证一定的可扩充性，以满足 业务发展的

7、需求， 当系统增加分店时， 必须保证系统能够方便的将其加入， 而并 不需要修改源程序。（4）可靠性：针对系统运行时可能遇到的各种软硬件故障，分布式数据库 应提供一定的系统恢复机制和数据备份功能，使故障发生时遭受的损失最小。（5）可维护性：分布式数据库的设计必须保证可维护性，保证系统中数据 的一致性、完整性，充分避免数据的冗余，使数据得到充分利用。2.1.2 总店设计目标 分布式数据库系统是地理上分散而逻辑上集中的数据库系统， 它通过计算机 网络将地理位置上分散的各个局域节点连接起来， 共同组成一个逻辑上统一的数 据库系统。 该案例中的总店在整个分布式数据库系统中处于核心的地位， 它包括 基本信

8、息维护子系统，采购子系统，库存子系统，销售子系统，磁卡管理子系统 以及查询子系统。根据系统的需求分析及总店具备的相应功能， 依据该分布式数据库的设计目 标，在本案例中定义总店存储该书店所有店面的员工信息、 本店的会员信息， 存 储各个书店的藏书信息，各个店面的信息，以及各个店面的供应商信息。2.1.3 分店设计目标 分店的设计更趋向于局部应用， 同时要保证支持全局应用。 本书店案例中的 分店的数据库系统仅包括局部销售管理子系统和磁卡管理子系统。 其中，分店的 供应商信息以及采购管理均统一由总店管理， 以保证总店对各个分店的有效控制 与支配，当分店库存不足时，由总店为分店采购图书并统一配货。根据

9、分店具备的具体功能和业务需求， 在本案的设计中定义各个分店只存储 本分店的员工信息， 本分店的会员信息， 本分店的藏书信息以及各个店面的信息。2.2 概念结构设计概念结构设计是整个数据库设计的关键。 概念结构是对现实世界的一种抽象， 所谓抽象是对实际的人、物、事和概念进行人为处理，抽取所关心的共同特性， 忽略非本质细节， 并把这些特性用各种概念精确地加以描述， 这些概念组成了某 种模型，描述概念模型的有力工具是 E-R模型，这种E-R模型能够说明实体间语 义的联系。在本案例中，定义的实体包括图书、店面、供应商、员工以及会员。其实体属性图分别图2-图6所示:图2图书实体属性图图3店面实体属性图图

10、4供应商实体属性图图6会员实体属性图根据系统的业务需求，该分布式数据库系统的总体E-R图如图7所示。其中, 分店与总店均各自销售图书，管理各自会员信息。分店负责人负责分店的管理， 总店负责人负责总店的管理，总店负责给分店配货，总店负责联系供应商进行采 购管理，而分店不参与采购书籍。图7分布式数据库系统总体 E-R图2.3逻辑结构设计逻辑结构设计就是把概念结构设计阶段设计好的 E-R图转换为与数据模型 相符合的逻辑结构，将E-R图转化为关系模式实际上就是将实体型、 实体的属性 和实体之间的联系转换为关系模式。但是首先要规范化数据的存储结构，因为任 何一个数据库都不可能是一层不变的，而是在经常地变

11、化着。由于应用的需要， 随时可能要求修改数据库。这就要求在对数据进行插入、修改和删除时，尽可能 消除产生的相互影响，在引进新的数据时，尽可能减少对原有的数据结构的修改， 从而减少对应用程序的影响。因为修改一个处理逻辑要比修改一个数据存储的结 构容易，所以要用规范化方法设计数据存储结构， 提高数据的完整性、一致性和 可修改性。本系统中将数据的数据结构转换成第三规范化形式，首先把所有的有重复数 据组项的数据结构分解成若干二维表形式的数据结构，指定一个或若干数据元素 作为关键字，唯一标识每个元组，这样就将非规范化的数据结构转换成第一规范 化形式。再确保所有的非关键字数据元素都完全函数依赖于整个关键字

12、，消除某些数据元素部分函数依赖于整个关键字，这就将第一规范化形式转换成了第二规 范化形式。最后检查所有的非关键字数据元素是否彼此独立，如果不是，消除传递依赖关系，通过去掉冗余的数据元素或用分解的办法，转换成若干满足这种要求的数据结构，这就将第二规范化形式转换成了第三规范化形式。本系统中m:n的联系转换成关系模式时，把与该联系相连的各实体的主码以 及联系本身的属性均转换为关系的属性，各实体的主码组成关系的主码或关系主 码的一部分。对于1:n的联系，将1端对应的主码转换为n端的外码。另外，本 系统对于具有相同码的关系模式进行合并，如系统总体E-R图中，出现的两个m:n关系的联系“订购”，在对其进行

13、关系模式转化时，将得到的两个具有相同 码的关系模式合并为一个关系模式“订购项目”。通过以上分析，结合系统总体E-R图，本系统中的实体、实体的属性和实体 之间的联系可转化为如下关系模式：图书（编号，藏书单位，书名，作者，出版社，书目类别，定价，数量）店面（店面编号，地址，店长，联系电话，开业时间，店面等级） 供应商（编号，负责人姓名，地址，电话，供应店面，单位名称） 员工（编号，姓名，性别，电话，家庭地址，出生年月，单位编号，职位） 会员（编号，姓名，性别，电话，年龄，家庭地址，所属店铺） 订购项目（会员编号，图书编号，藏书单位，定价，数量）根据本案例系统的要求和转换的关系模式建立一个数据库，数

14、据库中各个表 的结构设计结果如表1到表6所示。表1 图书信息表列名数据类型长度可否为空注释编号数字30N主键藏书单位数字30N主键书名文本50N作者文本50N出版社文本50N书目类别文本50N定价数字30N数量数字30N表2 员工信息表列名数据类型长度可否为空注释编号数字30N主键姓名文本50N性别文本50N电话文本50N家庭住址文本50N出生年月日期/时间30N单位编号数字30N职位文本50N表3 会员信息表列名数据类型长度可否为空注释编号数字30N主键姓名文本50N性别文本50N电话文本50N年龄数字30N家庭地址文本50N所属店铺数字30N表4供应商信息表列名数据类型长度可否为空注释编号

15、数字30N主键负责人姓名文本50N地址文本50N电话文本50N供应店面文本50N单位名称文本50N表5店面信息表列名数据类型长度可否为空注释店面编号数字30N主键地址文本50N店长文本50N联系电话文本50N开业时间日期/时间30N店面等级文本50N表6订购项目信息表列名数据类型|长度|可否为空|注释会员编号数字30N主键图书编号数字30N主键藏书单位数字30N主键定价数字30N数量数字30N本书店案例的逻辑结构设计应用了规范化理论，对数据模型进行了优化，得到的关系模式满足第三范式要求。本案例的以下设计均是在此逻辑设计结构的基 础上展开，并应用于各个场地。通过以上各个表的逻辑设计结构，可以按照

16、用户需求添加元组，得到实际用 户视图，但是本案例为书店管理信息系统的分布式数据库设计，需要根据各个表 的逻辑结构，结合书店的地理位置以及分布式设计需求，对关系进行分片设计， 即对数据进行分片存储，以便于分布地处理数据，解决传统的集中式处理方式存 在的不足之处，以下详细讨论本案例的分片设计过程。2.4分片设计分片是把一个全局对象细分为若干个逻辑片段的过程。有两种基本的数据分 片方法，水平分片与垂直分片。水平分片相当于对某一全局对象的实例进行选择 而得到的子集；垂直分片相当于对全局对象在其属性集上进行投影操作。根据以上分析，对本案例得到的逻辑关系模式进行分片设计。 根据总店设计 与分店设计原则可知

17、，以“图书”关系为例，总店存储所有书店的藏书信息，分 店仅存储本分店的藏书信息，所以对于“图书”关系，以其属性“藏书单位”的 不同取值为分片条件，对其进行水平分片，以得到不同的逻辑片段。在本案例中，设有1家总店，2家分店，总店的“藏书单位”属性取值为0， 分店的“藏书单位”属性取值分别为1和2。其中“图书”关系表的部分元组如 表7所示，由总店存储该“图书”关系总表。表7图书关系中部分元组编号藏书单位书名作者出版社书目类别定价数量00010丰乳肥臀莫言工人出版社当代小说5010000020分布式数据库申德荣、于戈机械工业出版社教材352000021分布式数据库申德荣、于戈机械工业出版社教材351

18、500022分布式数据库申德荣、于戈机械工业出版社教材352200030计算机网络谢希仁电子工业出 版社教材3020000031计算机网络谢希仁电子工业出 版社教材3211000032计算机网络谢希仁电子工业出 版社教材3215000040自然辩证法陈昌曙东北大学出版社教材502500051志摩的诗徐志摩工人出版社诗集401000062猛虎集徐志摩工人出版社诗集2522该关系表中有6种图书，分别为丰乳肥臀、分布式数据库、计算机网 络、自然辩证法、志摩的诗和猛虎集，各种图书的藏书单位不同，比 如，丰乳肥臀只有总店出售，而分布式数据库在总店与两家分店均出售。所以对于“图书”关系进行水平分片设计，可

19、以得到如下内容：分片属性：藏书单位分片条件：藏书单位=0;藏书单位=1;藏书单位=2各个子关系的内容分别如表8到表10所示。其中，由各个分店分别存储属 于各自店面的分片关系。表8总店的图书编号藏书单位书名作者出版社书目类别定价数量00010丰乳肥臀莫言工人出版社当代小说5010000020分布式数据库申德荣、于戈机械工业出 版社教材352000030计算机网络谢希仁电子工业出 版社教材3020000040自然辩证法陈昌曙东北大学出 版社教材5025表9分店1存储的图书关系编号藏书单位书名作者出版社书目类别定价数量00021分布式数据库申德荣、于戈机械工业出版社教材351500031计算机网络谢

20、希仁电子工业出 版社教材3211000051志摩的诗徐志摩工人出版社诗集4010表10分店2存储的图书关系编号藏书单位书名作者出版社书目类别定价数量00022分布式数据库申德荣、于戈机械工业出版社教材352200032计算机网络谢希仁电子工业出 版社教材3215000062猛虎集徐志摩工人出版社诗集2522其中，各个分片与总表的关系模式相同，即表2-表4均与表1的关系模式相 同；而且各表的并集就是总的“图书”关系表；各个分片之间的交集为空，所以 满足分片定义，而且满足总店设计与分店设计要求。按照总店设计与分店设计要求，总店与分店均存储各个店面的信息，以方便 各个店面的联系。所以对“店面”关系不

21、需要进行分片设计，各个场地分别进行 复制存储。其店面关系的部分元组如表 11所示：表11店面关系中部分元组店面编号地址店长联系电话开业时间店面等级0东北大学胡春艳5年甲等1望湖路刘迪3年甲等2文化路唐芳2年乙等按照总店设计与分店设计要求，只有本店存储各个店面的供应商信息， 所以 对“供应商”关系不需要进行分片设计，只在总店存储其关系总表。“供应商”关系的部分元组如表12所示：表12供应商关系中部分元组编号负责人姓名地址电话供应店面单位名称100王雪东北大学书店总店阳光出版社101单子齐沈北书店总店东大打印社102刚毅凝皇姑书店总店新华书店按照总店设计与分店设计要求，总店存储所有店面的员工信息，

22、各个分店只 存储自己的员工信息，所以对于“员工”关系，以“单位编号”为分片属性，按 照单位编号=0,单位编号=1,单位编号=2的条件对“员工”关系进行水平分片， 其中“员工”关系的部分元组如表13所示，各个分片关系表如表14到表16所 示。其中，总店存储员工关系总表，各个分店存储属于各自店面的分片关系。表13员工关系中部分元组编号姓名性别电话家庭地址出生年月单位编号职位2001胡春艳女东北大学1989. 100店长2002张红女东北大学1980. 10店员2003刘迪女沈北新区1988. 101店长2004李亚曼女浑南1989. 101店员2005唐芳女沈河区1989. 102店长2006郭军

23、男铁西区1982. 102店员表14总店的员工关系编号姓名性别电话家庭地址出生年月单位编号职位2001胡春艳女东北大学1989. 100店长2002张红女东北大学1980. 10店员表15分店1存储的员工关系编号姓名性别电话家庭地址出生年月单位编号职位2003刘迪女沈北新区1988. 101店长2004李亚曼女浑南1989. 101店员表16分店2存储的员工关系编号姓名性别电话家庭地址出生年月单位编号职位2005唐芳女沈河区1989. 102店长2006郭军男铁西区1982. 102店员对“会员”关系进行分片设计，以“所属店铺”为分片属性，按照所属店铺=0,所属店铺=1,所属店铺=2的条件进行

24、分片。其中，各个店面分别存储自己 的会员信息，即总店仅存储总店的会员信息，各个分店仅存储各个分店的会员信息，其总逻辑关系的部分元组如表17所示，各个分片关系如表18到表20所示表17 会员关系中部分元组编号姓名性别电话年龄家庭地址所属店铺3001高林女28东北大学03002苗月女50皇姑03003刘迪女22铁西13004江龙男45浑南新区13005杜丹丹女34北二路23006金鑫男36望湖路2表18总店存储的会员关系编号姓名性别电话年龄家庭地址所属店铺3001高林女28东北大学03002苗月女50皇姑0表19分店1存储的会员关系编号姓名性别电话年龄家庭地址所属店铺3003刘迪女22铁西1300

25、4江龙男45浑南新区1表20分店2存储的会员关系编号姓名性别电话年龄家庭地址所属店铺3005杜丹丹女34北二路23006金鑫男36望湖路2按照总店设计与分店设计原则，仅由总店存储订购项目关系，所以对于“订购项目”关系不需要分片设计，其关系的部分元组如表21所示：表21订购项目关系中部分元组会员编号图书编号藏书单位定价数量3001000103023001000113013003000312513004000525013005000312023007000722023009000302513004000305032.5分配设计根据系统的功能需求，结合以上分析，在本案例中，图书关系、员工关系以及会员

26、关系分为3个子关系，其中，会员关系为非复制型分配，即各个店面分别 存储自己的会员信息，所以会员关系属于数据分割型存储。 而供应商关系与订购 项目关系只存储在总店，所以它们也属于非复制型分配。而对于图书关系和员工 关系来说，由于各个分店只存储自己的员工信息与藏书信息， 而总店存储所有店 面的员工信息和藏书信息，所以图书关系与员工关系均属于复制型存储。其具体 的分配模型如图8所示：图书员工会员图8分配设计模型2.6物理设计数据库性能的好坏很大程度上取决于数据库的物理设计，而不仅仅是关系模 式设计的好坏和SQL语句写的好坏。通常关系数据库物理设计的内容包括：为关 系模式选取存取方法，设计关系和索引等数据库文件的物理存储结构。数据库系统是多用户共享的系统，对同一个关系要建立多条存取路径才能够 满足多用户的多种应用要求。物理设计的第一个任务就是要确定选择哪些存取方 法，即建立哪些