数据库系统原理与实践 课件 1.3 数据库应用系统

1.3数据库应用系统了解数据库应用系统类型理解数据库应用系统架构理解数据库应用系统生命周期【本节学习目标】一、数据库应用系统数据库应用系统(DatabaseApplicationSystem,DAS)是一类基于数据库管理系统（DBMS）对数据进行存储、管理，以及访问处理的计算机应用系统。二、数据库应用系统类型1.业务处理系统业务处理系统(TransactionProcessSystem,TPS)是运用数据库应用程序对机构业务活动（如订购、销售、支付、出货、核算等）信息进行记录、计算、检索、汇总、统计等数据处理，为机构操作层面提供基本业务服务，提高业务处理效率的信息系统。

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…2.管理信息系统管理信息系统（ManageInformationSystem，MIS）是一种以机构职能管理为主导，利用计算机软硬件、网络通信、数据库等IT技术，实现机构职能整体信息化管理，以达到规范化管理和提高机构工作效率，并支持机构职能服务的信息系统。人力资源管理信息系统办公管理信息系统CRM管理信息系统ERP管理信息系统…3.决策支持系统决策支持系统（DecisionSupportSystem）是以管理科学、运筹学、控制论和行为科学为基础，以计算机技术、数据库技术、人工智能技术为手段，针对特定领域问题解决，为管理者提供辅助决策服务与方案的信息系统。

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电信业务决策支持系统基于大数据的地震救灾决策支持系统…三、数据库系统应用场景示例OLTP（OnLineTransactionProcessing，联机事务处理）

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…OLAP（OnLineAnalyticalProcessing，联机分析处理）

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…项目OLTPOLAP处理粒度细节数据多维度、多粒度的综合数据时效性处理当前数据处理过去数据数据更新需求可更新一般情况，无需更新操作可预知性操作需求事先可知道操作需求事先可能不知道实时性对性能要求高，响应毫秒级、秒级对性能要求相对宽松，响应秒级、分钟级数据量一个时刻操作一条或几条记录，数据量小一个时刻操作整个数据集合，数据量大驱动方式事务驱动分析驱动应用类型面向应用面向分析应用场景支持日常运营支持管理需求典型应用银行核心系统、信用卡系统CRM客户关系管理、欺诈风险管理OLTP和OLAP对比四、数据库应用系统架构在不同应用需求场景中，数据库应用系统架构实现方案应是不同的。数据库应用系统架构集中式架构分布式架构客户/服务器架构浏览器/服务器架构分组分片主备主从多主单机架构1.单机架构用户操作系统OSApplicationDatabase单主机特点:

在单机架构系统中，数据库应用系统各组件都部署在一台主机上运行，数据库与用户应用程序紧耦合在一起。优缺点:结构简单，易于维护，但终端用户增加到一定数量后，服务器将成为数据存取访问的瓶颈，也无法实现数据库应用的扩展。2.客户/服务器架构特点:数据库应用系统的数据集中在数据库服务器管理、应用分布在客户机处理。客户端应用程序通过网络访问数据库服务器中的数据库。优缺点:在客户/服务器架构系统中，客户机程序与数据库服务器分工进行数据处理，提高了系统的负载分担能力；但仍会因大量客户端并发访问数据库服务器，导致系统性能瓶颈；应用维护与发布管理较困难。3.浏览器/服务器架构特点:应用系统各组件均部署在服务器上运行，数据集中管理、应用分布处理。客户机只需要使用浏览器通过互联网访问数据库应用系统。优缺点:应用系统通过各层服务器分担处理任务，可支持系统处理能力水平扩展；用户在任何地点使用浏览器均可方便访问数据库应用系统；系统功能维护与升级均在服务器端完成，非常方便实现系统更新维护；但系统成本会增加。4.分布式架构特点：分布式结构的数据库系统有多个DBMS服务器，实现数据分布处理。各DBMS服务器节点数据库在逻辑上是一个整体，但物理分布在不同服务器节点上运行。每个DBMS服务器通过网络既支持多个本地客户机访问，也支持远程客户机访问。网络中的每一个数据库服务器都可以独立地存取与处理本地数据，并执行全局应用。

优缺点:分布式架构数据库系统适合跨地区的大型机构及企业等组织对数据库应用的需求，其处理性能强；但数据库的分布处理与维护有一定的开销与技术难度。主机(Master)备机(Backup)数据同步Application应用数据读写（1）分布式-主备机架构特点:数据库同时在两台服务器上部署，其中承担数据读写服务的服务器称为“主机”，另一台数据库服务器称为“备机”。优缺点:相对集中式架构提升了数据库服务器容错性；但备机资源通常情况下无法利用，性能压力还是集中在单机上，无法解决性能瓶颈问题；当出现故障时候，主备机切换需要一定的时间完成。（2）分布式-主从式架构主机(Master)从机(Slaves)数据复制Application应用Write操作Read操作特点:主机、从机均对外提供数据访问服务，主机负责数据库写访问，从机负责数据库读访问；主从机之间需要通过数据复制来实现数据同步。优缺点:提升资源利用率，适合读多写少的应用场景；从机扩展比较灵活，可提高数据库读取数据速度。主机数据同步到从机会有一定延迟，所以应用必须能够容忍短暂的数据不一致性；主机存在单点故障问题，并且数据库写操作的性能压力还是集中在主机上。（3）分布式-多主架构主/从主/从主从复制Application应用读写操作特点:数据库系统有多个数据库服务器，它们之间互为主从。优缺点:可避免单点故障风险；提升数据库写性能。数据库节点数量增加会导致数据同步问题变得极为复杂；各节点之间数据复制会带来更多时间延迟。（4）分布式-共享存储多主架构节点1节点2Application应用节点3共享存储设备特点:一种特殊的多主架构，各数据库服务器共享数据存储，而多个服务器实现均衡负载。优缺点:提供高可用数据访问服务，水平扩展节点能够增加整体数据库系统并行处理能力。但当存储器接口带宽达到饱和时，即便增加节点并不能获得更高的访问性能。（5）分布式-分片架构特点:一个表中数据分散在多个节点上存储，多个节点都拥有相同的数据库结构，但不同分片的数据之间没有交集，所有分片数据的并集构成表中数据总体。优缺点:提升了数据库系统可扩展性、性能、可用性；但增加了数据库管理难度，数据库系统成本上升。Hash值List值Range区间col1col2,…DN1shard表T2T2.p1value1value2value3valuen……data1data2data3datan……(Hash、区间、List）DN2T2.p2DN3T2.p3DN4T2.p4DN5T2.p5shardshardshardshard分片字段函数映射特点单机主备主从多主分片高可用性差一般较好好好读写性能依赖于单主机的硬件性能瓶颈。依赖于单主机的硬件性能瓶颈。利用读写分离，写性能受主机限制，读性能可以通过增加从机数量来提升并发能力。多个主机能够同时提供读写服务，具备较好的读写能力。Shared-Nothing架构提供了出色的分布式计算能力，具备强大的并行处理能力。数据一致性不存在数据一致性问题。利用数据同步机制在主备机之间进行同步，存在数据延迟问题和数据丢失风险。同主备模式，而且随着从机数量的增加，数据延迟问题和数据丢失风险更为突出。多主机之间需要进行数据双向同步，所以容易产生数据不一致问题。但对于Shared-Disk架构不存在数据一致性问题。基于sharding技术，数据分散在各节点上，节点之间不需要数据同步，所以不存在数据一致性问题。可扩展性只能纵向扩展，会遇到单机硬件性能瓶颈。只能纵向扩展，同样遇到单机硬件性能瓶颈。从机可以通过横向扩展来提升并发读能力。扩展性好，但是主机数量增加，会导致数据同步的复杂性急剧升高。理论上可以实现线性扩展，扩展性最好。不同数据库架构特性对比五、数据库应用系统生命周期1.需求分析系统分析人员与用户交流，利用软件工程方法获取系统数据需求信息，并采用需求模型定义系统数据组成，及其数据字典。2.系统设计系统设计人员根据系统功能和性能需求，对数据库系统架构、数据库模型进行设计，包括数据库架构、概念数据模型、逻辑数据模型和物理数据模型设计。3.