第一章數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

1、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述1.1信息、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理一、四個基本概念數(shù)據(jù)(data)數(shù)據(jù)庫(database)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(dbms)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(dbs)1、數(shù)據(jù)信息：客觀世界屮事物的存在方式和運動狀態(tài)及其變化的反映，是客觀事物之間相互聯(lián) 系和相互作用的表征。廣義上講，數(shù)據(jù)是描述客觀事物的符號記錄，或者說是是對信息的符號化表示(如數(shù)字、 文字、圖形、圖象、聲音等)。狹義上講，能夠進入計算機并被計算機處理的信息就是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)與信息的聯(lián)系：數(shù)據(jù)是信息的載體，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵。同一信息町以有不同的數(shù) 據(jù)表示形式，而同一數(shù)據(jù)也可能有不同的解釋。2、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫的定義數(shù)據(jù)庫(database,db)是長期儲存在計

2、算機內(nèi)、有結(jié)構(gòu)的、可共享的數(shù)據(jù)集合包括用戶數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(數(shù)據(jù)字典)數(shù)據(jù)庫的特征數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲可為不同應用服務(wù)，為各種用戶提供共享冗余度較小易擴展數(shù)據(jù)獨立性較高人們收集并抽取出一個應用所需要的大量數(shù)據(jù)z后，應將其保存起來以供進一步加工 處理，進一步抽取有用信息3、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(database management system,簡稱dbms)是位丁丿ij戶與操作 系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。dbms的主要功能：數(shù)據(jù)定義功能提供數(shù)據(jù)定義語言(ddl)；定義數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象數(shù)據(jù)操縱功能：捉供數(shù)據(jù)操縱語言(dml)操縱數(shù)據(jù)；實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的基木操作(查詢、

3、 插入、刪除和修改)數(shù)據(jù)庫的運行管理：安全性控制；完整性控制；多用八對數(shù)據(jù)的并發(fā)使用時的并發(fā)控制 數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能：數(shù)據(jù)批量裝載、轉(zhuǎn)儲，介質(zhì)故障恢復，數(shù)據(jù)庫的重組織，性能監(jiān)視、 分析等4、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(database system,簡稱dbs)是指在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的 系統(tǒng)構(gòu)成。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成計算機系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）用戶用戶 用戶 用戶據(jù)庫管理系元a|數(shù)據(jù)庫卒理員圖ii數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)管理：對數(shù)據(jù)進行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展過程：人工管理階段（40年代小-50年代中）：數(shù)據(jù)面向某-

4、應用程序文件系統(tǒng)階段（50年代末-60年代中）：數(shù)據(jù)面向某一應用程序數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段（60年代末現(xiàn)在）：數(shù)據(jù)獨立性高；dbms對數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理 與控制數(shù)據(jù)獨立性：數(shù)據(jù)獨立性是指數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)文件應用程序打數(shù)據(jù)木身的組織及存儲結(jié)構(gòu)相互 分離、彼此獨立。物理獨立性指用戶的應用程序與存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是相互獨立的。 當數(shù)據(jù)的物理存儲改變了，應用程序不用改變。邏輯獨立性指用戶的應用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨立的。數(shù)據(jù)的邏輯 結(jié)構(gòu)改變了，用戶程序也可以不變。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段應用程序與數(shù)據(jù)的對應關(guān)系:1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是具有數(shù)據(jù)庫管理功能的計算機系統(tǒng)；dbs二計算機系統(tǒng)+db+db

5、ms 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型是現(xiàn)實世界某些特征的模擬和描述。數(shù)據(jù)庫支持的數(shù)據(jù)模型均是由客觀實體到數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的抽象美國國家標準協(xié)會（ansi）提出數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)二個展本模型：外部模型（概念模型）、 結(jié)構(gòu)模型、內(nèi)部模型三種數(shù)據(jù)模型的抽象層次 通過dbms的數(shù)據(jù)定義語言（data definition language,即ddl ）技術(shù)定義后的數(shù) 據(jù)模型稱為模式。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)三級模式結(jié)構(gòu)二級映象功能一、三級模式結(jié)構(gòu)三級模式：模式、外模式、內(nèi)模式。分別與數(shù)據(jù)模型三種抽彖層次對應。1、模式（schema）公共邏輯模式數(shù)據(jù)庫111全休數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)的描述所有用八的公共數(shù)據(jù)視圖，綜合了所有用八的需求

6、。與數(shù)據(jù)的物理存儲細節(jié)和喚件環(huán)境無關(guān)打具體的應用程序、開發(fā)工具及高級程序設(shè)計語言無關(guān)2、外模式（external schema）用戶模式數(shù)據(jù)庫川戶（包括應川程序員和最終用戶）使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)的描述數(shù)據(jù)庫用八的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示每個用戶只能看見和訪問所對應的外模式中的數(shù)據(jù)模式與外模式的關(guān)系：一對多外模式通常是模式的子集一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式。反映了不同的用戶的應用需求、看待數(shù)據(jù)的方式、對數(shù) 據(jù)保密的要求對模式小同一數(shù)據(jù)，在外模式小的結(jié)構(gòu)、類型、長度、保密級別等都可以不同外模式與應用的關(guān)系：一對多同一外模式也可以為某一用八的多個應用系統(tǒng)所使用一個應用程序只能使用

7、一個外模式3、內(nèi)模式（internal schema）存儲模式是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式記錄的存儲方式（順序存儲，按照b樹結(jié)構(gòu)存儲，按hash方法存儲） 索引的組織方式數(shù)據(jù)是否壓縮存儲數(shù)據(jù)是否加密一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式數(shù)揭?guī)煜到y(tǒng)白勺三級模吾纟吉木勾三級模式少二級映彖三級模式是對數(shù)據(jù)的三個抽象級別二級映彖在dbms內(nèi)部實現(xiàn)這三個抽彖層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu)和兩級映象可以保障數(shù)據(jù)安全性、完整性和獨立性二、數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)的二級映象1、外模式/模式映象定義外模式與模式z間的對應關(guān)系每一個外模式都對應一個外模式/模式映象映象定義通常包含在各自外模式的描述中外模式/模式映象的用途：保證數(shù)據(jù)

8、的邏輯獨立性當模式改變時，數(shù)據(jù)庫管理員修改有關(guān)的外模式/模式映彖，便外模式保持 不變。應川程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，從而應丿ij程序不必修改，保證了數(shù)據(jù) 與程序的邏輯獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。2、模式/內(nèi)模式映象模式/內(nèi)模式映象定義了數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)之間的對應關(guān)系。例如，說明邏輯記錄和字段在內(nèi)部是如何表示的數(shù)據(jù)庫中模式/內(nèi)模式映彖是唯一的該映象定義通常包含在模式描述屮模式/內(nèi)模式映象的用途：當數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)改變了（例如選用了另一種存儲結(jié)構(gòu)），數(shù)據(jù)庫管理員修改 模式/內(nèi)模式映象，使模式保持不變。應丿ij程序不受影響。保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨立性。三、數(shù)據(jù)

9、庫應用系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 集中式（主從式）結(jié)構(gòu)：一個主機帶多個終端的多用戶結(jié)構(gòu)優(yōu)點易于管理、控制與維護。缺點當終端用戶數(shù)目增加到一定程度后，主機的任務(wù)會過分繁重，成為瓶 頸，從而使系統(tǒng)性能下降。系統(tǒng)的可靠性依賴主機,當主機出現(xiàn)故障時，整個系統(tǒng)都不能使用。集中式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主機分布式結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在邏輯上是一個整體，但物理上分布在計算機網(wǎng)絡(luò)的不同 結(jié)點上優(yōu)點缺點適應了地理上分散的公司、團體和組織對于數(shù)據(jù)庫應用的需求。數(shù)據(jù)的分布存放給數(shù)據(jù)的處理、管理與維護帶來因難。當川戶需要經(jīng)常訪問遠程數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)效率會明顯地受到網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?制約。分布式纟吉構(gòu)的數(shù)據(jù)庫春統(tǒng)客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)：客戶機運行用戶應用程序，

10、向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)處理請求。 c/s結(jié)構(gòu)基木原則是功能分布。用戶端完成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)表示和用戶接口等 功能；服務(wù)器端完成數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)核心功能。 把dbms功能和應用分開網(wǎng)絡(luò)屮某個（些）結(jié)點上的計算機專門用于執(zhí)行dbms功能，稱為數(shù) 據(jù)庫服務(wù)器，簡稱服務(wù)器其它結(jié)點上的計算機安裝dbms的外圍應用開發(fā)工具，用戶的應用系 統(tǒng)，稱為客戶機分類：集中的服務(wù)器結(jié)構(gòu)單服務(wù)器結(jié)構(gòu)。一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，多臺客戶機分布的服務(wù)器結(jié)構(gòu)多服務(wù)器結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)中有多臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器分布的服務(wù)器結(jié)構(gòu)是客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)與分布式數(shù)據(jù)庫的結(jié)合集中的服務(wù)器結(jié)構(gòu)分布的服務(wù)器結(jié)構(gòu)客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點客戶端的用戶請求被傳送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進行處理后，只將 結(jié)果返回給用戶，從而顯著減少了數(shù)據(jù)傳輸量數(shù)據(jù)庫更加開放客戶與服務(wù)器一般都能在多種不同的硬件和軟件平臺上運行可以使用不同廠商的數(shù)據(jù)庫應用開發(fā)工具客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的缺點“胖客戶”問題:相同的應用程序要重復安裝在每一臺客戶機上，從系統(tǒng)總體來看，人人浪費 了系統(tǒng)資源。系統(tǒng)規(guī)模達到數(shù)百數(shù)千臺客戶機，它們的硬件配置、操作系統(tǒng)又常常不同， 耍為每