數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

構(gòu)成數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的各部分組成數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)01層次結(jié)構(gòu)三級模式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)外部體系結(jié)構(gòu)目錄030204基本信息數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是指構(gòu)成數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的各部分組成。根據(jù)不同的角度，其結(jié)構(gòu)分布不相同。層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)從層次結(jié)構(gòu)的角度來分析數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)可以由外至內(nèi)分為四層：應用層、語言翻譯處理層、數(shù)據(jù)存取層和數(shù)據(jù)存儲層(應用層是最外層，數(shù)據(jù)存儲層是最內(nèi)層)。以下介紹每一層的功能特點：(1)應用層：是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與終端用戶和應用程序的界面，負責處理各種數(shù)據(jù)庫應用，如使用結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL發(fā)出的事務(wù)請求或嵌入通用的程序設(shè)計語言的應用程序?qū)?shù)據(jù)庫的請求。(2)語言處理層：由DDL編譯器、DML編譯器、DCL編譯器、查詢器等組成，負責完成對數(shù)據(jù)庫語言的各類語句進行詞法分析、語法分析和語義分析，生成可執(zhí)行的代碼。此外，還負責進行授權(quán)檢驗、視圖轉(zhuǎn)換、完整性檢查、查詢優(yōu)化等。(3)數(shù)據(jù)存取層：將上層的集合操作轉(zhuǎn)換為對記錄的操作，包括掃描、排序、查找、插入、刪除、修改等，完成數(shù)據(jù)的存取、路徑的維護以及并發(fā)控制等任務(wù)。(4)數(shù)據(jù)存儲層：由文件管理器和緩沖區(qū)管理器組成，負責完成數(shù)據(jù)的頁面存儲和系統(tǒng)的緩沖區(qū)管理等任務(wù)，包括打開和關(guān)閉文件、讀寫頁面、讀寫緩沖區(qū)、頁面淘汰、內(nèi)外存交換以及外層管理等。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從系統(tǒng)功能方面來分析數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。一般來說，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應該具備以下功能：數(shù)據(jù)定義，數(shù)據(jù)操縱，數(shù)據(jù)庫運行管理，數(shù)據(jù)組織、存儲和管理，數(shù)據(jù)庫的建立、維護和其他。而實現(xiàn)這些功能就需要相應的程序模塊。以下分別介紹這些相應的程序模塊：(1)數(shù)據(jù)定義模塊：包括DDL翻譯處理程序(包括外模式、模式、存儲模式處理程序)、保密定義處理程序(如授權(quán)定義處理程序)、完整性約束定義處理程序等。這些程序接收相應的定義，進行語法、語義檢查，把它們翻譯為內(nèi)部格式存儲在數(shù)據(jù)字典中。DDL翻譯程序還根據(jù)模式定義負責建立數(shù)據(jù)庫的框架(即形成一個空庫)，等待裝入數(shù)據(jù)。(2)數(shù)據(jù)操縱模塊：包括DML處理程序、終端查詢語言解釋程序、數(shù)據(jù)存取程序、數(shù)據(jù)更新程序等。DML處理程序或終端查詢語言解釋程序?qū)τ脩魯?shù)據(jù)操縱請求進行語法、語義檢查，有數(shù)據(jù)存取或更新程序完成對數(shù)據(jù)庫的存取操作。(3)數(shù)據(jù)庫運行管理模塊：包括系統(tǒng)初啟程序，負責初始化DBMS，建立DBMS的系統(tǒng)緩沖區(qū)，系統(tǒng)工作區(qū)，打開數(shù)據(jù)字典等等。還有安全性控制，完整性檢查、并發(fā)控制、事務(wù)管理、運行日志管理等程序模塊，在數(shù)據(jù)庫運行過程中監(jiān)視著對數(shù)據(jù)庫的所有操作，控制管理數(shù)據(jù)庫資源，處理多用戶的并發(fā)操作等。它們一方面保證用戶事務(wù)的正常運行及其原子性，一方面保證數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性。三級模式結(jié)構(gòu)三級模式結(jié)構(gòu)1975年，美國國家標準協(xié)會/標準計劃和需求委員會(ANSI/SPARC)為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)建立了三級模式結(jié)構(gòu)，即內(nèi)模式、概念模式和外模式。(1)外模式：又稱關(guān)系子模式或用戶模式，是數(shù)據(jù)庫用戶看見的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，即應用程序所需要的那部分數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。外模式是應用程序與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間的接口，是保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個有效措施。用戶可使用數(shù)據(jù)定義語言(DDL)和數(shù)據(jù)操縱語言(DML)來定義數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)和對數(shù)據(jù)庫進行操縱。對于用戶而言，只需要按照所定義的外模式進行操作，而無需了解概念模式和內(nèi)模式等的內(nèi)部細節(jié)。一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式。(2)概念模式：又稱模式/關(guān)系模式/邏輯模式，是數(shù)據(jù)庫整體邏輯結(jié)構(gòu)的完整描述，包括概念記錄模型、記錄長度之間的聯(lián)系、所允許的操作以及數(shù)據(jù)的完整性、安全性約束等數(shù)據(jù)控制方面的規(guī)定。概念模式位于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層，不涉及數(shù)據(jù)的物理存儲細節(jié)和硬件環(huán)境，與應用程序、開發(fā)工具及程序設(shè)計語言無關(guān)。一個數(shù)據(jù)庫只能有一個概念模式。(3)內(nèi)模式：又稱存儲模式，是數(shù)據(jù)庫內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)的描述。它定義了數(shù)據(jù)庫內(nèi)部記錄類型、索引和文件的組織方式以及數(shù)據(jù)控制方面的細節(jié)。一個數(shù)據(jù)庫只能有一個內(nèi)模式。

外部體系結(jié)構(gòu)外部體系結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為集中式(單用戶結(jié)構(gòu)、主從式結(jié)構(gòu))、分布式(客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu))和多層結(jié)構(gòu)，這是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)。(1)單用戶應用結(jié)構(gòu)：是運行在個人計算機上的結(jié)構(gòu)模式，常稱為桌面(Desktop)DBMS。屬于單用戶DBMS的主要產(chǎn)品有：MicrosoftAccess、Paradox、Fox系列。單用戶的DBMS的功能在數(shù)據(jù)的一致性維護、完整性檢查及安全性管理上是不完善的。桌面數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中比較好的有Access、Paradox等，它基本實現(xiàn)了DBMS應該具有的功能。(2)主機/終端結(jié)構(gòu)：是以大型主機為中心(Mainframe．Centric)的結(jié)構(gòu)模式，也稱為分時共享(Time—Sharing)模式，它是面向終端的多用戶計算機系統(tǒng)(主從式結(jié)構(gòu))。該結(jié)構(gòu)以一臺主機為核心，將操作系統(tǒng)、應用程序、DBMS、數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)和資源均放在該主機上，所有的應用處理均由主機承擔，每個與主機相連接的終端都是作為主機的一種I/O設(shè)備。由于是集中式管理，主機的任何錯誤都有可能導致整個系統(tǒng)的癱瘓。因此，這種結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)的主機的性能要求比較高，維護費用也較高。(3)客戶機/服務(wù)器(Client—Server，C/S)結(jié)構(gòu)：是隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的廣泛使用而出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)模式。該結(jié)構(gòu)是將一個數(shù)據(jù)庫分解為客戶機(稱為前端，F(xiàn)r