数据库管理系统

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1、武汉大学数据库原理课题组6.1 DBMS 简介6.3 关系数据库的查询优化第六章 数据库管理系统6.4 关系DBMS产品及其选择本章小结6.2 关系DBMS1武汉大学数据库原理课题组 6.1 DBMS 简介DBMS是一种负责数据库的定义、建立、操作、管理和 维护的软件系统，其职能是有效地实现数据库三级模式 之间的转换。DBMS是数据库系统的核心，是介于用户和OS之间的系 统软件，它实现对共享数据的有效组织、管理和各种操 作。DBMS建立在OS之上，需要OS的支持。DBMS是用户操纵、管理DB的工具。用户应用程序DBMSOSDB2武汉大学数据库原理课题组 6.1 DBMS 简介1.DBMS的特点

2、与功能DBMS具备如下特点(目标)： (1)完备高效 DBMS应提供完备的数据库管理功能，具有高的系统效率和高的用 户生产率。应提供支持高效存取的数据结构，以实现对于大量数 据的持久存储，具有较高的数据独立性。(2)界面友好 DBMS的用户接口应面向应用、面向用户。需提供方便的编程接口 ，以建立应用程序访问数据库的通道；使用户可通过多种方式、 易用的语言对数据库进行复杂操作。3武汉大学数据库原理课题组 6.1 DBMS 简介(3)事务管理 DBMS支持多个用户进程同时对数据进行存取操作，引入了“事务 ”的概念来实现对多个用户数据库访问的管理。事务是数据库恢 复及并发控制的基本单位，通过事务管理

3、可有效地支持多用户操 作，支持数据库的安全性和完整性。事务管理是DBMS的基本功能 之一。(4)结构清晰 DBMS是一个复杂的软件系统，向上与应用程序通信，向下与操作 系统及其他软、硬件资源交互。因此，结构清晰、层次分明的 DBMS有利于支持外层开发环境的构造，也便于自身的设计、开发 和维护，同时有利于数据库系统的扩展。4武汉大学数据库原理课题组 6.1 DBMS 简介(5)规范开放 开放的DBMS首先应符合标准和规范；其次，具备可伸缩性以及互操作 性。DBMS不仅为建立以其为核心的软件开发环境或应用系统提供支持 ，也为DBMS自身的再开发创造条件。DBMS的功能： (1)数据定义 数据定义包

4、括定义构成数据库结构的外模式、模式和内模式，定义各 个外模式与模式之间的映射，定义模式与内模式之间的映射，定义有 关的约束条件。(2)数据操纵 数据操纵包括对数据库数据的查询、插入、修改和删除等基本操作。 (3)数据组织、存储和管理 确定以何种文件结构和存取方式物理地组织这些数据，如何实现数据 之间的联系，以便提高存储空间利用率以及提高随机查找、顺序查找 、增删改等操作的时间效率。5武汉大学数据库原理课题组 6.1 DBMS 简介(4)数据库运行管理 对数据库的运行进行管理是DBMS运行时的核心工作，包括对数据 库进行并发控制、安全性检查、完整性约束条件的检查和执行、 数据库的内部维护等。所有

5、访问数据库的操作都要在这些控制程 序的统一管理下进行，以保证数据的安全性、完整性、一致性以 及多用户对数据库的并发使用。(5)数据库的建立与维护 建立数据库包括数据库初始数据的输入与数据转换等。维护数据 库包括数据库的转储与恢复、数据库的重组织与重构造、性能的 监视与分析等。 (6)数据通信接口 DBMS需要提供与其他软件系统进行通信的功能。6武汉大学数据库原理课题组 6.1 DBMS 简介2.DBMS的组成 为提供上述6个方面的功能，DBMS的核心通常由以下4部分组成： (1) 数据定义语言及其翻译处理程序 DBMS一般都提供数据定义语言DDL供用户定义数据库的外模式、 模式、内模式、各级模

6、式之间的映射、有关的约束条件等。(2) 数据操纵语言及其编译（或解释）程序 DBMS提供了数据操纵语言DML实现对数据库的查询检索、插入、 修改、删除等基本操作。DML分为宿主型和主动型两种。宿主型 不能独立使用，必须嵌入到主语言中。自主型是交互式命令语言 ，语法简单，可以独立使用。 (3) 数据库运行控制程序 (4) 实用程序 7武汉大学数据库原理课题组 6.1 DBMS 简介(3) 数据库运行控制程序 DBMS提供了一些负责数据库运行过程中的控制与管理的系统运行 控制程序，包括系统初启程序、文件读写与维护等。它们在数据 库运行过程中监视对数据库的所有操作，控制管理数据库资源， 处理多用户的

7、并发操作等。(4) 实用程序 DBMS通常还提供一些服务性程序，包括数据初始装入程序、数 据转储程序、数据库恢复程序、性能检测程序、数据库再组织程 序、数据转换程序、通信程序等。数据库用户可利用这些实用程 序完成数据库的建立与维护，以及数据通信与格式的转换。8武汉大学数据库原理课题组 6.1 DBMS 简介3.DBMS运行环境 随着网络技术逐渐成熟和实用化，DBMS的运行环境也由单机到网 络，集中到分布，封闭到开放。 (1)分布n数据分布：数据物理地分布在网络的不同节点上，各节点的数据 是一个统一的整体，由系统的用户共享。n功能分布：在网络环境下，数据管理功能分散在客户端和服务器 端完成。n处

8、理分布：由多台计算机合成、协调地完成某一任务。9武汉大学数据库原理课题组 6.1 DBMS 简介(2)开放n开放的硬件平台：能在各种硬件平台上运行。n开放的支撑软件：可在多种操作系统环境下运行。n开放的网络支持：支持各种重要的网络协议。n异质数据库的互连、互操作：解决异质数据库的通信和存取。n开放的用户界面：即提供给用户统一的语言界面和可移植的应用 开发工具。10武汉大学数据库原理课题组 6.1 DBMS 简介4. 用户访问数据库的工作过程整个数据库系统的工作过程大致归纳为以下三个阶段：(1)数据库管理员建立并维护数据库。DBA利用模式、内模式DDL等语言，描 述数据库的总体逻辑结构，安置数据

9、在库中的存放方式和位置，并通过各种 维护管理程序去建立、更新或删除有关数据，维护管理和控制系统运行及日 常工作。(2)用户编写应用程序。用户利用外模式DDL语言定义自己的外模式，用DML 语言编写所需操作命令，并将其嵌入到主语言的程序中。(3)应用程序在DBMS支持下运行。当模式、内模式、外模式和用户源程序翻 译为目标代码后，即可启动目标程序执行，完成数据库操作。11武汉大学数据库原理课题组 6.1 DBMS 简介系统缓冲区概念模式内模式DBMS OS 外部记录存储记录数据库应用程序A 外模式日志应用程序A状态工作区 12武汉大学数据库原理课题组 用户访问数据库的工作过程用户访问数据库的工作过

10、程 应用程序A向DBMS发出读一个记录的命令。程序给出记录类型名及欲读记录的码值。 DBMS分析命令，并调用A对应的子模式，检查A的存取权限，决定是否执行A的命令。 决定执行A的命令后，DBMS调用模式，根据子模式与模式变换的定义，确定所涉及的模式记录类型；通过模式与内模式的变换找到这些记录类型的内模式名。 DBMS调用内模式，确定所读入的物理记录。 DBMS向OS发读该物理记录的命令。13武汉大学数据库原理课题组 用户访问数据库的工作过程用户访问数据库的工作过程 OS执行读命令并把数据从外存读到内存的系统 缓冲区。 DBMS按模式、子模式定义，导出用户程序需要 的记录形式，并送到应用程序A的

11、工作区。 DBMS向应用程序A送命令执行情况的状态信息。 记载日志DBMS把对数据库更新操作的全部情况都记载下 来，以便数据库的恢复。 应用程序检查状态信息，若成功，对工作区中 的数据正常处理；若失败，决定下一步如何执行。14武汉大学数据库原理课题组 6.2 关系DBMS1.关系DBMS的发展阶段 1970年IBM的Codd的论文大型共享数据库数据的关 系模型奠定了关系数据库技术的理论基础。n第一阶段：关系数据库理论研究和原型开发的时代。 20世纪70年代以来，经过大量高层次的研究和开发取 得了一系列重要成果。奠定了关系模型的理论基础，给出了大家一致接受的关系模 型的规范说明。研究了关系数据语

12、言。研制了大量的关系DBMS的原型。15武汉大学数据库原理课题组 6.2 关系DBMSn第二阶段：关系DBMS的实用阶段。从20世纪70年代 后期开始，从理论上攻克了诸如查询优化、并发控制 、完整性机制和故障恢复等一系列重大技术问题，从 而使数据库走向实用化、商业化。n第三阶段：关系DBMS的成熟与发展阶段。从20世纪 80年代以来，微机在性价比上的提高，使计算机进入 各个领域。大量的信息系统的建立，要求计算机应用 领域从集中到分布，由单机到网络，由信息管理、辅 助决策到企业级的联机事务处理。这一时期以客户/服 务器的体系结构出现为标志。16武汉大学数据库原理课题组 6.2 关系DBMS关系D

13、BMS经历了30多年的发展和演变，已经取得了辉煌的成 就，发展成了一门内容丰富的学科，形成了总量达数百亿美元的一 个软件产业。关系数据库已经发展成为软件产业中一个规模巨大、 增长迅速的市场。目前，市场上具有代表性的关系DBMS产品包括Oracle、DB2、 SQL Server等。尽管由于互联网应用的兴起，可扩展的标记语言（ XML）格式的数据大量出现，需要新的数据模型与新技术支持，但 关系技术仍然是主流，关系DBMS仍是当今最流行的数据库软件。 无论是多媒体的内容管理、XML数据支持，还是复杂对象支持等大 多都是在关系系统内核技术基础上进行的扩展。17武汉大学数据库原理课题组 6.2 关系D

14、BMS2.应用对关系DBMS的要求数据的扩展、计算机硬件平台的升级和数据库应用的延伸，推动着数据库技 术与系统的发展，数据库要管理的数据的复杂度和数据量都在迅速增长，计算机 硬件平台的发展仍然遵守着摩尔定律，数据库应用迅速向速度、广度扩展。尤其 是互联网的出现，极大地改变了数据库的应用环境，向数据库领域提出了前所未有的技术挑战。应用对关系DBMS的要求有：(1)具有高可靠性、高性能数据库是企业信息系统的核心和基础，其可靠性和性能是企业领导人非常关 心的问题。一旦宕机会给企业造成巨大的经济损失，甚至会引起法律纠纷。(2)高可伸缩性和高安全性从企业信息系统发展的角度看，一个系统的可扩展能力是非常重

15、要的。数据 的安全性是另一个重要的课题。18武汉大学数据库原理课题组 6.2 关系DBMS(3)互联访问互联访问是指数据库系统要支持互联网环境下的应用，支持信息系统之间的 互操作，实现异构数据库间的数据交换和共享，要处理以XML类型的数据为代表 的网上数据，甚至要考虑无线通信发展带来的革命性变化。(4)协同服务面向行业应用领域要求，在DBMS核心基础上，开发丰富的数据库套件及应 用构件，通过制造业信息化、电子政务等领域应用套件捆绑，形成以DBMS为核 心的面向行业的应用软件产品家族。满足应用需求、协同发展数据库套件与应用 构件，已成为当今数据库技术与产品发展的新趋势。规划中的Oracle11i

16、的主要扩 展方面据称主要也是各种面向应用套件的支持。(5)开放平台许多国建愈来愈重视免费的开放源码的Linux操作系统，因此能够运行在 Linux上的数据库管理系统已成为关系DBMS的方向之一。IBM和Oracle的关系 DBMS都可以在Linux上运行。 19武汉大学数据库原理课题组 6.2 关系DBMS3. 关系DBMS的发展趋势(1)产品系列化一方面，Web和数据仓库等应用的兴起，数据的绝对量在以惊人的速度迅速 膨胀；另一方面，移动服务和嵌入式应用快速增长。针对市场的不同需求，数据 库正在朝系列化方向发展。例如SQL Server：企业版、标准版、开发版、个人版 。(2)支持互联网应用数据库系统是网络时代的重要基础设施之一。支持Internet应用已经成为数 据库系统的重要方面。此外，互联网提供大量以XML数据为特征的半结构化数据