《数据库技术与应用 教学课件 ppt 作者 第11章 数据库管理系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数据库技术与应用 教学课件 ppt 作者 第11章 数据库管理系统（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第11章 数据库管理系统,本章学习目标,理解数据库管理系统的作用及基本功能。 理解数据库管理系统的层次结构，了解各层的作用和主要任务。 了解数据库管理系统的执行过程。 了解几款主流商用数据库管理系统。,本章概述,数据库管理系统是一种功能强大的用于操纵和管理数据的软件。本章将进一步详细讨论数据库管理系统的功能，介绍数据库管理系统的层次结构，包括应用层、语言翻译处理层、数据存取层、数据存储层、操作系统层，讨论各个层次的主要任务和功能，举例说明数据库管理系统的执行过程。最后简单介绍几款目前主流商用数据库管理系统。,主要内容,11.1 DBMS的基本功能,11.3 主流商用DBMS介绍,11.2 DB
2、MS的系统结构,主要内容,11.1 DBMS的基本功能,11.3 主流商用DBMS介绍,11.2 DBMS的系统结构,11.1 DBMS的基本功能,不同的数据库管理系统在功能和性能上有一定的差异，但一般拥有以下基本的功能。 数据库的定义和创建 DBMS提供数据定义语言(DDL)定义和创建数据库模式、外模式、内模式等数据库对象。在关系数据库中就是建立数据库(或Schema)、表、视图、索引等。另外还创建用户、安全保密定义(如用户口令、级别、角色、存取权限)、数据库的完整性定义。关于数据库的定义存储在数据字典中，是DBMS运行的基本依据。,数据库管理系统(Database Management S
3、ystem)是一种建立在操作系统之上，位于用户和操作系统之间，用于操纵和管理数据库的大型软件，简称DBMS。它对数据库进行统一的管理和控制，以保证数据库的安全性和完整性。它提供了数据库系统的用户接口，用户通过它访问数据库中的数据，数据库管理员也通过它进行数据库的维护工作。,15.1.1 PowerDesigner建模工具简介,数据组织、存储和管理 DBMS要分类组织、存储和管理各种数据，包括数据字典、用户数据、存取路径等。DBMS要确定以何种文件结构和存取方式在存储器上组织这些数据，如何实现数据之间的联系。数据组织和存储的基本目标是提高存储空间利用率和方便存取，提供多种存取方法(如索引查找、H
4、ash查找、顺序查找等)提高存取效率。 数据库的操作 DBMS提供数据操纵语言(DML)实现对数据的操作，包括：查询、插入、删除和更新。一个好的DBMS应提供功能强大易学易用的DML、便捷的操作方式和高效的数据存取机制。 数据库的保护功能 DBMS对数据库的保护主要通过四个方面实现：1)数据库的恢复。在数据库被破坏或数据不正确时，系统有能力把数据库恢复到正确的状态。2)数据库的并发控制。在多个用户同时对同一个数据进行操作时，系统应能加以控制，防止破坏DB中的数据。3)数据完整性控制。保证数据库中数据及语义的正确性和有效性，防止任何对数据造成错误的操作。4)数据安全性控制。防止未经授权的用户存取
5、数据库中的数据，以避免数据的泄露、更改或破坏。,15.1.1 PowerDesigner建模工具简介,数据库的维护 数据库的维护包括数据库的数据载入和转换、数据库的转储和恢复、数据库的改组以及性能监控等功能。 其他功能 首先包括DBMS与网络中其他软件系统的通信功能。例如DBMS之间或DBMS和文件系统之间的数据转换功能，异构数据库之间的互访和互操作功能等。此外，DBMS要不断发展新的数据管理技术，例如XML数据、流数据、空间数据、多媒体数据等。 与操作系统、编译系统等系统软件相比，DBMS跨度大、功能多，从最底层的存储管理、缓冲区管理、数据存取操作、语言处理到最外层的用户接口、数据表示、开发
6、环境的支持都是DBMS要实现的功能。因此，DBMS的实现，既要充分利用计算机硬件、操作系统、编译系统和网络通信等技术，又要强调对海量数据存储、管理和处理的支持，并保证数据存取和事务运行的高效率。,主要内容,11.1 DBMS的基本功能,11.2 DBMS的系统结构,11.3 主流商用DBMS介绍,11.2 DBMS的系统结构,11.2.1 DBMS的层次结构 同操作系统一样，可以将DBMS划分为若干层次，以便更清晰地了解DBMS，有助于DBMS的设计和维护。根据处理对象的不同，数据库管理系统的层次结构如图11-1所示，由高级到低级依次为应用层、语言处理层、数据存取层和数据存储层。下面依次介绍各
7、层的主要任务。 1.应用层 应用层是DBMS与终端用户和应用程序的界面层，位于DBMS核心之外，处理各种数据库应用。例如用户通过应用接口发出的查询要求、事务请求等。 2.语言处理层 语言处理层主要是处理数据库语言，如SQL。语言处理层对数据库语言的各类语句进行语法分析、视图转换、安全性检查、完整性检查、查询优化等，通过对下层基本模块的调用，生成可执行代码。该层涉及的主要数据结构为元组、关系、视图等逻辑数据结构。,11.2 DBMS的系统结构,RDBMS支持用户采用多种形式的语言编写数据库语句，例如交互式语言(如SQL)、嵌入式语言(如ESQL)、过程化语言(如PL/SQL和存储过程)。语言处理
8、层的任务就是将用户以不同形式提交的数据库语句转换成对RDBMS内存可执行的基本存取模块的调用序列。,11.2 DBMS的系统结构,通常，数据库语言由DDL(Data Definition Language)、DCL(Data Control Language)和DML(Data Manipulation Language)三部分语句组成。DBMS对不同语句的处理方式也不同。 DDL负责数据的模式定义与数据的物理存取模式。对于DDL语句的处理相对简单，首先DDL语句翻译成内部表示，然后存储在数据字典中。其中，数据字典是数据库的重要组成部分，它包括用户表、属性表、试图表、用户权限表等重要内容，是执
9、行处理DML语句、数据库管理系统运行管理的基本依据。 DCL负责数据完整性和安全性的定义与检查，同时完成并发控制和故障恢复等职能。对于DCL语句，如完整性约束的定义、用户存取权限的定义等的处理与DDL一致。 DML负责数据的操纵处理，例如增加、删除、查询和修改等。对DML语句的处理过程比较复杂。首先，通过对DML语句的语法和词法分析，将便于用户记忆和使用的外部关系名、属性名转换为整齐划一的内部名，符号名转换时需存取数据字典。词法和语法分析通过后生成语法分析树，然后根据数据字典中的内容进行查询检查和查询优化，审核用户的存取权限和完整性检查。,11.2 DBMS的系统结构,3.数据存取层 数据存取
10、层处理单个元组，将上层集合操作转换成单元组操作。完成扫描、排序、元组的查找、插入、更新、删除等基本操作，同时包括数据记录的存取、封锁、存取路径维护、并发控制、事务管理和恢复等工作。该层主要涉及的数据结构为逻辑数据记录、逻辑块、逻辑存取路径。 在实际的DBMS中，数据存取层功能是由多个功能子系统来完成的。它主要包括以下功能子系统。 存储子系统，用于保存数据的存取原语。 事物管理子系统，提供定义和控制事物的操作。 信息控制管理子系统，提供对数据字典中说明信息的读取、增加、修改和删除操作。 排序/合并子系统，根据用户要求输出有序结果、删除重复值、加速关系运算的处理过程，通常要对元组进行重新排序和合并
11、。 存取路径维护子系统，提供数据执行插入、删除、修改操作时对相应存储路径的维护。 封锁子系统，用于完成并发控制功能。 日志管理子系统，除了记录系统运行日志外，还和事务管理子系统配合来执行恢复任务，完成事务和数据库的恢复工作。,11.2 DBMS的系统结构,4.数据存储层 数据存储层的处理对象是数据页和系统缓冲区，执行文件的逻辑打开、关闭、读页、写页、缓冲区读和写、页面淘汰等操作，包括缓冲区管理、内外存交换、外存的数据管理等。该层涉及的数据结构为存储记录、块、块组成的系统缓冲区。 数据存储层中系统缓冲区的管理十分重要，系统缓冲区具有两方面的作用。首先，提供设备独立性。它把存储层以上各系统成分和真
12、实的外存设备隔离，因此外存设备的变化不会影响其他系统成分。其次，提高存取效率。RDBMS利用缓冲区存储数据，当存取层读取数据时存储子系统首先在系统缓冲区中查找，当数据不在缓冲区时才从外存读取该数据所在的页面，这样就减少内外存数据页交换次数，提高存取效率。 操作系统是DBMS的基础，它处理的对象是数据文件的物理块。执行物理文件的读写操作，保证DBMS对数据逻辑上的读写真实地映射到物理文件上。操作系统提供的存取原语和基本的存取方法通常作为和DBMS存储层的接口。 上述的DBMS层次结构划分的思想具有普遍性。当然具体系统在划分细节上会是多种多样。,11.2 DBMS的系统结构,11.2.2 DBMS
13、的运行过程 DBMS是一个复杂有序的系统，下面介绍用户/应用程序通过DBMS来读取数据库中数据的过程。图11-2展示了DBMS执行查询的过程。,11.2 DBMS的系统结构,(1) 用户通过应用程序向DBMS发出调用数据库数据的命令，如SELECT命令。 (2) DBMS对命令进行语法检查、语义检查、用户存取权限检查，决定是否执行该命令。具体的过程是：DBMS读取数据字典，检查是否存在该关系及相应的字段，该用户是否能读取它们，是否拥有读取它们的权限。确认语义正确、存取权限合法后才执行该命令，否则拒绝执行，并返回错误信息。 (3) DBMS执行查询优化。优化器根据数据字典中的信息进行优化，并把命
14、令转换为一串单记录的存取操作序列。 (4) DBMS执行存取操作序列(反复执行以下各步，直至结束)。 (5) DBMS首先在缓冲区内查找记录，若找到满足要求的记录就转到10，否则转到6。 (6) DBMS查看存储模式，决定从哪个文件、采取什么方式读取哪个物理记录。 (7) DBMS根据6的结果，向操作系统发出读取记录的命令。 (8) 操作系统执行读取数据的命令。 (9) 操作系统将数据从数据库的存储区送到系统缓冲区。 (10) DBMS根据用户命令和数据字典的内容导出用户所要读取的数据格式。 (11) DBMS将数据记录从系统缓冲区传送到应用程序的用户工作区。 (12) DBMS将执行状态信息
15、，如成功读取或失败的错误提示、例外状态信息等返回给应用程序。,11.2 DBMS的系统结构,对照在11.2.1节中给出的DBMS层次结构，可以将以上步骤做如下对应： 应用层执行第(1)步。 语言处理层执行第(2)、(3)步骤。 数据存取层执行第(4)、(10)、(11)、(12)步骤。 数据存储层执行第(5)、(6)、(7)步骤。 操作系统执行第(8)、(9)步骤。 对其他一些操作，如插入、删除、修改，其过程和上述读一个记录是类似的。 DBMS根据用户要求完成对数据库的操作，需要整个DBMS各层模块的互相配合来共同完成。,主要内容,11.1 DBMS的基本功能,11.3 主流商用DBMS介绍,
16、11.2 DBMS的系统结构,11.3 主流商用DBMS介绍,目前主流的数据库管理系统都是关系型数据库管理系统，由于其数据结构简单，提供了非过程化的查询语言，并且有一套理论支持关系数据库的设计，所以得到了广泛的应用。下面介绍几种目前主流的数据库管理系统。 11.3.1 Oracle Oracle是由专门从事研究、开发关系型数据库管理系统的Oracle公司推出的DBMS。Oracle可在几十种机型(包括大、小、微机)、多种操作系统(如MVS、VMS、UNIX、LINUX、Macintosh、DOS等)下工作。Oracle作为一个最早商品化的关系型DBMS，是比较典型的完整系统，具有能存储大量数据、定义和操纵数据、并发控制、安全性控制、完整性控制、故障恢复、与高级语言的接口等功能。Oracle还是一个分布式 DBMS，支持各种分布式功能，如支持Web数据库等。Oracle使用PL/SQL语言执行各种操作。另外，Oracle还提供了许多数据库开发工具，使用户拥有良好的应用开发环境。Oracle也提供了对数据库的深层次应用的支持，如联
