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1、数据库工程师概念要点数据库工程师 概念要点 冯宗宝 2012-9-5始数据库（DB）：长期存储在计算机中有组织的、大量的、共享的数据集合。数据库管理系统（DBMS）是计算机系统中位于用户与操作系统之间的数据管理系统软件，是数据库系统的核心。数据库系统的定义与层次结构数据库系统（DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的软硬件系统构成。数据库系统的层次结构包括硬件、软件、用户。数据模型DATA MODEL 是数据库系统的形式框架，是用来描述数据的一组概念和定义。数据模型应满足三方面要求：l 能够比较真实地模拟现实世界；l 容易为人们所理解；l 便于在计算机上实现。目前，还没有一种数据模型能够很好地
2、同时满足这三方面的要求。数据模型三要素n 数据结构:精确地描述了系统的静态特征n 数据操作：动态特征各种数据对象允许执行的操作和操作规则n 完整性约束：一组完整性规则的集合，它定义了数据模型必须遵守的语义约束。数据模型的分类概念模型：数据结构模型 包含 关系模式、网状模式、层次模式物理数据模型概念数据模型;也可简称为概念模型，是按用户的观点对数据和信息进行建模。是现实世界到信息世界的第一层抽象，强调起语义表达功能，易于用户理解。数据结构模型 也称为表示型 或者实现型 的数据结构模型是机器世界中与DBMS相关的数据模型。数据结构模型提供的概念能够被最终用户所理解，同时也不会与数据在计算机中实际的
3、组织形式相差太远。物理数据模式 属于底层数据模式，通过诸如记录格式、记录顺序和存取路径等表示信息，描述数据在数据库系统中的实际存储方式。数据视图和模式结构数据库系统的两种机构形式数据库系统是一类复杂数据管理系统，数据库系统结构按考虑的层次和角度不同，分为如下两种形式：1、 从数据库管理系统角度看，数据库系统采用三级模式结构，包括外模式、模式、内模式。2、 从数据库最终用户角度看，数据库系统的结构分分为集中式结构、分布式结构、客户/服务器结构和并行结构。数据视图与数据抽象数据视图(Data View）是指从某一个角度看到的客观世界数据对象的特征。数据抽象（Data Abstrct） 是一种数据描
4、述和数据库设计原则，是指专注于数据对象的某个方面特征。三级模式结构 数据库的模式结构分为外部级、概念级和内部级3个层次 在这三个层次的基础上分别定义了外模式、模式、内模式 外模式：也称子模式、用户模式活用户视图，是数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑机构和特征的描述。模式（Schema）：也称为逻辑模式或概念模式，是对数据库中全体数据的逻辑结构和特征描述，是所有用户的公共数据视图，一个数据库只有一个模式。内模式：也称为物理模式或者存储模式 是对数据库中数据物理结构和存储方式的描述，代表了数据在数据库内部的表示方式和物理组织结构。例1下列模式中能够给出数据库物理存储结构与物理存取方法的是 。
5、 A内模式 B外模式 C概念模式 D逻辑模式二级映像与数据独立性两层映像机制数据库系统中的DBMS为三级模式结构提供了两层映像（mapping）机制，外模式/模式机制映像、模式/内模式映像机制。这两层映像机制保证了数据库中数据逻辑独立性和物理独立性。1、 外模式/模式映像机制 保证了数据的逻辑独立性外模式/模式映像机制定义了数据库中不同用户的外模式与数据库逻辑模式之间的对应关系。2、 模式/内模式映像机制 保证了数据的物理独立性数据独立性的作用数据库中数据的逻辑独立性和物理独立性使得数据定义和描述与应用程序相分离，而且由于DBMS负责数据的存取和管理，用户不必要考虑存取路径等细节，从而简化了数
6、据库应用程序开发，保证了应用程序的相对稳定性，降低了应用程序的维护代价。数据库系统体系结构数据库系统体系结构类型集中式结构、分布式结构、客户服务器结构、并行结构、WEB结构1、 集中式DBS全部数据和管理功能集中在一台计算机上的数据库系统2、 分布式DBS分布式计算机系统与数据库技术结合的产物 满足地理上不同用户的需求3、 客户服务器DBS将DBMS与数据库应用分开 较为开放式的一种网络数据库系统4、 并行DBS处理大型复杂数据管理应用领域中海量数据5、 WebDBS与网络技术结合的产物 由客户端、WEB服务器、数据库服务器组成.数据库管理系统(DBMS)数据库管理系统的功能1) 数据定义功能
7、 定义数据库的三级模式结构 2) 数据操纵功能查询插入删除更新3) 数据库运行管理和控制功能统一管理和控制数据库的建立运行维护4) 数据库的建立和维护功能数据的备份 恢复功能数据库系统的全局结构数据库系统自上而下分为用户、人机交互界面、DBMS、磁盘4个层次。DBMS可分为两部分，面向用户的请求查询处理器和面向数据存储访问的存储管理器用户类型 数据库管理员 专业用户 应用程序员 终端用户查询处理器类型l DML编译器l 嵌入式DML的预编译器l DDL编译器l 查询执行引擎存储处理器类型l 权限和完整性管理器l 事务管理器l 文件管理器l 缓冲区管理器磁盘存储的数据类型 以数据文件方式存储的应
8、用数据 数据字典 为提高数据库查询速度而设置的数据库索引 记录DBS运行时用户对DB的操作情况的日志信息数据库技术的发展和应用数据管理的三个阶段人工管理文件管理数据库管理数据库应用系统生命周期2012-9-8软件生命周期的概念软件生命周期是指软件产品从考虑起概念开始，到该产品不再使用的整个时期。一般包括概念阶段、设计阶段、实现阶段、测试阶段、测试阶段、安装部署与交付阶段、运行阶段和维护阶段。这些阶段可以重复，也可以迭代。软件开发模型瀑布模型 （也称软件生命周期模型）、快速原型模型、增量模型、螺旋模型将DBMS设计阶段细分为概念设计、逻辑阶段、物理设计三个步骤，每一步的设计内容又涵盖了3条设计主
9、线。规划与分析系统规划与定义的具体内容包括： 任务陈述 确定任务目标 确定系统范围和边界 确定用户视图可行性分析可行性分析的目的在明确了DBMS的任务目标和系统范围之后需要从技术、经济、操作等方面进行项目的可行性分析、评估判断DBMS开发项目在现有技术和经济条件下是否可行，是否能够达到预期目标可行性分析的内容经济可行性：成本效益分析技术可行性：系统功能、性能以及实现系统的各项约束条件操作可行性：论证开发方案选择：最佳方案项目规划项目规划的内容：确定项目规划的目标和范围根据DBMS软件开发模型，分解和定义整个项目包括的工作活动和任务。估算完成该项目的规模及所需各种资源制订合理的DBMS项目计划，
10、包括进度、成本和质量等方面的预测和控制方案项目规划的成果项目规划的成果应形成数据库应用系统项目计划文档、也就是项目计划书需求分析 2012-9-9需求的概念数据库应用系统需求指用户对DBMS在功能、性能、行为、设计约束等方面的期望和要求。需求分析的概念DBMS需求分析是在已经明确的DBMS系统范围基础上，通过对应用问题的理解和分析，采用合适的工具和符号，系统地描述DBMS的功能特征、性能、特征和约束，并形成需求规范说明文档。需求分析过程由需求获取、需求分析、需求描述与规范说明、需求验证等步骤组成。需求分析的具体内容： 数据需求分析 数据处理需求分析 业务需求分析 分析数据库系统绝对性能、存储、
11、安全、备份与恢复等方面的要求.数据字典的内容 数据项 数据结构 数据流 数据存储 数据处理数据项是数据的最小组成单位.事务规范的内容:数据处理需求分析结果也可以表示为事务规范.事务规范包括以下几个方面事务描述信息:事务名称事务描述事务所访问的数据项事务用户性能需求分析性能需求分析主要内容 数据操作响应时间活数据项访问时间 系统吞吐量:系统单位时间内完成的事务数.每秒事务数(TPS) 允许并发访问的最大用户数,指在保证单个用户查询响应时间的前提下,系统最多允许多少用户同时访问数据库 每TPS代价值,用于衡量系统性价比的指标.。对商业数据库应用系统，既要有好的系统性能，又要有好的使用成本。影响DB
12、MS性能的主要因素 系统硬件资源 网络通讯设备性能 操作系统环境 数据库逻辑设计和物理设计质量 DBMS的配置和性能。如DBMS所采用的查询优化策略、索引优化策略、数据库管理配置策略参数数据库应用程序本身软件生存期从应用系统规划、需求分析、设计、实现、维护直到最后被新的系统取代而停止使用的整个期间其中设计又包括概念设计、逻辑设计、物理设计问答题：数据库应用系统功能设计包括哪两个方面？每个方面主要由哪些设计步骤组成？2009.4数据库应用系统功能设计包括数据库事务设计和应用程序设计。与数据库应用系统概念设计、逻辑设计、物理设计相对应，应用程序设计分为总体设计、概要设计、详细设计，数据库事务设计则
13、由事务概要设计和事务详细设计组成。试述数据库设计过程中各个阶段上的设计描述。 需求分析：准确了解与分析用户需求（包括数据处理） 概念结构设计：通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型。 逻辑结构设计：将概念结构转换为某个DBMS所支持地方数据模型，并对其进行优化。 数据库物理设计：为逻辑数据模型选取一个最合适应用环境的物理结构（包括存储结构和方式） 数据库实施： 数据库运行与维护数据库的实施主要包括以下工作： 用DDL定义数据库结构 数据装载，4步：筛选数据，转换数据格式，输入数据，校验数据 编写与调试应用程序 数据库试运行其中，数据库的试运行和应用程序的编写调
14、试是同时进行的。数据库的维护工作主要包括： 数据库的转储和恢复 数据库安全性和完整性控制 数据库性能的监控分析和改造 数据库的重组和重构对数据库的监控分析分为：自动监控机制和管理员实现的手动监控机制对数据库架构体系的监控：空间信息，空间使用率，剩余大小，空间是否具有自动扩充能力，那些表的扩充能力将引起空间的扩展，段的使用空间与区间数。对数据库数据性能的监控：数据缓冲区的命中率，库缓冲、用户锁、锁与等待、回滚数、临时段使用情况、索引使用情况、等待时间和共享池数据库空间管理：无论使用何种数据库，对空间的管理主要包括创建数据库空间，更改空间大小，删除空间，修改空间大小，新建、移动、关联数据文件。分析评价数据库性能主要有数据库吞吐量、数据库用户响应时间系统吞吐量：单位时间内系统处理的事务数：TPS数据库用户响应时间=系统服务时间+用户等待时间索引使用的原则包括： 经常在查询中作为条件被使用的列，应为起建立索引 频繁进行排序或分组的列，应为其建立索引 一个列的值域最大时， 如果待排序的列有多个，应在这些列上建立符合索引 可以使用系统工具来检查索引的完整性，必要
