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  • 数据库管理系统

    千次阅读 2018-10-24 00:14:00
    一、数据库管理系统的基本功能 数据库管理系统主要是实现对共享数据有效的组织、存储、管理和存取。围绕数据,数据库管理系统的功能为: 1、数据库定义和创建 创建数据库主要是用数据定义语言定义和创建数据库模式、...

    一、数据库管理系统的基本功能

    数据库管理系统主要是实现对共享数据有效的组织、存储、管理和存取。围绕数据,数据库管理系统的功能为:

    1、数据库定义和创建

    创建数据库主要是用数据定义语言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(或模式)、表、视图、索引等,还有创建用户、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。这些定义存储在数据字典(亦称为系统目录)中,是数据库管理系统运行的基本依据。

    2、数据组织、存储和管理

    数据库管理系统要分类组织、存储和管理各种数据,包括数据字典、用户数据、存取路径等。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,以及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式存取,提高多种存取方法(如索引查找、hash查找、顺序查找等)以提高存取效率。

    3、数据存取

    数据库管理系统提供用户对数据的操作功能,实现对数据库数据的索引、插入、修改和删除。一个友好的关系数据库管理系统应该提供功能强且易学易用的数据操纵语言、方便的操作方式和较高的数据存取效率。数据操纵语言有两类:宿主型语言和自立(独立)型语言。

    4 、数据库事务管理和运行管理

    数据库管理系统的运行控制和管理功能,包括多用户环境下的事务管理功能和安全性、完整性控制功能;数据库恢复、并发控制和死锁检测(或死锁防止)、安全性检查和存取控制、完整性检查和执行、运行日志的组织管理等。这些功能保证了数据库系统的正常运行,保证了事务的ACID特性。

    5、数据库的建立和维护

    包括数据库的初始建立、数据的转换、数据库的转储和恢复、数据库的重组织和重构造以及性能检测分析等。

    6、其他功能

    数据库管理系统包括与网络中其他软件的通信功能,一个数据库管理系统与另一个数据库管理系统或文件系统的数据转换功能;异构数据库之间的互访和互操作功能等。

    和操作系统、编译系统等系统软件相比,数据库管理系统具有跨度大、功能多的特点。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、开发环境的支持都是它要实现的功能。

    数据库管理系统的实现,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,又要突出对海量数据存储、管理和处理的特点,还要保证其存取数据和运行事务的高效率。

    二、数据库管理系统的系统结构

    1、数据库管理系统的层次结构

    和操作系统一样,可以将数据管理系统划分为若干层次。例如,IBM公司最早研制的著名的关系数据库管理系统实验系统SystemR,其核心分为底层的关系存储系统(RSS)和上层的关系数据系统(RDS)。
    RDS本质上是一个语言和执行层,包括语法检查与分析、优化、代码生成、视图实现、安全性完整性检查等功能。
    RSS则是一个存取方法层,其功能包括空间和设备管理、索引和存取路径管理、事务管理、并发控制、运行日志管理和恢复。
    按照处理对象的不同,依最高级到最低级的次序来划分的码具有普遍性。关系数据库管理系统的层次结构图示:
    关系数据库管理系统的层次结构

    1. 最上层是应用层,位于关系数据库管理系统的核心之外。应用层处理的对象是各种各样的数据库应用,如用开发工具开发的或用嵌入式SQL、存储过程等编写的应用程序,及终端用户通过应用程序接口发出的事务请求或各种查询要求等。该层是关系数据库管理系统与用户/应用程序的界面层。
    2. 第二层是语言处理层。它处理的对象是数据库语言,如SQL;向上提供的数据接口是关系、视图,即元组的集合。该层的功能是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,这些代码的运行即可完成数据库语句的功能要求。
    3. 第三层是数据存取层。该层处理的对象是单个元组,把上层的集合操作转换为单记录操作。该层执行扫描,排序,元组的增删改查,封锁等基本操作;完成数据记录的存取、存取路径维护、数据管理、并发控制和恢复等工作。
    4. 第四层是数据存储层。该层处理的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,完成缓冲区管理、内外存交换、外存的数据管理等功能。
      操作系统是数据库管理系统的基础,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,保证数据管理系统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数据库管理系统数据存储层的接口。
    2、关系数据库管理系统的运行过程示例

    关系数据库管理系统是一个复杂而有序的整体。如下图是应用程序/用户通过关系数据库管理系统读取数据库数据的过程:关系数据库管理系统运行示例
    其中,数据字典是数据库的重要组成部分,存储元数据。

    1. 用户A通过应用程序A向关系数据库管理系统发出调用数据库数据的命令。
    2. 关系数据库管理系统首先对命令进行进行语法检查,检查通过后进行语义检查和用户存取权限检查。具体做法是,关系数据库管理系统读取数据字典,检查是否存在该关系及相应的字段、该用户能否读取它们等,确认语义正确、存取权限合法后便决定指定该命令,否则拒绝执行,返回错误信息。
    3. 关系数据库管理系统执行查询优化。优化器要根据数据字典中的信息进行优化,并把该命令转换成一串单记录的存取操作序列。
    4. 关系数据库管理系统执行存取操作序列(反复执行以下各步,直至结束)。
    5. 关系数据库管理系统首先在系统缓冲区查找记录,若找到满足条件的记录则转到10,否则转到6。
    6. 关系数据库管理系统查看存储模式,决定从哪个文件、用什么方式读取哪个物理记录。
    7. 关系数据库管理系统根据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相关操作。
    9. 操作系统将数据从数据库的存储去送至系统缓冲区。
    10. 关系数据库管理系统根据查询命令和数据字典的内容导出用户所要读取的记录格式。
    11. 关系数据库管理系统将数据记录从系统缓冲区传送到应用程序A的用户工作区。
    12. 关系数据库管理系统将执行状态信息。如成功读取或不成功的错误指示、例外状态信息等返回给应用程序A。
      根据数据库管理系统层次结构,可以将以上操作对应相应的层次:
      应用层: 1
      语言处理层:2、3
      数据存取层:4、10、11、12
      数据存储层:5、6、7
      操作系统:8、9

    整个关系数据库管理系统的各层模块相互配合、互相依赖,共同完成对数据库的操纵。

    展开全文
  • 关系数据库管理系统一般向用户提供多种形式的语言,这些语言都是由关系数据库管理系统的语言处理层来处理。 1、语言处理层的任务和工作步骤 2、解释方法 3、预编译方法 二、数据存取层 1、数据存取层的系统结构 2、...

    语言处理层

    关系数据库管理系统一般向用户提供多种形式的语言(SQL/ESQL/过程化SQL和存储语言),这些语言都是由关系数据库管理系统的语言处理层来处理。

    一、语言处理层的任务和工作步骤

    任务: 把用户在各种方式下提交给关系数据库管理系统的数据库语句换成对关系数据库管理系统内层可执行的基本存储模块的调用序列。
    数据库语言通常包括数据定义语言、数据操纵语言和数据控制语言。对数据定义语句,语言处理层完成语法分析后,首先把它翻译成内部表示,然后把它存储在系统的数据字典中。对数据控制语句的定义部分,如安全保密定义、存取权限定义、完整性约束定义等的处理与数据定义语句相同。
    数据字典是数据操纵的处理、执行以及关系数据库管理系统运行管理的基本依据。它包括关系定义表、属性表、视图表、视图属性表、视图表达式表、用户表、用户权限表等。
    关系数据库管理系统中数据操纵语言语句的处理过程–束缚过程:
    束缚过程
    对数据操纵语句,语言处理层要做的工作比较多。数据操纵语句处理过程如下:

    1. 对数据操纵语句进行词法分析和语法分析,并把外部关系名、属性名转换为内部名。
      外部名便于用户记忆和使用,内部名则整齐划一。在符号名转换过程中需存取数据字典。词法和语法分析通过后便生成语法分析树。外部名便于用户记忆和使用,内部名则整齐划一。在符号名转换过程中需存取数据字典。词法和语法分析通过后便生成语法分析树。
    2. 根据数字典中的内容进行查询检查,包括审核用户的存取权限和完整性检查。
      完整性检查是查询检查的重要内容。关系数据库管理系统参照数据字典中的完整性约束规则,这时只是进行部分静态约束检查,如检查数据的类型、范围是否符合数据定义。很多完整性约束条件是在执行时检查的,以保证主码的唯一性。同样,这是也要检查参照完整性约束(若有的话)。
      查询检查还包括视图消解,也称为视图转换。视图转换是指,若数据操作语言语句涉及对视图的操纵,则首先要从数据字典中取出视图的定义,根据该定义把对视图的操作转换为对基本表的操作。
    3. 对查询进行优化。
      1)代数优化
      2)存取路径优化。它要根据数据字典中记载的各种信息,按照一定的优化策略选择一个系统认为的“较好”的存取方案,并把选中的方案描述出来。

    将数据库操纵语句转换成一串可执行的存取动作这一过程称为一个逐步束缚(bind)的过程。它将数据操纵语言高级的描述型语句(集合操作)转换为系统内部低级的单元组动作。

    二、解释方法

    解释方法的具体做法是指直到执行前,数据操纵语言都以原始字符串的形式保存,当执行到该语句时,才利用解释程序去完成数据操纵语句的处理过程–束缚过程,同时予以执行。这种方法通过进来推迟束缚过程来赢得数据独立性。
    优点: 灵活、应变性强,甚至能适应在解释过程中发生的数据结构、存储结构等的变化,因此能保持较高的数据独立性。
    缺点: 每次执行一个数据操作语句时都要执行束缚过程的所有步骤,尤其当这样的语句位于一个循环体内时,就要多次重复解释一个数据操纵语句,开销会很大,因此效率比较低。
    适用: 交互式SQL。

    三、预编译方法

    预编译方法的基本思想是指在用户提交数据操纵语句之后,在运行之前对它进行翻译处理,保存产生好的可执行代码。当需要运行时,取出保存的可执行性代码加以执行。
    DB2处理嵌入SQL语句的应用程序的过程图示:
    DB2处理带SQL语句的宿主语言源程序的过程
    假定被处理对象是一个C语言源程序P,它首先被一个预编译器处理。这个预编译器的功能是识别SQL语句,把它们替换成源语言的函数调用(原来的SQL语句作为注解句生成一个数据库请求模块(DBRM)),它是下一步束缚过程的输入。
    修改后的C源程序按通常方式被编译、连接处理,生成装载模块。
    束缚过程实际上是一个SQL语句的优化编辑器,编译一个至多个数据库请求模块,生成应用规划。应用规划包含了基本存取模块的调用,完成数据库请求模块对应的源SQL语句的功能。
    这样,一个C源程序被分成了装载模块和应用规划。在运行时,当装载模块执行过程中遇到访问数据库的函数调用时,就把控制权交给运行监督器。运行监督器找到相应的应用规划后将其调入内存并转让控制权,然后由应用规划去启用数据存储管理器执行实际的数据存取,并将结果返回给C程序。
    该方法存在的问题
    在束缚过程中运行优化所依据的条件可能在运行前已不存在,或者数据库结构已被修改,因而导致已作出的应用规划在执行时不再有效。
    解决方法–重编译
    当数据库中因某些成分的改变而使一些程序(语句)的编译结果无效时,再对它们执行一次编译。重编译可在不同时刻进行。为了提高整个系统的效率,不应在数据库某一成分改变后就立即对受影响的那些源程序重编译,较好的方法是将受影响的编译结果置“无效”标志,在其被执行时才进行自动重编译。
    自动重编译技术使得预编译方法既有了编译时进行束缚所带来的高效率,也具备了执行时束缚带来的数据独立性。预编译方法的效率比其他方法提高两倍以上。

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  • 数据库管理系统属于应用软件吗?

    千次阅读 2021-07-01 02:56:37
    系统软件主要包括:操作系统,语言处理程序,数据库管理系统和服务程序等;而应用软件是为完成某些特定工作并解决某些特定问题而编写的程序,例如防病毒软件,办公软件等都是应用软件。数据库管理系统属于系统软件。...

    不,数据库管理系统属于系统软件。系统软件主要包括:操作系统,语言处理程序,数据库管理系统和服务程序等;而应用软件是为完成某些特定工作并解决某些特定问题而编写的程序,例如防病毒软件,办公软件等都是应用软件。

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    数据库管理系统属于系统软件。

    软件分为两类:系统软件和应用程序软件。系统软件主要包括:操作系统,语言处理程序,数据库管理系统和服务程序等。应用软件是为完成特定任务和解决特定问题而编写的程序。 ,例如杀毒软件,办公软件,游戏软件等都是应用软件。

    数据库管理系统简介

    数据库管理系统(Database Management System)是一种操作和管理数据库的大型软件。它用于建立,使用和维护数据库,称为DBMS。它对数据库进行统一的管理和控制,以确保数据库的安全性和完整性。

    用户通过DBMS访问数据库中的数据,并且数据库管理员还通过DBMS执行数据库维护。它可以支持多个应用程序和用户以不同的方式同时或在不同时间创建,修改和查询数据库。

    大多数DBMS为用户提供数据定义语言DDL(Data Definition Language)和数据操作语言DML(Data Manipulation Language),以定义数据库的模式结构和权限约束,并实现诸如添加和删除数据的操作。

    数据库管理系统是操纵和管理数据库的大型软件。它用于建立,使用和维护数据库,称为DBMS。它对数据库进行统一的管理和控制,以确保数据库的安全性和完整性。

    数据库管理系统是一个数据操作软件,可以提供数据输入,修改和查询。它具有数据定义,数据操作,数据存储和管理,数据维护和通信等功能,并且可以允许多个用户使用它。另外,数据库管理系统的发展与计算机技术的发展密切相关。

    近年来,计算机网络已逐渐成为人们生活的重要组成部分。因此,如果要进一步完善计算机数据库管理系统,技术人员应继续创新和改革计算机技术,并继续扩大计算机数据库管理系统的应用范围,从而真正促进计算机数据库管理的创新。系统技术。

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  • 四大基本概念(1)数据--Data① 数据的定义② 数据的种类③ 数据的特点④ 数据举例(2)数据库--Database① 数据库的定义② 数据库的基本特征(3)数据库管理系统--DataBase Management System① 什么是DBMS?...


    0.思维导图

    在这里插入图片描述

    1.四大基本概念

    (1)数据–Data

    • 数据(Data)是数据库中存储的基本对象

    ① 数据的定义

    描述事物的符号记录

    ② 数据的种类

    文本、图形、图像、音频、视频、学生的档案记录、货物的运输情况等

    ③ 数据的特点

    数据与其语义是不可分的

    ④ 数据举例

    • 数据的含义称为数据的语义,数据与其语义是不可分的。

    例如 93是一个数据
    语义1:学生某门课的成绩
    语义2:某人的体重
    语义3:计算机系2003级学生人数
    语义4:请同学给出。。。

    学生档案中的学生记录
    (李明,男,197205,江苏南京市,计算机系,1990)
    语义:学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在院系、
    入学时间
    解释:李明是个大学生,1972年5月出生,江苏南京市人,1990年考入计算机系

    (2)数据库–Database

    ① 数据库的定义

    数据库(Database,简称DB)是长期储存计算机内有组织可共享的大量数据集合

    ② 数据库的基本特征

    • 数据按一定的数据模型组织、描述和储存
    • 可为各种用户共享
    • 冗余度较小
    • 数据独立性较高
    • 易扩展

    (3)数据库管理系统–DataBase Management System

    ① 什么是DBMS?

    DBMS是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。是基础软件,是一个大型复杂的软件系统

    ② DBMS的用途

    科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据

    ③ DBMS的主要功能

    • 数据定义功能
      提供数据定义语言(DDL)
      定义数据库中的数据对象

    • 数据组织、存储和管理
      分类组织、存储和管理各种数据
      确定组织数据的文件结构和存取方式
      实现数据之间的联系
      提供多种存取方法提高存取效率

    • 数据操纵功能
      提供数据操纵语言(DML)
      实现对数据库的基本操作 (查询、插入、删除和修改)

    • 数据库的事务管理和运行管理
      数据库在建立、运行和维护时由DBMS统一管理和控制
      保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用
      发生故障后的系统恢复

    • 数据库的建立和维护功能(实用程序)
      数据库初始数据装载转换
      数据库转储
      介质故障恢复
      数据库的重组织
      性能监视分析等

    • 其它功能
      DBMS与网络中其它软件系统的通信
      两个DBMS系统的数据转换
      异构数据库之间的互访和互操作

    (4)数据库系统–Database System

    ① 什么是数据库系统(Database System,简称DBS)

    在计算机系统中引入数据库后的系统构成

    ② 数据库系统的构成

    • 数据库 Database
    • 数据库管理系统(及其开发工具)Database Management System
    • 应用系统
    • 数据库管理员 Database Administrator

    在这里插入图片描述

    ③ 数据库系统的特点

    ❶ 数据结构化
    • 整体数据的结构化是数据库的主要特征之一

    • 整体结构化
      不再仅仅针对某一个应用,而是面向全组织
      不仅数据内部结构化,整体是结构化的,数据之间具有联系

    • 数据库中实现的是数据的真正结构化
      数据的结构用数据模型描述,无需程序定义和解释
      数据可以变长
      数据的最小存取单位是数据项

    ❷ 数据的共享性高,冗余度低,易扩充
    • 数据库系统从整体角度看待和描述数据,数据面向整个系统,可以被多个用户、多个应用共享使用。
    • 数据共享的好处
      减少数据冗余,节约存储空间
      避免数据之间的不相容性与不一致性
      使系统易于扩充
    ❸ 数据独立性高
    • 物理独立性
      指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。当数据的物理存储改变了,应用程序不用改变。
    • 逻辑独立性
      指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了,用户程序也可以不变。
    • 数据独立性是由DBMS的二级映像功能来保证的
    ❹ 数据由DBMS统一管理和控制

    DBMS提供的数据控制功能

    • (1)·数据的安全性(Security)保护·
      保护数据,以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。
    • (2)数据的完整性(Integrity)检查
      将数据控制在有效的范围内,或保证数据之间满足一定的关系。
    • (3)并发(Concurrency)控制
      对多用户的并发操作加以控制和协调,防止相互干扰而得到错误的结果。
    • (4)数据库恢复(Recovery)
      将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。
    ❺ 应用程序与数据的对应关系(数据库系统)

    在这里插入图片描述

    2.数据管理技术的产生和发展

    (1) 什么是数据管理

    • 对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护
    • 数据处理的中心问题

    (2) 数据管理技术的发展过程

    • 人工管理阶段(20世纪40年代中–50年代中)
    • 文件系统阶段(20世纪50年代末–60年代中)
    • 数据库系统阶段(20世纪60年代末–现在)

    (3)时期

    • 20世纪60年代末以来

    (4) 产生的背景

    • 应用背景 大规模管理
    • 硬件背景 大容量磁盘、磁盘阵列
    • 软件背景 有数据库管理系统
    • 处理方式 联机实时处理,分布处理,批处理
    展开全文
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