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  • 数据库系统的内部体系结构

    数据库系统的内部体系结构

    从DBMS角度来看,数据库系统通常采用三级模式结构,这是数据库系统的内部体系结构。
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    1、模式(Schema)

    又称概念模式,处于中间层,是对数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述,是数据库的整体逻辑,即概念视图、概念级数据库。
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    对下层
    不涉及数据的物理存储细节和硬件环境;
    对上层
    与具体的应用程序、所使用的应用开发工具及程序设计语言无关。
    △一个数据库只有一个模式

    2、外模式(External Schema)

    又称子模式或用户模式,处于最外层,是对数据库用户能看到并允许使用的那部分局部数据的逻辑结构和特征的描述,是与某一应用有关的数据的逻辑表示,即用户视图、用户数据库。
    外模式是模式的子集,可有多个,同一个外模式可以为多个应用程序使用。

    3、内模式(Internal Schema)

    又称为存储模式或物理模式,处于最内层,也是靠近物理存储的一层,是对整个数据库存储结构的描述,是数据在数据库内部的表示方式,又叫物理级数据库、物理视图。在这里插入图片描述
    用户根据外模式进行的操作,通过外模式到模式的映射与概念级数据库联系起来,又通过模式到内模式的映射与物理级数据库联系起来。

    4、数据库系统的二级映象与数据独立性

    ◆DBMS在三级模式之间提供了二级映象功能,保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性物理独立性
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    优点
    • 保证数据的独立性
    • 简化了用户接口
    • 有利于数据共享
    • 有利于数据的安全保密

    数据库系统的外部体系结构

    1、单用户结构的数据库系统

    又称桌面型数据库系统
    将应用程序、DBMS和数据库都装在一台计算机上,由一个用户独占使用。适合未联网用户、个人用户等。

    2、主从式结构的数据库系统

    是大型主机带多终端的的多用户结构的系统,又称主机/终端模式在这里插入图片描述
    优点:结构简单,易于管理、控制与维护
    缺点:

    • 当终端数目太多时,主机的任务会过分繁重,成为系统瓶颈。
    • 系统的可靠性依赖主机,当主机出现故障时,整个系统都不能使用。
    3、分布式结构的数据库系统

    是分布式网络技术与数据库技术相结合的产物。数据库分布存储在计算机网络的不同节点上。在这里插入图片描述

    • 数据在物理上是分布的
    • 所有数据在逻辑上是一个整体
    • 结点上分布存储的数据相对独立

    优点:多台服务器并发的处理数据,提高效率
    缺点:数据的分布式存储给数据处理任务协调与维护带来困难

    4、客户/服务器结构的数据库系统(Client/Server,C/S结构)

    把DBMS的功能与应用程序分开。分为:

    • 数据库服务器(简称服务器,Server)
    • 客户机(Client)

    在这里插入图片描述
    优点:网络运行效率大大提高
    缺点:维护升级很不方便

    5、浏览器/服务器结构的数据库系统(Browser/Server,B/S结构)
    • 针对客户机/服务器结构的不足而提出的在这里插入图片描述
    • 客户机仅安装通用的浏览器软件,实现输入/输出
    • 应用程序安装在应用服务器上,充当了中介
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  • 数据库系统架构 1.集中式结构 概念:所有的程序,包括DBMS、应用程序、与用户...两层C/S架构将数据库应用系统的计算机分为客户机和服务器两类,系统的功能在客户机和服务器之间划分,形成一种客户机请求服务,...

    数据库系统架构

    1.集中式结构

    概念:所有的程序,包括DBMS、应用程序、与用户终端进行通信的软件等全部集中在一台称为主机的计算机上运行,且所有的数据及其数据处理工作也都在主机中运行。

    2.两层客户机/服务器架构

        两层C/S架构将数据库应用系统的计算机分为客户机和服务器两类,系统的功能在客户机和服务器之间划分,形成一种客户机请求服务,服务器提供服务的应用系统结构。
    两层C/S的特点与优点
    特点:两层C/S架构是“肥”客户机/“瘦”服务器结构。
    客户机需要配置好几层软件。
    如操作系统、网络协议软件、客户机软件及应用程序等
    服务器只是单纯的数据库服务器。
    优点
    相对于集中式结构,两层C/S架构把程序的功能分离,使得客户端开发集中于数据的显示和分析,数据库服务器则集中于数据的管理,这样不必在每一个新的应用开发中重新对数据库进行编码。

    缺点

    • 维护费用较高。客户端要安装庞大而复杂的应用程序,当网络用户的规模达到一定数量之后,系统的维护量急剧增加,维护应用系统变得十分困难。
      系统可靠性降低。一个客户机/服务器系统是由各自独立开发、制造和管理的各种硬件和软件的混合体,其内在的可靠性不如集中式结构的大型机或小型机。
      资源利用率不高。用户在本地硬盘 装入大量的软件,但使用的只是其中很少一部分(一般少于10%)。在一个拥有众多“胖”客户机的环境中,这无疑时巨大的浪费。
    • 系统缺乏灵活性。客户机/服务器需要对每一应用独立地开发应用程序,消费了大量的资源,且“胖”客户机的计算模式仍然满足不了日益增长的应用需要。

    3.三层数据库应用系统

    把数据库应用系统分为逻辑上相对独立的三层,数据库系统的功能分别由三层实现:

    • 数据层负责数据管理和事务处理两个功能。主要由一个或多个数据库管理系统实现。
    • 功能层由客户机中负责业务规则处理的代码分离而来,用一个专门的应用服务器支持,负责业务逻辑功能。改变业务处理规则时,不对表示层产生影响。
    • 表示层仍配置在客户机中 ,实现用户与应用间的对话,如检查用户从键盘等输入的数据,显示应用输出的数据,提供表达逻辑功能。变更用户接口时,只需改写显示控制和数据检查程序,不影响其他两层。检查的内容也只限于数据的形式和值的范围,不包括有关业务本身的处理逻辑。

    优点
    系统灵活性高。把三个层次分别放在各自不同的硬件(计算机)系统上能够适应客户机数目的增加和处理负荷的变动。
    降低了系统分析设计的难度,能够使系统结构清晰、分工明确,又利用后期的维护和升级。
    缺点
    降低了系统的性能。
    增加了系统实现的难度。
    组件的生命周期管理,安全管理,多用户访问的事务管理,组件之间的连接和通信,应用的可靠性和可伸缩性。
    【注】关于伸缩性,指的是当多个用户访问系统时,系统对每个用户访问请求处理时间。比如说10个用户访问系统,系统处理要花10s。当用户访问增多时候,系统处理不会变的很慢。

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  • 数据库数据库系统的体系结构

    千次阅读 2019-09-03 09:12:24
    数据库系统的体系结构 数据库的体系结构分为三级模式和两级映像。 数据库的三级模式结构是数据的3个抽象级别,它把数据的具体组织留给DBMS去处理,用户只要抽象地处理数据,而不必担心数据在计算机中的表示和存储,...

    数据库系统(Data Base System, DBS)是指在计算机系统中引入数据库后的系统,它是由计算机硬件、数据库、数据库管理系统(及其开发工具)、数据库应用系统、数据库用户构成。

    数据库系统的体系结构

    数据库的体系结构分为三级模式和两级映像。

    数据库的三级模式结构是数据的3个抽象级别,它把数据的具体组织留给DBMS去处理,用户只要抽象地处理数据,而不必担心数据在计算机中的表示和存储,这样就减轻了用户使用系统的负担。为了实现这3个抽象级别的联系和转换,DBMS在三级结构之间提供了两级映像(Mapping):外模式/模式映像、模式/内模式映像。正是这两个映像保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

    三级模式

    模式(Schema)也称概念模式(Conceptual Schema),是对数据库中全部数据的逻辑结构和特征的描述,是所有用户的公共数据视图。它是数据库系统模式结构的中间层,既不涉及数据的物理存储细节和硬件环境,也不涉及具体的应用程序及使用的应用开发工具和高级程序设计语言。模式实际上是数据库数据在概念级上的视图,一个数据库只有一个模式。定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构,而且要定义数据项之间的联系、不同记录之间的联系,以及与数据有关的完整性、安全性等要求。完整性是指数据的正确性、有效性和相容性,安全性主要是指保密性。数据库管理系统提供模式描述语言(Schema Data Definition Language, SDDL)来定义模式。

    外模式(External Schema)也称子模式(Subschema),它是对数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述,即个别用户设计的数据的逻辑结构。外模式通常是模式的子集,一个数据库可以有多个外模式。外模式是保证数据库安全性的一个有效措施,每个用户只能看见或访问对应的外模式中的数据,数据库中的其余数据是不可见的。数据库管理系统提供外模式描述语言(外模式DDL)来定义外模式。

    内模式(Internal Schema)也称存储模式(Storage Schema),一个数据库只有一个内模式。内模式是对数据物理结构和存储方式的描述,是数据在数据库内部的表示方式。内模式的设计目标是将系统的模式组织成最优的物理模式,以提高数据的存取效率,改善系统的性能指标。数据库管理系统提供内模式描述语言(内模式DDL)来定义内模式。

    二级映像

    外模式/模式映像:模式描述的是数据的全局逻辑结构,外模式描述的是数据的局部逻辑结构,同一个模式可以有任意多个外模式。对于每个外模式,数据库系统都有一个外模式/模式映像,它定义了该外模式与模式之间的对应关系。这些映像定义通常包含在各自外模式的描述中。

    模式/内模式映像:是唯一的,它定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。该映像定义通常包含在模式描述中。

    两级数据独立性

    数据独立性(Data Independence)是指应用程序和数据库的数据结构之间相互独立,不受影响。

    • 逻辑数据独立性。当模式改变时,由数据库管理员对各个外模式/模式影响做相应改变,可以使外模式保持不变。应用程序是依据数据的外模式编写的,因而应用程序不必修改,保证了数据与程序的逻辑独立性。

    • 物理数据独立性。当数据库的存储结构改变了,由数据库管理员对模式/内模式映像做相应改变,可以保证模式保持不变,因而应用程序也不必修改,保证了数据与程序的物理独立性。

    特定的应用程序是在外模式描述的数据结构上编制的,它依赖于特定的外模式,与数据库的模式和存储结构相独立。不同的应用程序可以共用同一外模式。数据库的两级映像保证了数据库外模式的稳定性,从而从底层保证了应用程序的稳定性,除非应用需求本身发生变化,否则应用程序一般不需要修改。

    (最近更新:2019年09月03日)

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  • 数据库系统的内部体系结构 数据库系统的三级模式结构和二级映像功能示意图从DBMS角度来看,数据库系统通常采用三级模式结构,这是数据库系统的内部体系结构数据库系统的三级模式结构和二级映像功能示意图: 模式...

    数据库系统的内部体系结构

    数据库系统的三级模式结构和二级映像功能示意图从DBMS角度来看,数据库系统通常采用三级模式结构,这是数据库系统的内部体系结构。

    数据库系统的三级模式结构和二级映像功能示意图:
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    模式

     又称 概念模式,处于中间层,是对数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述,是数据库的整体逻辑,即概念视图、概念级数据库。

     对下层:
      不涉及数据的物理存储细节和硬件环境;
     对上层:
      与具体的应用程序、所使用的应用开发工具及程序设计语言无关。 
    一个数据库只有一个模式。

    外模式

     又称子模式或用户模式,处于最外层,是对数据库用户能看到并允许使用的那部分局部数据的逻辑结构和特征的描述,是与某一应用有关的数据的逻辑表示,即 用户视图、用户数据库。 
    外模式是模式的子集,可有多个,同一个外模式可以为多个应用程序使用。

    内模式

     又称为存储模式或物理模式,处于最内层,也是靠近物理存储的一层,是对整个数据库存储结构的描述,是数据在数据库内部的表示方式,又叫 物理级数据库、物理视图

    一个数据库只有一个内模式。

    数据库系统的二级映象与数据独立性

     DBMS在三级模式之间提供了二级映象功能,保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性与物理独立性。

    外模式/模式映象 保证了数据与程序间的逻辑独立性
    模式/内模式映象 确保了数据的物理独立性

    数据库系统的三级模式与二级映像的优点
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    数据库系统的外部体系结构

    单用户结构

     又称桌面型数据库系统将应用程序、DBMS和数据库都装在一台计算机上,由一个用户独占使用。适合未联网用户、个人用户等。
     DBMS提供较弱的数据库管理和较强的应用程序和界面开发工具,既是数据库管理工具,同时又是数据库应用程序和界面的前端工具

    主从式结构

     是大型主机带多终端的多用户结构的系统,又称主机/终端模式
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     优点 
      结构简单,易于管理、控制与维护。
     缺点
      当终端数目太多时,主机的任务会过分繁重,成为系统瓶颈。
      系统的可靠性依赖主机,当主机出现故障时,整个系统都不能使用。~

    分布式结构

     是分布式网络技术与数据库技术相结合的产物。数据库分布存储在计算机网络的不同结点上。

      (1)数据在物理上是分布的
      (2)所有数据在逻辑上是一个整体
      (3)结点上分布存储的数据相对独立

     优点 多台服务器并发的处理数据,提高效率
     缺点 数据的分布式存储给数据处理任务协调与维护带来困难。

    客户/服务器结构

     (Client/Server,C/S结构) 把DBMS的功能与应用程序分开。分为:
      数据库服务器(简称服务器,Server) 
      客户机(Client)
    在这里插入图片描述

    胖客户机结构,两层结构。

      优点 网络运行效率大大提高
      缺点 维护升级很不方便

    浏览器/服务器结构

     (Browser/Server,B/S结构) 
     针对客户机/服务器结构的不足而提出的。 
     客户机仅安装通用的浏览器软件,实现输入/输出
     应用程序安装在应用服务器上,充当了中介

    瘦客户机结构,三层结构。
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  • 小结 ... ¤数据库系统外部的体系结构 •单用户数据库系统 •主从式结构的数据库系统 •分布式结构的数据库系统 •客户/服务器结构的数据库系统 •浏览器/应用服务器/数据库服务器结构...
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数据库应用系统的体系结构