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  • 数据库系统结构

    千次阅读 2013-07-02 21:38:00
    从最终用户角度来看,数据库系统分为单用户结构、主从式结构、分布式结构、客户机/服务器结构。   1. 单用户数据库系统   单用户数据库系统是一种早期的最简单的数据库系统。在这种系统中,整个数据库系统...
    从最终用户角度来看,数据库系统分为单用户结构、主从式结构、分布式结构、客户机/服务器结构
       
    1. 单用户数据库系统
       
    单用户数据库系统是一种早期的最简单的数据库系统。在这种系统中,整个数据库系统(包括应用程序、DBMS、数据)都装在—台计算机上,由一个用户独占,不同机器之间不能共享数据。

       例如,一个企业的各个部门都使用本部门的机器来管理本部门的数据,各个部门的机器是独立的。由于不同部门之间不能共享数据,因此企业内部存在大量的冗余数据。例如,人事部门、会计部门、技术部门必须重复存放每一名职工的一些基本信息(职工号、姓名等)。

     
      2.主从式结构
      
    主从式结构是指一个主机带多个终端的多用户结构。在这种结构中,数据库系统(包括应用程序、DBMS、数据)都集中存放在主机上,所有处理任务都由主机来完成,各个用户通过主机的终端并发地存取数据库,共享数据资源。
           
    主从式结构的优点是简单,数据易于管理与维护。缺点是当终端用户数目增加到一定程度后,主机的任务会过分繁重,成为瓶颈,从而使系统性能大幅度下降。另外当主机出现故障时,整个系统都不能使用,因此系统的可靠性不高。

    3.分布式结构
      
    分布式结构是指数据库中的数据在逻辑上是一个整体,但物理地分布在计算机网络的不同节点上。网络中的每个节点都可以独立处理本地数据库中的数据,执行局部应用:同时也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数据,执行全局应用。
     
    分布式结构的数据库系统是计算机网络发展的必然产物,它适应了地理上分散的公司、团体和组织对于数据库应用的需求。但数据的分布存放,给数据的处理、管理与维护带来困难。此外,当用户需要经常访问远程数据时,系统效率会明显地受到网络交通的制约。

    4.客户/服务器结构
      
    主从式数据库系统中的主机和分布式数据库系统中的每个节点机是一个通用计算机,既执行DBMS功能又执行应用程序。随着工作站功能的增强和广泛使用,人们开始把DBMS功能和应用分开,网络中某个(些)节点上的计算机专门用于执行DBMS功能,称为数据库服务器,简称服务器;其他节点上的计算机安装DBMS的外围应用开发工具,支持用户的应用,称为客户机,这就是客户/服务器结构的数据库系统。
      
    在客户/服务器结构中,客户端的用户请求被传送到数据库服务器,数据库服务器进行处理后,只将结果返回给用户(而不是整个数据),从而显著减少了网络上的数据传输量,提高了系的性能、吞吐量和负载能力;另一方面,客户/服务器结构的数据库往往更加开放。客户与服务器一般都能在多种不同的硬件和软件平台上运行,可以使用不同厂商的数据库应用开发工具,应用程序具有更强的可移植性,同时也可以减少软件维护开销。
        
    客户/服务器数据库系统可以分为集中的服务器结构分布的服务器结构。前者在网络中仅有一台数据库服务器,而客户服务器是多台。后者在网络中有多台数据库服务器。分布的服务器结构是客户/服务器与分布式数据库的结合
        
    与主从式结构相似,在集中的服务器结构中,一个数据库服务器要为众多的客户服务,往往容易成为瓶颈,制约系统的性能。
       
    与分布式结构相似,在分布的服务器结构中,数据分布在不同的服务器上,从而给数据的处理、管理与维护带来困难。
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  • 数据库 - 数据库系统结构

    千次阅读 2015-05-03 12:47:08
    数据库系统结构从数据库管理系统角度看,数据库系统通常采用三级模式结构,是数据库系统内部的系统结构 从数据库最终用户角度看(数据库系统外部的体系结构) ,数据库系统的结构分为: 单用户结构 分布式结构 ...

    数据库系统结构

    从数据库管理系统角度看,数据库系统通常采用三级模式结构,是数据库系统内部的系统结构

    从数据库最终用户角度看(数据库系统外部的体系结构) ,数据库系统的结构分为:
    单用户结构
    分布式结构
    客户/服务器
    浏览器/应用服务器/数据库服务器多层结构等

    数据库系统模式的概念

    “型” 和“值” 的概念
    型(Type)
    对某一类数据的结构和属性的说明
    值(Value)
    是型的一个具体赋值
    例如
    学生记录型:
    (学号,姓名,性别,系别,年龄,籍贯)
    一个记录值:
    (900201,李明,男,计算机,22,江苏)
    模式(Schema)
    数据库逻辑结构和特征的描述
    是型的描述
    反映的是数据的结构及其联系
    模式是相对稳定的
    实例(Instance)
    模式的一个具体值
    反映数据库某一时刻的状态
    同一个模式可以有很多实例
    实例随数据库中的数据的更新而变动

    模式

    模式(也称逻辑模式)
    数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述
    所有用户的公共数据视图,综合了所有用户的需求
    一个数据库只有一个模式
    模式的地位:是数据库系统模式结构的中间层
    与数据的物理存储细节和硬件环境无关
    与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关
    模式的定义
    数据的逻辑结构(数据项的名字、类型、取值范围等)
    数据之间的联系
    数据有关的安全性、完整性要求

    模式实例

    教学数据库模式(前面的第二个实例)
    教师(教师号,姓名,职称)
    主键:教师号
    课程(课程号,课程名称,教师号,教材)
    主键:课程号 外键:教师号
    学生(学号,姓名,性别,教师号)
    主键:学号 外键:教师号
    选课(学号,课程号, 成绩)
    主键:(学号,课程号)
    外键1:学号,外键2:课程号

    [例]  创建学生Student表
    
                  CREATE TABLE Student
                    (Sno  CHAR(9)  PRIMARY KEY,
                     Sname  CHAR(20) NOT NULL,     
                     Ssex  CHAR(2) ,
                     Sage  NUMBER,
                     Sdept  CHAR(20))
                     TABLESPACE USERS;
    
    [例]  创建课程Course表
    
                  CREATE TABLE Course
                    (Cno  CHAR(4)  PRIMARY KEY,
                     Cname  CHAR(40) NOT NULL,     
                     Cpno  CHAR(4) ,
                     Ccredit  NUMBERFOREIGN KEY Cpno REFERENCES Course(              Cno))
                     TABLESPACE USERS;
    
    [例]  创建选修课程SC表
    
                  CREATE TABLE SC
                    (Sno  CHAR(9)  NOT NULL,
                     Cno  CHAR(4) NOT NULL,     
                     Grade Grade,
                     PRIMARY KEY (Sno,Cno),
                     FOREIGN KEY (Sno) REFERENCES Student(Sno),
                     FOREIGN KEY (Cno) REFERENCES Course(Cno))
                     TABLESPACE USERS;
    

    外模式

    外模式(也称子模式或用户模式)
    数据库用户(包括应用程序员和最终用户)使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述
    数据库用户的数据视图,是与某一应用有关的数据的逻辑表示
    外模式的地位:介于模式与应用之间
    模式与外模式的关系:一对多
    外模式通常是模式的子集
    一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求
    对模式中同一数据,在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同
    外模式与应用的关系:一对多
    同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用
    但一个应用程序只能使用一个外模式
    外模式的用途
    保证数据库安全性的一个有力措施
    每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据

    建立计算机系学生的视图 CS_Student
                  CREATE VIEW CS_Student
        AS 
        SELECT  *
        FROM   Student
        WHERE  Sdept='CS'

    内模式

    内模式(也称存储模式)
    是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
    记录的存储方式(顺序存储,按照B树结构存储,
    按hash方法存储)
    索引的组织方式
    数据是否压缩存储
    数据是否加密
    数据存储记录结构的规定
    一个数据库只有一个内模式

    模式/内模式映象

    模式/内模式映象定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。
    数据库中模式/内模式映象是唯一的。
    该映象定义通常包含在模式描述中。
    保证数据的物理独立性
    当数据库的存储结构改变了(例如选用了另一种存储结构),数据库管理员修改模式/内模式映象,使模式保持不变
    应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性,简称数据的物理独立性。
    数据库模式
    即全局逻辑结构是数据库的中心与关键
    独立于数据库的其他层次
    设计数据库模式结构时应首先确定数据库的逻辑模式
    数据库的内模式
    依赖于它的全局逻辑结构
    独立于数据库的用户视图,即外模式
    独立于具体的存储设备
    将全局逻辑结构中所定义的数据结构及其联系按照一定的物理存储策略进行组织,以达到较好的时间与空间效率

    数据库的外模式
    面向具体的应用程序
    定义在逻辑模式之上
    独立于存储模式和存储设备
    当应用需求发生较大变化,相应外模式不能满足其视图要求时,该外模式就得做相应改动
    特定的应用程序
    在外模式描述的数据结构上编制的
    依赖于特定的外模式
    与数据库的模式和存储结构独立
    不同的应用程序有时可以共用同一个外模式
    数据库的二级映像
    保证了数据库外模式的稳定性
    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

    数据与程序之间的独立性,使得数据的定义和描述可以从应用程序中分离出去

    数据的存取由DBMS管理
    用户不必考虑存取路径等细节
    简化了应用程序的编制
    大大减少了应用程序的维护和修改

    数据库管理员(DBA)

    具体职责:
    1.决定数据库中的信息内容和结构
    2.决定数据库的存储结构和存取策略
    3.定义数据的安全性要求和完整性约束条件
    4.监控数据库的使用和运行
    周期性转储数据库
    数据文件
    日志文件
    系统故障恢复
    介质故障恢复
    监视审计文件
    5. 数据库的改进和重组
    性能监控和调优
    定期对数据库进行重组织,以提高系统的性能
    需求增加和改变时,数据库须需要重构造

    展开全文
  • 数据库模型和数据库系统结构

    千次阅读 2014-08-19 21:05:48
    数据库模型: 层次模型 网状模型 关系模型 数据库系统结构

    数据库模型:

    层次模型:

    网状模型:

    关系模型:

    1.每个关系的数据结构是一张规范化的二维表。

    关系:一个关系对应通常说的一张表。

    元组:表中的一行即为一个元组

    属性:表中的一列即为一个属性,给每一个属性起一个名称即属性名。

    码:也成为码键。表中的某个属性组,它可以唯一的确定一个元组。

    域:属性的取值范围。

    分量:元组中的一个属性值。

    关系模式:对关系的描述,一般表示为关系名(属性1,属性2,...,属性n).


        关系模型要求必须是规范化的,即要求关系必须满足一定的规范条件,这些规范条件中最基本的一条就是,关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项,也就是不允许表中还有表。


    2.关系数据模型的操纵与完整性约束

        关系数据模型的操作主要包括查询、插入、删除和更新数据。


    3.关系数据模型的存储结构

       在关系数据模型中,实体及实体间的联系都用表来表示。


    4.关系数据模型的优缺点

    优点:

       1.关系模型与格式化模型不同,它是建立在严格的数学概念的基础上的。

       2.关系模型的概念单一。

       3.关系模型的存取路径对用户透明。

    缺点:

        由于存取路径对用户透明,查询效率往往不如格式化数据模型。



    数据库系统结构:

        在数据模型中有“型”和“值”的概念。型是指某一类数据的结构和属性的说明。值是型的一个具体赋值。

        模式是数据库中全体数据的逻辑结构和特征描述,它仅仅涉及到型的描述,不涉及到具体的值。模式的一个具体值称为模式的一个实例。

        模式是相对稳定的,而实例是相对变动的。


    数据库的三级模式结构。

        数据库系统的三级模式结构是指数据库系统是由外模式、模式和内模式三级构成。



    1、模式(Schema)

        模式也称为逻辑模式,概念模式,是数据库中全体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,不涉及物理层和开发层。

        模式实际上是数据库数据在逻辑级上的视图。一个数据库只有一个模式。数据库模式以某一种数据模型为基础,统一综合地考虑了所有用户的需求,并将这些需求有机地结合成一个逻辑整体。


    2、外模式

       外模式也称为子模式或者用户模式,它是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描述,是数据库用户的数据视图,是与某一个应用有关的数据的逻辑表示。外模式通常是模式的一个子集。一个数据库可以有个外模式,由于不同用户有不同的需求。

        外模式是保证数据库安全性的一个有力措施,每个用户只能看见和访问所对应的外模式的数据,数据库中的其余数据是不可见的。


    3、内模式

        内模式也称为存储模式,一个数据库只有一个内模式,它是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。

        例如,记录的存储方式是堆存储,还是按照某个属性的升序存储,还是按照属性的聚簇(cluster)存储;索引按照什么方式组织,是B+树索引么还是hash索引;数据是否压缩存储名是否加密;数据存储记录结构有何规定,如定长结构或变长结构,一个记录不能跨物理页存储;等等



    数据库的二级映像功能和数据独立性

        为了能够在系统内部实现这3个抽象层次的联系和转换,数据库管理系统在这三级模式之间提供了两层映像:

       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。对应同一个模式可以有任意多个模式,对于每一个外模式,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。

       模式/内模式映像

       数据库中只有一个模式,也只有一个内模式,所以模式/内模式映像是唯一的,它定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。


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  • 文章目录1.3数据库系统结构 1.3数据库系统结构 数据库管理系统内部的系统结构(模式结构):※ 从数据库管理系统角度看,数据库系统通常采用三级模式结构; 数据库系统外部的体系结构:从数据库最终用户角度看,...


    1.3.1 数据库系统结构

    • 数据库管理系统内部的系统结构(模式结构):
      从数据库管理系统角度看,数据库系统通常采用三级模式结构;
    • 数据库系统外部的体系结构:从数据库最终用户角度看,数据库系统的体系结构分为集中式结构(单用户结构、主从式结构)、客户/服务器结构、分布式结构。

    一、数据库系统模式的概念

    1. 型和值:
      · 型(Type):是指对某一数据的结构和属性的说明。
      · 值(Value):型的一个具体赋值。
      在这里插入图片描述
    2. 模式和实例:
      · 模式(schema):是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述,它仅仅涉及到型的描述,不涉及到具体的值。
      · 模式和型的关系:全体和部分
      · 实例(instance):模式的一个具体值称为模式的一个实例。(时间为变量)
      · 实例和值的关系:全体和部分

    模式和实例的关系:

    • 同一个模式可以有很多实例;
    • 模式是相对稳定的(模式反映的是数据的结构及其关系,会维持一段时间),而实例是相对变动的(实例反映的是数据库某一时刻的状态)。

    二、数据库系统的三级模式结构

    数据库系统的三级模式结构是指数据库系统是由外模式、模式和内模式三级构成:

    1. 模式(核心):模式也称逻辑模式。
    • 说明:
      · 一个数据库只有一个模式;
      · 数据库模式以某一种数据模型为基础;
      · 定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构(例如记录由哪些数据项构成,数据项的名字、类型、取值范围等),而且要定义这些数据间的联系,以及与数据有关的安全性、完整性要求。
      在这里插入图片描述
    1. 外模式:外模式也称子模式或用户模式,它是数据库用户(包括应用程序和最终用户)看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述,是数据库用户的数据视图。
    • 说明:
      · 一个数据库可以有多个外模式;
      · 外模式通常是模式的子集;
      · 同一个模式可以为某一用户的多个应用系统所使用,但一个应用程序只能使用一个外模式;
      · 外模式的定义也属于逻辑结构设计的范畴。
      在这里插入图片描述
    1. 内模式:内模式也称存储模式,它是数据物理结构和存储结构的描述,是数据在数据库内部的表述方式。
    • 说明:
      · 一个数据库只有一个内模式。
      · 内模式由OS和DBMS共同管理。

    三、数据库的二级映像功能与数据独立性

    DMBS在三级模式之间提供了两层映像:

    • 外模式/模式映像
    • 模式/内模式映像
      作用:保证了数据库系统中的数据的逻辑独立性和物理独立性
      在这里插入图片描述
      1、外模式/模式映像
      (1)数量:
      N
      (2)作用:
               ①定义了外模式与模式之间的对应关系(子集和全集的映射关系)。
               ②保证逻辑独立性。(扩展:当模式改变时,由数据库管理员对各个外模式/模式的映像作相应改变,可以使外模式保持不变,从而应用程序不必修改。)
      2、模式/内模式映像
      (1)数量:
      1
      (2)作用:
               ①定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。
               ②保证物理独立性。(扩展:当数据库的存储结构改变了(关系数据库:数据文件的合并与拆分,非关系数据库:排序方式改变、增加索引),由数据库管理员对各个模式/内模式的映像作相应改变,可以使模式保持不变,从而应用程序也不必修改。)

    在这里插入图片描述

    1.3.2 数据库系统的体系结构

    一、DBS体系结构的组成

    1. 硬件设备
    2. 相关的软件: OS,DBMS及数据库,开发工具及编译系统,应用系统
    3. 相关人员:DBA,应用程序员,用户

    二、DBS体系结构的分类

    1. 集中式结构
      1)单用户数据库系统
      整个数据库系统,包括应用程序、DBMS、数据库,都装在一台计算机上,为一个用户独占,不同机器之间不能共享数据。
      2)主从式结构的数据库系统
      一个主机带多个终端的多用户结构。数据库系统,包括应用程序、DBMS、数据库,都集中存放在主机上,所有处理任务都由主机来完成。
      在这里插入图片描述
    2. 客户/服务器结构
      工作原理:在客户/服务器结构中,客户端的用户请求(数据请求)通过网络传送到数据库服务器,数据库服务器验证(身份验证、权限验证、数据验证)通过后,进行数据处理,将处理结果(原始数据)返回给用户。
      1)两层客户/服务器体系结构(client/server architecture)
      · 服务器:网络中某个(些)结点上的计算机专门用于执行DBMS功能,称为数据库服务器(查询服务器,事物服务器,SQL服务器)。(存放DBMS和数据库)
      · 客户机:其他结点上的计算机安装DBMS的外围应用开发工具(DBMS的客户端工具)和应用系统,称为客户机。
      在这里插入图片描述
      在这里插入图片描述
      2)面向Web应用的三层客户/服务器体系结构(browser/server archiecture)
      这种体系结构在客户端和数据库服务器间增加了一个中间层(middle tier)。这个中间层根据应用的不同,有时称为应用服务器(application server),又是称为Web服务器(web server)。
      在这里插入图片描述
    • 优点:
      显著减少了网络上的数据传输量,提高了系统的性能、吞吐量和负载能力;
      客户/服务器结构的数据库往往更加开放(支持不同的硬件和软件平台、开发工具),应用程序具有更强的可移植性和扩展性,同时也可以减少软件维护开销。
    1. 分布式结构的数据库系统
      分布式结构的数据库系统是指数据库中的数据在逻辑上是一个整体,但物理地分布在计算机网络地不同结点上
      网络中的每个结点都可以独立处理本地或异地数据库中的数据。本地计算机单独不能胜任的处理任务,可以通过通信网络取得其他DB和计算机的支持
      在这里插入图片描述
      1)分布式数据库服务器的模式:
      ① 主从式:一个主服务器(具有所有权限),多个子服务器(数据由主服务器发布,只有部分功能);
      ② 多主式:多个主服务器,它们之间始终保持数据一致。
      2)数据存储方案:
      ① 传统存储方案
      ② 云存储(Hadoop生态系统中的分布式数据存储)
      在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述

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