（通信与信息系统专业论文）多层分布式结构教学管理信息系统的设计和实现.pdf

摘要 摘要 随着计算机应用领域的拓展和系统规模的扩大，计算机软件的复杂程度也 在不断增加，软件系统结构在软件设计和开发过程。p 所起的作用也越来越重要。 多层分布式结构模式以其可伸缩性、可配置性、安全性以及体现软件集成的思 怨等优点，正在得到广泛应用。 本文结合教学管理信息系统的丌发实例对如何开发多层分布式结构的管理 信息系统做了较深入的沧述。首先，详细介绍了多层分布式结构体系的发展及 其技术特征；然后着重阐述了管理信息系统的核心一一数据库技术，并结合 m ss q ls e r v e r2 0 0 0 分析了当今关系数据库管理系统的主要特点；最后论述了 教学管理系统的整个开发过程，包括系统分析、系统设计和系统实施三个阶段， 井侧重对系统性能的调整进行了讨论。 讣= 系统在丌发过程中应明了一种较新的丌发方法，即在系统分析和系统没 阶段采用的是生命周期法和原型法相互结合，在系统实施阶段采用面向对象 的程序i 殳 t d 法。这种刀i 发方法使用户最大限度参与到系统的开发过程中，使 丌发出的系统能更好地满足用户的需求。为了加强系统的安全稳固性，采用了 暂7 j ：数据技术，使系统r ，当数撕库服务器或臆丌j 服务器发生故障时，用户能够 j 巴亚新f i j 数据暂时存储在客户端机器； 。，待数据库服务器或应用服务器工作恢 复l l ：常后，i l f 把数据加绒到系统中一- j t 一更新回数捌库。 荚键词多层分巾式；数撕库：数据库管譬l ! 系统；面向对象 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h e a p p l i c a t i o na n dt h ee n l a r g e m e n to fs y s t e m a t i c s c a l ei n c o m p u t e rd o m a i n ，o no n eh a n d t h ec o m p l i c a t i o no fs o f t w a r ea l s oi s i n c r e a s i n gc o n t i n u o u s l y ；o nt h eo t h e rh a n dt h ef u n c t i o n so fs y s t e m a t i cs t r u c t u r eo f s o f t w a r ea r em o r ea n dm o r es i g n i f i c a n ti nt h ep r o c e d u r ef o rd e s i g n i n ga n de x p l o i t i n g f o rs o f t w a r e b e c a u s eo fi tv i r t u e ss u c ha sf l e x i b i l i t y , c o n f i g u r a b i l i t y ，r e l i a b i l i t ya n d c m b o d y i n gt h et h o u g h to fi n t e g r a t e ds o f t w a r ee t c ，m u l t i - t i e rd i s t r i b u t e ds t r u c t u r e m o u l di sp u t t i n gi nu s ep o p u l a r l y i nt h i sa r t i c l et h ed e v e l o p m e n to ft h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mo nt h e m u l t i - t i e rd i s t r i b u t e ds t r u c t u r ei sd e s c r i b e db ym e a n so fas p e c i f i ce x a m p l ei nd e t a i l a b o v eo fa l l ，i nt h eb e g i n n i n go ft h ea r t i c l e ，w ep r e s e n tt h ed e v e l o p m e n ta n dt h e t e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h em u l t i t i e rd i s t r i b u t e ds t r u c t u r es y s t e m a t i c a l l y s u b s e q u e n t l y ，t h e a r t i c l e p u t s t h ee m p h a s i so nt h ec o r eo ft h e m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s y s t e m - 一t h e d a t a b a s e t e c h n o l o g y ，a n da n a l y s e s t h e m a i n c h a r a c t e r i s t i c so fd a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e mi nc o m b i n a t i o nw i t ht h em ss q l s e r v e r2 0 0 0 f i n a l l y , w et a k et h et e a c h i n gm a n a g e m e n ts y s t e ma sa ni n s t a n c et o d i s c u s st h ew h o l ee x p l o i t i n gp r o c e s s ，i nw h i c ht h e r ea r et h r e es t a g e s ，t h a ti s ，t h e s y s t e ma n a l y s e s ，t h es y s t e md e s i g na n dt h es y s t e mi m p l e m e n t ，a n de s p e c i a l l yt h e a r t i c l ee m p h a s i z e so nt h ea d j u s t m e n to ft h es y s t e mc a p a b i l i t y an e wd e v e l o p m e n tm e t h o d o l o g yi su s e d ，t h a ti s ，i nt h ec o u r s eo ft h es y s t e m a n a l y s i sa n dd e s i g n ，t h e r ei st h ec o m b i n a t i o no fl i f ec i r c l ea p p r o a c ha n dp r o t o t y p i n g a p p r o a c h ，b u tt h eo b j e c t o r i e n t e dp r o g r a md e s i g nm e t h o d o l o g i e si n t h ep r o c e d u r eo f t i l es y s t e mi m p l e m e n t u s i n gt h i sm e t h o dt oe x p l o i ts y s t e m ，t h eu s e r sc a nt a k ep a r ti n t h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so ft h es y s t e mu t m o s t ，a n dt h es y s t e mc a nb ei nc o r p sw i t h t h en e e d so fu s e r sp r e f e r a b l y i no r d e rt os t r e n g t h e nt h es e c u r i t ya n ds t a b i l i t yo ft h e s y s t e m ，t i l et e c h n o l o g yo fd a l ai n t e r i ms t o r ei sa p p l i e d w h e nt h ed a t a b a s es e r v e ro r a p p l i c a t i o ns e r v e r i so u to fc o n t r o l ，t h eu s e r sc a ns t o r et h eu p d a t e dd a t ai n t ot h e c l i e n tc o m p u t e r s ；a f t e rt h ed a t a b a s es e r v e ro ra p p l i c a t i o ns e r v e rc a nw o r k ，t h eu s e r s l o a dt h ed a t aa n du p d a t ei n t ot h ed a t a b a s e k e y w o r d sm u l t i t i e rd i s t r i b u t e d ；d a t a b a s e ；d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ；o b j e c t 0 r i e n t e d 痢1 章绪论 第1 章绪论 本章主要介绍课题的研究现状及意义，说明系统晌关键技术和本文的主要 内容及结构安排。 1 1 课题背景和介绍 1 1 研究现状日4 1 管理信息系统发展到2 0 世纪9 0 年代，产生了客户机服务器( c l i e n t s c r v e r ， 简称c s ) 模式，它将一个数壬【i ；库应用系统分成时端的戍h 程序和后台的服务锱 两部分，两者通过网络连接。客户端运行应用程序向服务器发送服务请求，服 务器完成服务请求后将结粜发回给客，1 1 端。c s 模强大的技术优势给企业带 永了巨大的管理效益，从而在相当长的一段时州内是管础! 信息系统的主流方式。 但足基于c s 模式的管理信息系统普遍存在，1 ：放性差，软件的开发周期长，开 发赞用高，软件的维护量大等缺点。 近年来，飞速发展的i n t e r n e t w e b 技术扩展了传统的客户机且务器模式。 形成了一种极具吸引力的服务平台模式一浏览器月艮务器( b r o w s e r s e r v e r ，简称 b s ) 模式。b s 模式以w e b 为技术基础，它的诸多优势与w w w 技术的渚多优 势紧密联系。采用b s 模式来开发管理信息系统，客户端的软件层次及安装配 嚣的工作量均明显减少，仅仅是服务端的工作量相对增加，但总的工作量大为 减少。b s 模式是一种分布式的c s 结构，客户机把在不同网络上的许多服务 器当成一台巨大的虚拟主机，用户通过浏览器向服务器发出请求，而不必关心 是哪一台具体的服务器。 但是b i s 模式与c s 模式相比又存在着交互性差的缺点，于是将c s 模 式和b s 模式相结合，取长补短，发挥各自特长。后来又在这种结合模式中加 入应用程序服务器，形成了多层分和式结构。目6 口这一模式正成为研究管理信 息系统的主流模式。 河北人学工学硕士学位沦义 1 1 2 课题意义 管理信息系统在困内外已经广泛应用，目前有关管理信息系统的软件多是 牲于两层c s 模式。随着管理信息系统应j 辞= | 的逐渐扩大，这种结构日益显示出 它的弊端来。主要表现在执行效率低、安全性差、维护成本高，而且在这种结 构。卜一旦数据库服务器出现故障，牾个系统就会瘫痪。后米又出现了b s 模式， 这种模式弥补了c s 模式的缺点，但是它的交互性能比较差。多层分布式结构 是继两层c s 模式和b s 模式后出现的，它是多层c s 和多层b s 相结合的结 构模式，足现在丌发数据库应用的最新技术。采用c s 、b s 相结合的多层分布 式结构建立管理信息系统，可以既考虑到b s 模式的先进性又考虑到c s 模 式的成熟性，在拥有b s 模式优点的同时，还可以获得c s 模式的迅速、快捷、 强大的事务处理服务功能。另外，可以提高数据安全性，增加系统的负载平衡 能力和容错能力。管理信息系统除了能够正确而月有效率地运行外，如何使应 用系统更为安全稳固，小会因应用程序服务器或数据f f ：葶服务器故障而导致整个 j 衄j f j 系统无法继续运行也是非常重要的，因此如何提高管理信息系统的安全稳 阽成为日前的研究热点。 1 1 3 系统简介 术系统综合利用了多层分布式结构技术、数据库技术、网络技术、计算机 管理信息系统技术等诸多技术，将系统设计为以多层分布式结构体系为基础的 刚络化管理系统。系统有如下特点： 操作灵活、简便、实用性强 系统中的所有程序都是为了方便用户操作而精心设计的，可以实现多种形 式的查询方式和打印功能，各种基本信息的输入高效、快速，真正让用户随心 所欲，全面了解系统信息。 用户界面统一友好 系统为用户提供了友好、风格一致，操作方便、美观的交互界面。 良好的安全控制 主要体现在用户名及密码验证、添加幂删除用户信息等功能方面，从而有 效地保证了系统信息的安全性和完整性。 完善的数捌查询 第l 章绪沦 系统提供了功能完普的数锕查啪功能，它的完善主要体现在为片j 户提供了 人赞、全面的查询方式，i i j 户能够按件种条1 ， 刺信息进行查| 白j 。 应刷了先进多层分咖式结构休系 系统的业务处理采川了当丽州际f ：流行的多联客1 j 1 7l ) j i ! 务器技_ 术，硷瑚程 i 采j j 了多层浏览器j j 务器技术。 总之，陔软件充分为使用者考虑，是一套操作简单，易学易用，适合于非 i 算机专、【k 操作人员的实用型软件。 1 1 4 课题工作计划 硬件环境的建立。 系统总体方案的制定。 数据库服务器端的设计利实现。 应用程序服务器的设计和实现。 客户端的设计和实现。 1 2 系统的技术关键 本文研究的管理信息系统所采用的关键技术存于： 采用多层分粕式结构体系； 生命j 占j 期法、原型法 lj 面向别缘的程序改汁方法舯】结合建立系统模型。 1 8 本文主要内容和结构安排 沦史的l 篮内存足：对存，1 ，机朋口务器、浏览器服务器和多层分咖式结千f ! 的 州沧耳方法进行探讨：论述了数据库技术的发展，结合m ss o l s e r v e r2 0 0 0 说 i j ) jj ! 令关系数 ) 【! ：库钙理系统的主强特t l ；完成了多层分却式结构的学院教学 竹川信息系统的，j ：发。 沦文的：e 要结构安排：第一部分。l 二要介绍了谍题背景、课题的工作i 划、 系统的关键技术，在课题背景中说明了研究现状羽l 意义，并对系统进行了简单 的介 第i 部分扣首先对多层分m n 弋结构的相关技术进行分析，这是沦文的 圳沦基础部分；然f j ，刘数捌库技术做j ，讨跑；最后，结合m ss q l s e r v e r2 0 0 0 河北大学工学硕士学位沦文 介绍了当今关系数据库管理系统的主要特点。第三部分是一个具体实例。详细 叙述了丌发学院教学管理信息系统的全部过程。首先是系统分析，主要介绍了 系统的 发方法，建立新系统的可彳。# i ：埘究，并分析了教学管_ u 工作；然后对 系统的总体结构设计、数捌库没计、输入输出没计、安全性殴汁、备份和恢复 波汁进行了具体介绍：最后削述了系统实施的情况，主要足对系统性能的渊整。 第2 章多层分布式结构体系 第2 章多层分布式结构体系 多层分仃式结构体系是多层c 2 d s 、多层b s 棚结合的一种新的结构体系， 它刑信息系统的设计、丌发和运行等晰多方而郡产生了臣大的影响，下文将对 j 做令面的介绍。 2 1 多层分布式结构的产生n ”2 从软件系统米u ，任何数捌库应用系统鄙可以分成三层：表示逻辑层、业 务逆辑层和数据逻辑层。 ，茈示逻辑层：表示逻j 肄层是应 jr p 直接山用户的部分，它担负着用，o 和 j i 川m i i 的刑话功能，j f l 】术提供接口，收集数铡和显示输出结果。 、i k 务逻辑层：业务逻辑层斗【】当于应用的本体它将具体的业务处理逻辑地 编入程序巾，是联系表示逻辑层和数捌逻辑层的“桥梁”，它响应片 户发送的请 求，执行某种业务规则。 数据逻辑层：数据逻辑层实现所有典型的数据处明活动，包括数据的获取、 修改、更新以及数据库内部的触发器、存储过程等相关活动，从而将数据服务 和应用程序的其它组件分开。 目前常用的计算机系统就其类型而言可以分成- - b 结构体系：客户机月务 器、浏览器i n 务器、多层分布式结构。它们之间的主要差别是进行数据处理的 实际地点不同。 2 1 1 客户机服务器模式6 ”1 客户, j l n 务器模式又称分布式计算模式，它的含义是指在客户机和服务器 之间分派工作和资源，客户机向服务器发送命令并处理命令的返回结果，服务 器响应客户机的请求完成计算，并将结果反馈给客户端，客户机和服务器之间 通过网络连接相互通信。 客户机月日务器模式是二层结构，二层结构是指一端为客户端，另一端为服 - f , 1 - , 措，数据存放在服务器l ，客户端界面作为程序的另一部分存在于客户端桌 汁钟机l 。 河北大学丁学硕士学位论文 根据各层在实际客户机和服务器中的分布，又有两利不同的结构方式：一 种将表示逻辑层和业务逻辑层合为一层，数据逻辑层是另一层，通常称为胖客 户服务器结构，如图2 1 ( a ) ；另一种将业务逻辑层和数据逻辑层合为层表 示逻辑层是另一层，通常称为瘦客p i j i 务器结构，如图2 1 ( b ) 。 睿户机服务器 ( a ) r i j 服务器 ( b ) 幽2 1 客户机，j j 务措体系结构 虽然窖，1 t 机i j 务器计算模式木身井没柯局限f 数姑库应用软什领域，然m j 于提 u 陔模式并大力推广的主要是数拂；库商，现实应用中获益的主要也是 数据处理领域，因此下面主要讨沦客户机j | k 务器模式将给较大规模的数据库应 j 艄来什么好处。客户机服务器模式是在文件服务器的基础上发展来的，它和 文件服务器显著区别在于：在前一种结构中，应用程序逻辑分布于客户机和服 务器两端：在后一种结构中文件服务器只是提供文件服务，应用程序逻辑全 邢在客户工作站上执行。j 萨是这种差别导致了完全不同的数据操作方式。例如， 分别在基于这两种结构的系统中对一张带有3 0 0 0 0 条记录的公司员工表格作 s q l 查询： s c l c c ( + f r o me m p l o y e es n = 5 5 5 在文件服务器模式中，查询根本不会提交给服务器，当查询逻辑判断出需 要一张数据表时就向服务器请求这张有3 0 0 0 0 条汜录表格的全部内容，然后在 客户机中处理，在服务器端，除根据文件i o 请求传送文件数据块外，不会执行 任f u 程序逻辑。在客户机月务器模式中，实际的s q l 语句将提交给服务器， 第2 章多层分川j 式结构体系 杠：服务器中执行并将结果反馈给客户机。显然，客户机j j 务器应用程序的一个 姒著优点就是减轻了网络负载，在大多数情况下能显著改善程序运行的速度， 这也是客户机月务器模式广泛流行的主要原因之一。 随着客户$ j l i n 务器模式的广泛应用，这种结构的缺陷也逐步显现出来，主 要表现在以下j l 个方面： 执行效率无法满足日益膨胀的客户需求。出于客户机和服务器直接连接， 服务器将消耗部分系统资源用于处理与客户机的连接工作。那么每当同时存在 大量客户机端数据请求时，服务器有限的系统资源将被频繁用于建立与客户机 的连接，从而无法及时响应数据请求，导致数据处理慢。客户机端数据请求堆 积的直接后果将导致系统整体运行效率的大幅降低甚至全面崩溃。 维护成本较大。这种结构中业务处理逻辑包含在每个客户机的应用程序 。 j ，缺乏集中控制当系统应用环境发生变化而需要改变业务处弼! 逻辑时每 个客户机上的应用程序都要更新，系统规模趟大，这种更新的工作量就越大。 安全性差。客户端应用程序直接和数据i g o r 交道，因此，客户端拥有对 数据库操作的足够权限，致使非法用户能够操作甚至破坏数据库。而且，在这 种结构中数据库服务器成为系统司靠性的极大隐患，如果数据库服务器因为某 利i 原因停止一r 作，那么整个系统将趋于瘫痪。 客户端应用程序的分发j i 二作的烦琐程发令人难以接受。系统开发过程完 f ，随之而米的程序分发除了要求为每台客户机安装客户端程序的执行文件以 外坯要求安装程序运行所必须的动态链接库文f l ：( + d 1 1 ) 、程序初始化文件( + i n i ) 等v t ：多其他文件。另外，还必须完成每台客户机器的o d b c 或b d e 的配置工 f l 。1 ：f t ：n m k ，每次对客户端程序的修改和升级，又意味着上述相同分发过程 的又一次重复。 仔细分析上面的客户机服务器体系结构，就会发现问题的症结在于把应用 系统的业务逻辑放在不合适的位置： 当业务逻辑放在客户机端时，增加了应用的维护难度，因为企业的业务规 b ! l j 并：非一成不变，所以应用中的业务逻辑也要随之而变，此时要对应用的业务 逻辑进行升级就必须对每一个客户机端的业务逻辑都进行升级；同时这种方式 世对系统的安全性构成了威胁，因为业务规则很容易在客户端被泄漏。 当业务逻辑放在服务器端时，就会增加服务器的负载，降低整个系统的性 能：同时业务逻辑的多变性也增加了服务器实现的难度。 河：i e 大学工学硕士学位论文 随着i n t e r n e t f w e b 技术的发展，人们将业务逻辑分离出来在w e b 服务器上 实现，于足就出现了浏览2 s 朋务器模式。 2 1 2 浏览器服务器模式 浏览器j 务器模式在本质上也是。种c s 模式，它足一种山传统二层c ，s 模式发展而来的三层结构体系。客户端只需要安装统一的浏览器软件 ( b r o w s e r ) ，就可以直接访问服务器，服务器被分为w e b 服务器和数据库服务 器，从而形成了浏览器w e b 服务器数据库服务器( b r o w s e 咖v e b s e r v e r ) 的三级 c s 模式，它已经是一种多层的模式。b s 模式是把= 层c s 模式的业务处理逻 辑从客户机中分离出来，由单独组成的一层来负担其任务，这样就把负荷均衡 地分配给了w e b 服务器，大大减轻了客户机的压力。浏览器j t 务器模式的体系 结构如图2 2 所示。 洲览器w e b 服务器数据库服务器 请求 请求 表示 l 业务 尸入 数据 f c l 厂 处理 广 处理 0 爿数据库l 逻辑 ， l j 响应 逻辑 响应 逻辑 1、。、 。 ，_ 冈2 2 浏览器t ) n 务器体系结构 浏览器j 7 务器模式的通信方式： j | j 户打jr 计算机r ，的浏览器： 输入一个u r “u n i f o r mp , e s o u r c cl o c a t i o n ) ，浏览器将生成一个h t t p 请 求 把它发送到指定的w e b 服务器； w e b 服务器将二e 页发回，浏览器将其显示在屏幕上； i 户阅读桐关信息，可继续查找有关信息，向浏览器发出请求； 浏览器发送一个请求给相应的服务器，将把由u r l 标识的文档文件返回 n 幕； 服务器收到请求后，查找本站点是否有该文档。若有，把该文档放在j 】向 第2 章多层分布式结构体系 = = ! ! ! ! ! ! = ! ! ! ! ! ! ! = ! ! ! = ! ! ! = ! ! ! ! ! ! ! ! = = ! ! ! ! = = = = = = = 鹰信息中返回浏览器； 浏览器收到响应，查看文件格式，判断是否能直接显示。如能就显示出 来，否则调用对应的应用程序或外挂程序处理： 浏览器等待用户的下一条指令，而服务器准备接受来自浏览器的下一条 h i j l t 。 浏览器j & 务器模式在实现技术上，采川r 最流行的w w w 技术米实现：采 川t c p i p 怍为底层越信叻议：h t t p 作为浏览器与w e b 般务器的应用通信协议： l l ，1 1 1 m l 规范作为表示逻辑的工具。与客户机j 务器模式棚比，有以下优点和不 足： 优点： 使用非常简单。对于浏览器朋务器模式，只要掌握了浏览器的使用，几 乎不再要学习其它软件，用户不用经常面对那些界面不断变化、操作多种多样、 彼此互不相容的应用系统。这样用户无需培训就可以有效地使用应用系统，大 火降低了培训费用。 维护容易。客户端除了安装操作系统和浏览器外，不需要安装任何为客 户端开发的软件，客户端的表示逻辑都是从w e b 服务器上下载，因此客户端几 乎无需维护。 可跨平台操作。浏览f , l t n 务器模式中绝大部分工作由w e b 服务器完成， 只有生成的h t m l 页面被发送回到客户端，可保证所有用户通过浏览器调用应 用程序，实现了平台的无关性。 不足： 交互性不强。在客户机朋务器模式中，客户端运行的应用程序是针对特 定的用户和任务设计的，在出错提示、在线帮助等方面都有强大的功能。在浏 览； g ：l n 务器模式中，虽然山j a v a s c r i p t 、v b s c r i p t 提供了一定的交互能力，但 jj 客户机j 日务器模式的一整套客户应刖相比是太有限了。 数獬处理能力弱。山于w e b 足一种新兴的技术，现在处在解释脚木语言 阶段，无法丌发出像用可视化二具开发山的功能强大的编泽型应用程序。 客户机川艮务器模式和浏览器j l 务器模式鄙存在着优点和不足，如果把这两 种帧，结合超米。使用客户4 7 l j 务器模式实现数掘的添加、修改和删除等应用， 数抛的查询和信息的发布 ! l j 由浏览器j 务器模式米实现，就可以避免两者的不 足，发托! 它们的优点，于是就 i 现了多层分，n 瞻结构。 河北大学工学硕：l 学位论文 2 1 3 多层分布式结构“7 1 客户机j 务器模式和浏览* j 务* j 模式4 i 结合的结构如图2 3 所示。 图2 3 系统总体结构 当应用系统使用这种结构之后，事实上整个系统的结构已经成为分布式结 构了。因为现在系统中除了后端的数据库服务器之外，另外还有一台w e b 服务 器。可是使用这种结构也有许多的问题，那就是当原先任何的管理信息系统需 要提供i n t e m e t i n t r a n e t 的存取形式时，旧的信息系统都必须以新的软件技术编 写一次。这种重复开发的成本非常昂贵，而且当企业的运作流程改变时也必须 同时修改两个系统，又增加了系统运作的成本。 为了解决这些重复开发应用系统的成本以及为了增加应用系统的重复使用 性，分布式结构也有了结构上的改变和进步，那就是引入所谓的应剧程序服务 器。应用程序服务器简单的说就是一个包含企业逻辑的应用程序，可以用一定 的f | | 件形态( 如m i c r o s o f t 的c o m d c o m ，c o r b a 对象或者足e n t e r p r i s ej a v a b e a n 等) 封裟这些企业的逻辑代码，成为各种企业对象再将这些企业对象分 发到应用程序服务器当中，开发者就可以直接使用这些在应用程序服务器中的 ，j j 三业对象提供的服务。企业流程或运作规则的改变，将反映到这些应用程序服 务器当中，而不必频繁地修改应用程序就可以使客户立刻直接使用最新的企业 流程处理。这种分布式系统结构如图2 4 所示。 第2 章多层分布式结构体系 客户 理j 图2 , 4 肄盯应刚程j 、m 王务器的分西式应川系统 2 2 多层分布式结构的技术特征们2 8 1 多层分布式结构将业务逻辑代码集巾管理，让客户端应用程序共享，因此 这种结构有许多优异的性能，主要表现为： 安全性高。在多层分布式结构中，客户机与数据库服务器之间还有一层 应用程序服务器，客户机与数据库不是直接相连，客户端不再是直接对数据库 进行存取操作，从而有效的防止了对数据库的非法入侵。同样，在此结构中， 业务处理逻辑集中放置在应用程序服务器上，便于集中控制，防止非法用户通 过核心业务处理逻辑访问敏感数据。 维护容易。在共享的中间层对业务逻辑进行封装，不同的客户端应用访 问同一个中间层，在中间层完成对数据库的访问控制，实现集中式的业务逻辑， 避免了对不同的客户端重复使用相同的业务规则，使软件升级变得容易。系统 业务逻辑需要变化时也只需修改应用程序服务器中的企业对象，不必修改客 户端。例如，在应用程序服务器中有一个产品企业对象，当企业决定改变产品 处理的流程时，只需要修改应用程序服务器之中的产品企业对象，那么信息系 统应用程序以及使用浏览器的客户都可以立刻的使用到最新的企业处理流程。 分布式的数据处理。把作业分布在不同的机器上，可以平衡负载、优化 i , l i l 火学工学颂i j 学位沦文 删络和汁算机资源，允许冗余的系统散代停机的服务器，从而提高系统的性能 和可靠性。 瘦客户端应用，系统实施的难度和费用大大降低。多层分布式结构通过 把较多的处理委托给中间层，可以把客户端应用的规模变得非常小，并且由于 不再关心数据库连接软件的安装、配黄和维护，系统实施时客户端只需要客户 端软件及所需的动态连接库文件，而不必进行别的设置。 筇3 章数掷：库技术 第3 章数据库技术 数据库技术允许我们将与工作和生活息息相关的各种信息集合在一起，可 以 ：个集中的地方存储和维护这些信息，它是管理数据的一种方法。数据库 技术在2 0 世纪6 0 年代开始出现，主要是应管理信息系统对数据管理的要求。 近4 【j 多年来，在理论和实现技术上都得到了很大发展。数据库技术对应用系统 的性能起着举足轻重的作用，本章将详细阐述这部分的内容。 3 1 数据库技术的发展“1 数据库技术所研究的问题就是数据处理及其管理，即如何科学地组织和储 存数据，如何高效地获取和处理数据。6 0 年代中、后期，计算机的主要应用领 域从科学计算转向数据处理，其中非数值数据占据比例很大。出于非数值数据 比数值数据复杂的多，不仅要知道各项数据的本身内容，而且还要知道它们之 川的联系，所以需要一个高度组织的数据管理系统。另外随着计算机软、硬件 技术的迅速发展，网络通信的出现，供各种用户共享个数据集合己成为可能， 在这种背景下，出现了数据库技术。其中，6 0 年代未、7 0 年代初至8 0 年代初 “现的三个事件标志着数据库技术日益成熟，并有了曙实的理沦基础。首先， 1 9 6 8 年荚周i b m 公司研制并，r 发r 世界上第一个层次模型的数据库管理软件 i m s ( 1 n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) ；随后，1 9 6 9 年美国数据系统语言协商会 c o d a s y “c o n f e r e n c eo nd a t as y s t e ml a n g u a g e ) 组织的数据库工作小组发表了 d b t g ( d a t ab a s ot a s kg r o u p ) ：f g 告，该报告是数据库网状模型的典型代表，这两 个习r 件标志着非关系型d b m s 已经成熟。最后，1 9 7 0 年美国i b m 公司的研究 砒e e c o d d 博士发表了关系数据库理论的论文，开创了数据库关系方法和关系 数掘理沦的研究，为数据库技术奠定了理论基础。 以上这三个事件是数据处理史上划时代的标志，它们都曾引起计算机界较 大的轰动。尤其是c o d d 博士的关系数据库理论的论文g ：- - 件开创性的工作， g j ：g , j t 把数学理论运用于计算机的历史。自从c o d d 博士发表他的第一部关 系数据库理论的论文后，关系理论在7 0 年代一直是数据库领域的热门研究题 目，而且关系理论促使了关系数据库管理系统的发展。自从i b m 公司从1 9 7 3 河北大学工学硕士学位沦文 年丌始花了五年时间研制了世界上第一个关系d b m s - - s y s t o mr 以来，全世界 现了数以百汁大大小小的关系d b m s 的原型。1 9 8 3 年i b m 公司又在s y s t c m r 的基础上推出了商品化的数据库管理系统s q l ，标志着关系方法已从实验室 止向了社会。后球，儿乎所有新：j i ：发的系统都是关系型的，如d b 2 、o r a c a l e 、 i n f o r m a x 、m ss q l s e r v e r 、s y b a s es q l s e r v e r 等，它们的出现十技大 地推动了数据库技术的应用。同时，随着应h 的小断深入，这些数据库产品也 n 一：断改薄、推陈出新，征，f ：发控制、事务处理以及保证数据的完憋性、安全 性、致性等诸多方面取得了丰硕的成果。展望未来，由于数据的复杂性日益 增大，硬件能力、硬件容量利通信业发展迅猛，因此数据库技术将会在多媒体 刈象的支持、电予商务、数字化出版、信息分布、地理信息系统和数据仓库等 力f l i 大显身手。 3 2 数据库系统的三种数据模型“叫n 们 实体间的联系反映到数据库中就是数据间的联系，数据库系统的任务不仪 要存储和管理数据本身，还要保存和处理数据间的联系。数据模型是表示实体 以及实体间联系的模型，它是数据库中的数据进行逻辑组织的方法，是用户看 到的数据库中数据问的逻辑结构。它的作用就是能清晰地表示数据库的逻辑结 构，以便使用户更有效地存取数据。因此，数据模型的优劣将对建构在其上的 数据库管理系统的性能产生决定性影响。自8 0 年代以来，数据库领域的研究工 作都是以关系方法为基础的，计算机厂商新推出的数据库管理系统几乎都是支 持关系模型的，特别是许多非关系系统的产品也都加上了关系接口，究其原因 正是它具有层次模型和网络模型所无法比拟的优势。 3 2 1 层次模型 用树形结构来表示实体之间联系的模型叫层次模型。在这种树形结构中， 拊足山结点和连线组成的。结点表示实体集，连线表示两实体删的关系。它的 1 i 要特征有西点： 树的最高结点根，只有一个； 根以外的其他结点都有且只能有一个父结点。 层次模型虽然简单易用，但其结构特征决定了它在数据管理中存在着严重 第3 章数据库技术 缺陷，突出的有两点。首先，层次数据库的初始结构是由程序员在建立数据库 州确定的，如果不对整个结构重新进行设计，就不能改变其父子关系。为了改 变其父子关系，就必须构建一个完全新的结构，具有新的父子关系，然后将数 掘从原来的数据库拷贝到浚新建数据库的适当位置上。当然，不重新构建整个 数删库，设讣人员也可以通过增加兄弟结点米存储新信息的方法去解决浚问题。 f _ f _ i 匙这样做不仅会造成数据冗余浪赞磁盘，孙1 ，而且还会减慢数据的搜索速度： ) ，i 足屡次模型 能处心卜封羽j 对多关系，舾i 能提供一种方便的疗法 ：确定“彩边”关系，即多_ t 多关系。觯决这种“多边”关系蒯胚的方法是必 坝改浊先将陔天系分解为两个一刘多关系，然后再刳层次模型米农示。由于这 样的4 h 互关系比较复杂，凶而最终导敛数据库结构向更完善的模型发展。 3 ，2 2 网状模型 如果取消层次模型中的两个限制，即每一个结点川以有多个父结点，便形 成了网，又称为丛。用丛结构来表示实体及其联系的模型叫网状模型。 与层次模型相比，网状模型的最大氏处是在表示多边关系方面具有更大的 灵活性，由于网状模型没有层次模型的限制，所以用它可以直接表示多边关系。 此外，网状模型的数据库初始结构也是由程序员在设计之初建立的，要改变它， 也必须建立一个完整的新结构。网状模型和层次模型在本质上是一样的。从逻 辑上看，它们都是用连线表示实体间的联系，用结点表示实体集；从物理上看， 它们都是用指针来实现两个文件之闯的联系。因此新的数据模型应运而生，该 模型以不同数据项之间的相互关系为基础来组织数据摩，从而缓解了上述问题， 它就是关系模型。 3 2 3 关系模型 从历史上看，层次模型和网状模型是在已经使用了若干年之后再进行描述 的，而关系模型则是基于汁算机科学理论第一个进行客观描述的数据库模型， 其坚实的理论基础是其他数据模型所不具备的。 朋表格数据来表示实体和实体间联系的模型叫关系模型。关系模型是数学 化的，它把数据看成二维表中的元素，而这个表就是关系。表中的每一行是一 个兀组，它相当于一个沁录值。每一个列是一个属性值集，列可以命名，称为 河北大学工学硕士学位论文 属性名。属性名的取值范围叫域。关系是元组的集合，它具有如下性质： 表中的每一列属性都是不能再分的基本字段； 各列被指定一个相异的名字； 备行相异，不允许重复； 行、列次序均无关。 关系就是一张二维表，表框架相当于汜录格式。而关系模型是所有关系框 架( 通常包含关系名称、属性名称、属性的类型和长度、主关键字等项目) 的 集合。 在层次模型和网状模型中，文件中存放的是实体本身的数据，各文件之间 的联系是通过指针来实现的。而在关系模型中，文件中存放两类数据： 实体本身的数据； 实体n j 的联系。 这曼的联系是通过1 竿放两实体的关键字来实现的。因此关系模型在本质上 世1 邛：层次和网络模型的，其本质差异就在于，关系模型是通过表格数据而 ：、址通过j , lj l 链接米表示捌典现两_ ! 史体叫的关系。 关系模型主要包括以下三个方面的内容： 1 结构化查询语言( s q l ，s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ) 在关系模型中，对数据的操纵是通过s q l 实现的。s q l 不仅具有丰富的查 i ，f | 助能，而且具有数据定义和数掘控制功能，是集数据定义语言( d d l ，d a t a d e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 、数据操作语言( d m l ，d a t am a n i p u l a t i o nl a n g u a g e ) 、数据 控制语言( d c l ，d a t ac o n t r o ll a n g u a g e ) ：为一体的关系数据语言。数据定义语言+ 是指用来定义和管理数据库以及数据库中各种对象的语句，这些语句包括 c r e a t e 、a l t e r 和d r o p 等；数据操纵语言是指用来查询、添加、修改和删 除数据库中数据的语句，包括s e l e c t 、i n s e r t 、u p d a t e 、d e l e t e 等：数 拊控制语言是指用来设置或更改数据库用户或角色权限的语句，包括g r a n t 、 d e n y 、r e v o k e 等语句。 2 规范化 数据组织的规范化形式是关系数据库的创始人之一一i b m 公司的科德 f e e c o d d ) 首先提出的。早在1 9 7 1 年科德就提出了规范化理论( n o r m a l i z a t i o n t h e o r y l ，并在随后系列的论文中逐步形成了整套数据规范化模式，这些模 式已经成为建立关系数据库的基本范式。到目前为止，关系理论已经提出了五 第3 章数据库技术 缎剧范化( 简称范式) ，每一级的结构复杂性都较前一级简单，而且在数据库中 的重复数据量也会减少，但在实际应用中最有价值的足第三范式，所以对关系 模式分解到第三范式就已足够。下面将对这三个范式加以说明。 ( 1 ) 第一范式 所谓第一范式是指数据库表中的每一列都是不可分割的基本数据项，同一 列中不能有多个值，即实体中的某个属性不能有多个值或者不能有重复属性。 如果必须出现重复的属性，可能需要定义一个新的实体，新的实体由重复的属 性构成，新实体和原实体之间为一对多关系。在第一范式里，表的每一行只包 含一个实例的信息。简而言之第一范式就是没有重复的列。 在任何一个关系数据厍中，第一范式是对关系模式的基本要求，不满足第 一- 范式的数据库就不足关系数据库。 ( 2 ) 第二范式 第二范式是在第一一范式的基础上建立起米的，即满足第二范式必须先满足 筇一范式。第二范式要求数据库表中的每个实例或行必须可以被惟一区分。在 仃监坩候为了实现惟一区分，往往需要为表增加一列，以存储各个实例的惟 柏；0 。这个惟一属性列被称为主芙键字或主键。 笫范式蜚求实体的属性完全依赖于主关键字。所谓的完全依赖是指不能 仔m 仪依赖关键字一部分的属性，如果存在，那么这个属性利和主关键字的这 部分应浚分离出来形成一个新的实体，新实体和原实体之川是一对多的关系。 尚_ j 之，笫二范式就足伊卜属性完全依赖于主关键字。 ( 3 ) 笫i 范式 满足篼三范式必须先满足第二范式。第三范式要求一个数据库表巾不包含 已在其他表中包含的非主关键字信息。比如，有一个表，它存储各系的信息， 其中每个系有系编号、系名称等信息，那么在教师信息表中就不能出现系名称 等与系有关的信息。简而言之，第三范式就是属性不依赖于其他非主属性a 3 完整性 完整性是为了防止数据库中存在不符合语义规定的数据，防止因错误信息 的输入和输出，即所谓的垃圾进垃圾出所造成的无效操作和错误信息。关系模 型的完整性分为三类：实体完整性、参照完