分布式数据库系统设计报告-学校课堂管理系统

分布式数据库系统设计报告学校课堂管理系统姓名：学号：专业：学院：

一、前言1.1引言数据库技术是现代信息科学与技术的重要组成部分，是计算机数据处理与信息管理系统的核心。数据库技术研究和解决了计算机信息处理过程中大量数据有效地组织和存储的问题，在数据库系统中减少数据存储冗余、实现数据共享、保障数据安全以及高效地检索数据和处理数据。随着计算机技术与网络通信技术的发展，数据库技术已成为信息社会中对大量数据进行组织与管理的重要技术手段及软件技术，是网络信息化管理系统的基础。数据库作为存取数据并对数据进行操作的工具在系统中所起到的作用至关重要。数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造优化的数据库逻辑模式和物理模式结果，并据此建立数据库及其应用系统，使之能有效地存储和管理数据，满足应用需求，包括信息管理要求和数据操作。信息管理要求是指在数据库中应该存储和管理哪些数据对象；数据操作要求是指对数据对象进行哪些操作，如查询、增、删、改、统计等操作。数据库设计地目标是为用户和各种应用系统提供的一个信息基础设施和高效率地运行环境。高效率的运行环境包括：数据库数据的存取速率、数据库存储空间的利用率、数据库系统运行管理的效率等都是高的。为了使数据库的应用系统开发设计合理、规范、有序、正确、高效进行，现在广泛采用的是工程化六阶段开发设计过程与方法，它们是需求分析阶段、概念结构设计阶段、逻辑结构设计阶段、物理结构设计阶段、数据库实施、数据库系统运行与维护阶段。我按照以上几点开发了学校课堂管理系统数据库。1.2数据库设计步骤1.2.1需求分析这一阶段是计算机人员(系统分析员)和用户共同收集数据库所需要的信息内容和用户对处理的要求，加以规格化和分析，以书面形式确定下来，作为以后验证系统的依据。在分析用户要求时，要确保用户目标的一致性。1.信息需求信息需求指目标系统涉及的所有实体、属性、以及实体间的联系等，包括信息的内容和性质，以及由信息需求导出的数据需求。

2.处理需求处理需求指为得到需要的信息而对数据进行加工处理的要求，包括处理描述，发生的频度、响应时间以及安全保密要求等。进行数据库设计首先必须准确了解与分析用户需求(包括数据与处理)。需求分析是整个设计过程的基础，是最困难、最耗费时间的一步。作为地基的需求分析是否做的充分于准确，决定了在其上构建数据库大厦的速度与质量。需求分析做得不好甚至会导致整个数据库设计返工重做。1.2.2概念结构设计把用户的信息要求统一到一个整体逻辑结构中，此结构能表达用户的要求，且独立于任何DBMS软件和硬件。概念结构设计是整个数据库设计的关键，它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。1.2.3逻辑结构设计逻辑结构设计分为两部分，即数据库结构设计和应用程序的设计。从逻辑设计导出的数据库结构是DBMS能接受的数据库定义，这种结构有时也称为逻辑数据库结构。逻辑结构设计是将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型，并对其进行优化。1.2.4物理结构设计物理结构设计也分为两部分：物理数据库结构的选择和逻辑设计中程序模块说明的精确化。这一阶段的工作成果是一个完整的能实现的数据库结构。数据库物理设计是为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构(包括存储结构和存取方法)。1.2.5数据库实施根据物理设计的结果产生一个具体的数据库和它的应用程序，并把原始数据装入数据库。实施阶段主要有三项工作：(1)建立实际数据库结构；(2)装入试验数据对应用程序进行调试；(3)装入实据数据。

在数据库实施阶段，设计人员运用DBMS提供的数据语言及其宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编制与调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。1.2.6数据库系统运行与维护数据库系统的正式运行，标志着数据库设计与应用开发工作的结束和维护阶段的开始。运行和维护阶段的主要任务有四项：(1)维护数据库的安全性与完整性；(2)监测并改善数据库运行性能；(3)根据用户要求对数据库现有功能进行扩充；(4)及时改正运行中发现的系统错误。维护分为改正性维护，适应性维护，完善性维护和预防性维护。数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改。需要指出的是，这个设计步骤既是数据库设计的过程，也包括了数据库应用系统的设计过程。在设计过程中把数据库的设计和对数据库中数据处理的设计紧密结合起来，将这两个方面的需求分析、抽象、设计、实现在各个阶段同时进行，相互参照，相互补充，以完善两方面的设计。事实上，如果不了解应用环境对数据的处理要求，或没有考虑如何去实现这些处理要求，不可能设计一个良好的数据库结构。二、需求分析建立一个学校课堂管理系统，系统通过数据库存储学生、教师、院系、课程以及成绩等资料，系统管理员可通过用户名与密码进入数据库，并根据给予的权限对数据库的数据进行查询或修改。三、概念结构设计利用E-R模型对数据库进行概念设计。分三步进行：第一步设计局部E-R模型，即逐一设计分E-R图，第二步把各局部E-R模型综合成一个全局E-R模型，第三步对全局E-R模型进行优化，得到最终的E-R模型，即概念模型。(1)设计局部E-R模型

局部概念模型设计可以以用户完成为主，也可以以数据库设计者完成为主。如果是以用户为主，则局部结构的范围划分就可以依据用户进行自然划分，也就是以企业各个组织结构来划分，因为不同组织结构的用户对信息内容和处理的要求会有较大的不同，各部分用户信息需求的反应就是局部概念E-R模型。如果以数据库设计者为主，则可以按照数据库提供的服务来划分局部结构的范围，每一类应用可以对应一类局部E-R模型。(2)集成全局E-R模型全局概念结构不仅要支持所有局部E-R模型，而且必须合理地表示一个完整、一致的数据库概念结构。经过了第一个步骤，虽然所有局部E-R模型都已设计好，但是因为局部概念模式是由不同的设计者独立设计的，而且不同的局部概念模式的应用也不同，所以局部E-R模型之间可能存在很多冲突和重复，主要有属性冲突、结构冲突、命名冲突和约束冲突。集成全局E-R模型的第一步就是要修改局部E-R模型，解决这些冲突。(3)优化全局E-R模型优化全局E-R模型有助于提高数据库系统的效率，可从以下几个方面考虑进行优化：1.合并相关实体，尽可能减少实体个数。2.消除冗余。在合并后的E-R模型中，可能存在冗余属性与冗余联系。这些冗余属性与冗余联系容易破坏数据库的完整性，增加存储空间，增加数据库的维护代价，除非因为特殊需要，一般要尽量消除。例如在运动队和运动员实体中均包含队编号属性，可删除运动员实体中的队编号属性。运动队与项目中的联系也可删除(优化后的E-R图如图2-17所示)。消除冗余主要采用分析方法，以数据字典和数据流图为依据，根据数据字典中关于数据项之间逻辑关系的说明来消除冗余。此外，还可利用规范化理论中函数依赖的概念(详见第三章)来消除冗余。最终得到的E-R图如下图一所示。

四、逻辑结构设计本章根据概念结构设计的结果，设计关系模式，确定关系名，属性及键。最后通过规范的技术对设计进行规范化，是每个设计模式都达到三范式，微物理结构设计提供数据结构的框架。合理运用如下规则，将E-R图转换为关系模型。(1)一个实体型转换为一个关系模式一般E-R图中的一个实体转换为一个关系模式，实体的属性就是关系的属性，实体的码就是关系的码。(2)一个1：1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。(3)一个1：n联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与n端对应的关系模式合并。(4)一个m：n联系可以转换为一个独立的关系模式。(5)一个多元联系可以转换为一个独立的关系模式。与该多元联系相连的各实体的码，以及联系本身的属性均转换为关系的属性，各实体的码组成关系的码或关系码的一部分。(6)具有相同码的关系模式可以合并。(7)有些1：n的联系，将属性合并到n端后，该属性也作为主码的一部分。根据E-R图，创建以下数据表。1.系统管理员表系统管理员(admin)表存储了登录本系统的登录ID和密码，权限以及盐值。字段名称数据类型可否为空约束条件备注ADMIN_USERVarchar(50)NOTNULL主键IDADMIN_PSWDVarchar(256)NOTNULL无密码哈希值ADMIN_PERMITVarchar(1)NOTNULL无权限SaltVarchar(10)NOTNULL无密码盐值表1系统管理员表2.教师信息表教师信息表(teacher)存放了学校的所有教师的基本信息，所有有关教师的操作都与这个表有关。通过时间戳自动生成入职时间。信息从表中删除时加入历史表留底。字段名称数据类型可否为空约束条件备注TnoVarchar(50)NOTNULL主键工号

TnameVarchar(50)NOTNULL无姓名TsexVarchar(1)NOTNULL无性别T_DnoVarchar(50)NOTNULL外键所在院系号TnidateDatetimeNOTNULL时间戳形成入职时间表2教师信息表3.院系信息表院系信息表(department)存放了学校的所有系的基本信息，并且与学生表以及教师表有紧密联系。字段名称数据类型可否为空约束条件备注DnoVarchar(50)NOTNULL主键院系号DnameVarchar(50)NOTNULL无院系名DsummaryTextNULL无院系简介表3院系信息表4.学生信息表学生信息表(student)存放了学校的所有学生的基本信息，所有有关学生的操作都与这个表有关。通过时间戳自动生成入学时间。信息从表中删除时加入历史表留底。字段名称数据类型可否为空约束条件备注SnoVarchar(50)NOTNULL主键学号SnameVarchar(50)NOTNULL无姓名SsexVarchar(1)NOTNULL无性别S_DnoVarchar(50)NOTNULL外键所在院系号SnidateDatetimeNOTNULL时间戳形成入学时间表4学生信息表5.课程信息表课程信息表(course)记录了学校中所有课程的信息。字段名称数据类型可否为空约束条件备注CnoVarchar(50)NOTNULL主键课程号CnameVarchar(50)NOTNULL无课程名称C_TnoVarchar(50)NOTNULL外键老师工号表5课程信息表6.成绩信息表成绩信息表(sc)记录了某个学生在某们课程得到的成绩。字段名称数据类型可否为空约束条件备注SnoVarchar(50)NOTNULL主键、外键学生学号

CnoVarchar(50)NOTNULL主键、外键课程号GradeIntNULL无成绩表6成绩信息表7.审计表审计表(Accesslog)记录了除管理员外的数据库用户对数据库的使用情况，处于安全性考虑，用独立的数据库进行保存，并且只赋予管理员权限进行查看，只可通过系统进行数据添加。字段名称数据类型可否为空约束条件备注IdVarchar(50)NOTNULL主键、自增标示号timeTimstampNOTNULL时间戳形成操作时间LocalnameVarchar(50)NOTNULL无操作账号MatchnameVarchar(50)NOTNULL无对应用户表7审计表五、物理结构设计物理结构设计是指根据逻辑结构设计的结果，设计逻辑结构的最佳存取方法、存储结构和存放位置以及合理选择存储介质等，从而设计出适合逻辑结构的最佳物理环境(存储模式)的过程，涉及到的因素有访问类型、访问时间、插入时间、删除时间和空间开销等。(1)存取方法指用户存取数据库数据等方法和技术。(2)存储结构指根据逻辑结构等指标以及DBMS支持的数据类型，所确定的数据项的存储类型和长度以及元组的存储结构等，即数据文件及其数据项在介质上等具体存储结构。(3)存放位置指根数据库文件和索引文件等在介质上等具体存储位置。(4)存储介质指用于存储文件等物理存储设备，包括磁盘、磁带、光盘、磁盘阵列、磁带库等。

六、数据库实施SQL数据库是一个移动型的小型数据库，通常在小型个人机上安装，也可在小型工作组服务器上安装使用，它在数据库模式定义，数据类型，完整性约束，安全性支持，存储过程的支持等方面功能和支持程度和大型数据库功能相当。创建数据库及数据库对象，部分代码如下所示。1.数据库创建CREATEDATABASEschool;USEschool;2.系统管理员表创建CREATETABLEAdmin(ADMIN_USERVARCHAR(50)NOTNULL,ADMIN_PSWDVARCHAR(50)NOTNULL,ADMIN_PERMITVARCHAR(50)NOTNULL,SaltVARCHAR(10)NOTNULL,PRIMARYKEY(ADMIN_USER));3.教师信息表创建CREATETABLETeacher(TnoVARCHAR(50)NOTNULL,TnameVARCHAR(50)NOTNULL,TsexVARCHAR(1)NOTNULL,T_DnoVARCHAR(50)NOTNULL,TindateDATETIMENOTNULL,PRIMARYKEY(Tno));4.学生信息表创建CREATETABLEStudent(SnoVARCHAR(50)NOTNULL,SnameVARCHAR(50)NOTNULL,SsexVARCHAR(1)NOTNULL,S_DnoVARCHAR(50)NOTNULL,SindateDATETIMENOTNULL,PRIMARYKEY(Sno));

七、数据库系统运行与维护数据库试运行完毕，进入正式运行阶段。这个阶段就是数据库运行的常态了，需要对数据库进行监控和维护。DBMS建立数据库运行的日志，DBA对数据库进行维护，包括数据库日志的审计、数据库内容的备份甚至数据库结构的修改。7.1数据库维护数据库既是共享的资源，又要进行适当的保密。DBA必须对数据库安全性和完整性控制负起责任。尤其在计算机网络普遍引应用的今天，保证数据安全、防止黑客攻击、防止病毒入侵等，都是DBA所需要面对的。按照设计阶段提供的安全防范和故障恢复规范，DBA要经常检查系统的安全是否受到侵犯，根据用户的实际需要授予用户不同的操作权限。数据库在运行过程中，由于应用环境发生变化，对安全性的要求可能发生变化，DBA要根据实际情况及时调整相应的授权和密码，以保证数据库的安全性。同样数据库的完整性约束条件也可能会随应用环境的改变而改变，这时DBA也要对其进行调整，以满足用户的要求。7.2检测并改善数据库性能目前许多DBMS产品都提供了检测系统性能参数的工具，DBA可以利用系统提供的这些工具，经常对数据库的存储空间及响应时间进行分析评价；结合用户的反映情况确定改进措施；及时改正运行中发现的错误；按用户的要求对数据库的现有功能进行适当的扩充。但要注意在增加新功能时应保证原有功能和性能不受损害。7.3重新组织和构造数据库数据库建立后，除了数据本身是动态变化外，随着应用环境的变化，数据库本身也必须变化以适应应用要求。数据库运行一段时间后，由于记录在不断增加、删除和修改，会改变数据库的物理存储结构