数据库系统的体系结构PPT课件

1、优秀课件，第1章，第3章，数据库系统架构，优秀课件，第2章，本章的主要内容，本章主要讨论了数据库系统的三层模式结构，数据库管理系统，客户-服务器结构，基于web的数据库系统等。(1)数据库的体系结构有三个层次的结构，两个层次的映像，两个层次的数据独立性，以及在体系结构的所有层次中记录的连接。(2)数据库管理系统的工作模式、主要功能和模块组成。(3)数据库系统数据库系统组成、数据库管理员、数据库系统全局结构、数据库系统结构分类。优秀课件，3，数据库系统架构，3.1数据库架构，3.2数据库系统(DBS)，3.3数据库管理系统(DBMS)，3.4 DBMS系统结构，3.5 DBMS具有的几种典型结构

2、，本章总结，优秀课件，4，3.1数据库架构，3.1.1三级模式结构3.1.2二级图像和二级数据独立性3.1.3抽象级数据库3.1.4数据模式和数据模型的关系，优秀课件，5，3.1.1数据约束。数据的语义信息。安全性和完整性信息。优秀课件，7，2)外部模式，定义：外部模式(也称为子模式或用户模式)是用户思想下的本地数据结构的逻辑描述，是数据库用户(包括应用程序员和最终用户)可以看到和使用的本地数据的逻辑结构和特征的描述。设置外部模式有以下优点：方便用户，简化用户界面。确保数据的独立性。有利于数据共享。有利于数据的安全性和保密性。优秀课件，8，3)内部模式，定义：内部模式(也称为存储模式)是对数据

3、库中数据的物理结构和存储模式的描述，是数据库中数据的表示形式。它定义了所有内部记录类型、索引和文件组织以及数据控制的所有细节。内部模式与以下任务相关：数据和索引的存储空间分配。记录存储描述(数据项的存储大小)。记录位置。数据压缩和数据加密技术。优秀课件，9，数据的三级抽象术语，优秀课件，10，层次和抽象数据库结构，(1)数据库的总体逻辑结构和特征(概念结构)的描述独立于数据库的其他层次结构(内部和外部模式)的描述。(2)数据库的内部存储模式取决于概念模式。存储模式独立于外部模式和特定的存储设备。(3)用户逻辑结构(外部模式)是在全局逻辑结构描述的基础上定义的，与内部模式和存储设备无关。(4)特

4、定的应用程序是在外部模式描述的逻辑结构上编写的，这取决于特定的外部模式。(5)关系数据库系统中的视图对应于三模式结构的外部模式。视图增加了用户界面的友好性。用户只能通过视图看到自己关心的数据，这可以减轻用户的负担，提高数据的独立性和安全性。优秀的课件，11，3.1.2两级图像和两级数据的独立性。为了提高数据库系统中数据的独立性，数据库系统在这三个层次模式中提供了两个层次的图像：外部模式概念模式图像和概念模式内部模式图像。所谓的图像是一个相应的规则，它指出了图像的两边是如何变换的。逻辑数据独立性，物理数据独立性，优秀课件，12，1)两级映射，(1)外部模式概念模式映射外部模式概念模式映射定义了外

5、部模式和概念模式之间的映射关系。这些图像定义通常在它们各自的外部模式中描述。(2)概念模式内部模式映射概念模式内部模式映射定义了数据库的全局逻辑结构和存储结构之间的对应关系。这个图像定义通常在内部模式中描述。，优秀课件，13，2)两级数据独立性。定义：数据独立性意味着应用程序和数据库的数据结构是独立且不受影响的。数据独立性分为： (1)逻辑数据独立性逻辑数据独立性意味着外部模式不受概念模式变化的影响。(2)物理数据独立性物理数据独立性意味着概念模式不受内部模式变化的影响。数据逻辑独立性和数据物理独立性统称为数据独立性。优秀课件，14，数据库的三层架构，优秀课件，15，3.1.3数据库的抽象层，

6、1)物理数据库以内部模式为框架的数据库称为物理数据库。它是数据库中最内层，是实际存储在物理存储设备上的数据集合。2)概念数据库基于概念模式的数据库称为概念数据库。它是数据库结构和数据库的整个逻辑表示的中间级别。它描述了每个数据的逻辑定义和数据之间的逻辑连接。3)逻辑数据库以外部模式为框架的数据库称为逻辑数据库。它是数据库结构的最外层，也就是用户可以看到和使用的数据库，因此也被称为用户数据库或用户视图。优秀课件，16，3.1.4数据模式与数据模型的关系。数据模式和数据模型密切相关。通常，概念模式和子模式基于特定的逻辑数据模型(如层次模型、网格模型、关系模型等)。)。另一方面，数据模式在概念上不同

7、于数据模型。数据模式是基于特定数据模型的数据库的结构定义。它是数据模型中数据结构及其关系的描述，因此它只是数据模型的一部分。由于数据模式在数据库设计中的重要性，它被作为一个特殊的术语提出。优秀课件，17，3.2数据库系统(DBS)，3.2.1 DBS组成，3.2.2 DBS全局结构，3.2.3 DBS结构分类，优秀课件，18，3.2.1 DBS，DBS由数据库、数据库管理系统、应用开发工具软件和应用程序以及数据库软硬件环境1支持。数据库(DB)是应用数据的集合，称为物理数据库，它是数据库的主体。第二，各级数据结构的描述称为描述数据库。它们是存储在数据字典中的所有级别模式的描述信息。关系数据库的

8、数据字典主要包括基表和视图的定义，以及访问路径(索引、哈希等)的描述。)，访问权限和用于查询优化的统计数据。优秀课件，19，数据字典，(1)表示数据库文件的文件的每个记录对应于数据库文件定义，记录文件名、关键属性名、文件类型等。(2)表示数据库中属性的文件的每条记录对应一个属性定义，指示属性所在文件的文件名、数据类型、长度和值范围，以及是否可以为空。(3)视图定义文件中的每条记录对应一个视图定义，视图定义具有元属性，如视图名称和定义语句。(4)同义词文件的每个记录对应于一个同义词定义，指示它所代表的数据库文件。(5)授权关系文件的每条记录对应一个数据库文件的一次性授权关系的定义，其中包含授权类

9、型(读、写等)等元属性。)，授权人和被授权人。(6)索引关系文件的每个记录对应于一个索引定义，记录索引对象、属性等。优秀课件，20，2)硬件主要包括中央处理器、内存、外部存储器、输入输出设备等硬件设备。3)软件系统(1)数据库管理系统(DBMS) (2)支持DBMS的操作系统(OS)(3)具有数据库接口的高级语言及其编译系统(4)以DBMS为核心的应用开发工具软件(5)为特定应用环境开发的数据库应用程序，优秀的课件，21，4)数据库管理员(简称DBA)，DBA负责一个组织高级数据库管理员团队通常由操作专家、系统分析和设计专家、应用程序专家、数据库管理专家、查询语言专家和数据库审计专家组成。数据

10、库管理员的主要职责是：参与数据库系统的设计和建立。监控系统的运行。定义数据安全要求和完整性约束。负责数据库性能的提高和数据库的重组与重建。优秀课件，DBS 22，3.2.2的全局结构，DBS结构的分类23，3.2.3，1)集中式DBS 2)客户机-服务器DBS 3)分布式DBS 4)并行DBS，优秀课件，24，1)集中式DBS，如果DBS，优秀课件，25，2)客户机-服务器DBS，C/S结构的关键在于功能的分布，一些功能在前端机器(即客户机)上执行，而另一些在后端机器(即客户机)上执行分布式数据库系统(Distributed DBS，缩写为d DBS)是通过通信网络连接的站点(也称为节点)的集

11、合，每个站点可以有一个集中式的DBS计算机系统。DDBS的数据是“分布式的”，数据实际上分布在不同的地点。这是DDBS和中央数据库的最大区别。DDBS的数据具有“逻辑完整性”的特点，分布在各处的数据是逻辑集成的，被用户作为一个集中的数据库系统使用。这是DDBS和非分布式数据库系统的主要区别。优秀课件，27，物理分布，逻辑集中，优秀课件，28，4)并行数据库(Parallel DBS)，现在数据库的数据量急剧增加，巨型数据库的容量达到了“泰拉”级(1泰拉为1012，记录为T)。此时，事务处理速度极快，每秒数千个事务可以胜任系统操作，集中式数据库系统和C/S数据库系统都无法应对这种环境。并行计算机

12、系统可以解决这个问题。并行系统使用多个处理器和磁盘并行运行，提高了数据处理和输入输出速度。在并行处理中，许多操作是同时进行的，而不是使用分时方法。在大规模并行系统中，有数千个而不是几个处理器。即使在商业并行系统中，也有数百个中央处理器。29，3.3数据库管理系统(DBMS)，3 . 3 . 1 DBMS的工作模式如下：(1)接收数据请求并处理来自应用程序的请求。(2)将用户的数据请求转换成复杂的机器码。(3)操作数据库。(4)接受数据库操作的查询结果。(5)处理查询结果(格式转换)。(6)将处理结果返回给用户。优秀的课件，30，用户访问数据库的示意图，用户操作数据库，数据库管理系统将操作从应用

13、程序带到外部层次，概念层次，然后到内部层次，然后通过操作系统操作内存中的数据。同时，数据库管理系统为内存中的应用程序打开了一个数据库系统缓冲区，用于数据传输和格式转换。三级结构定义存储在数据字典中。优秀课件，31，3.3.2数据库管理系统的主要功能，1)定义外部模式、概念模式、内部模式和模式之间的图像，定义数据库完整性、定义安全性、定义访问路径等。2)数据库管理功能实现数据库控制功能和控制数据库操作3)数据库建立和维护功能数据库维护功能数据库恢复功能4)数据组织、存储和管理功能5)通信功能，优秀的课件，32，3.4数据库管理系统体系结构，3.4.1数据库管理系统的进程结构和多线程结构1)一个应

14、用进程对应一个数据库管理系统核心进程。当每个应用程序进程访问数据库时，需要创建一个数据库管理系统核心进程，并在完成应用程序进程委托的数据库访问任务后取消核心进程。多个数据库管理系统核心进程在操作系统的调度下并发执行，从而实现多个事务的并发执行。该方法易于实现，但存在以下缺点：流程创建、撤销、通信和切换开销大；随着并发执行事务的增加，进程的数量也相应增加。当所需资源(如内存)有限时，其性能将会下降。不利于事务共享内存空间。优秀课件，33，2)多线程单进程数据库管理系统结构。在基于单进程多线程结构的数据库管理系统中，系统只创建一个数据库管理系统进程。在数据库管理系统的开发过程中，根据用户的需求，创

15、建了居民公共服务线索和非居民用户线索。数据库管理系统的每个线程都可以在逻辑上并行执行，它们共存于一个进程中，共享数据库管理系统资源。这种多线程机制可以减少每个用户所需的系统资源，从而增加并发用户的数量，提高系统的运行效率。多线程单进程结构的数据库管理系统具有占用资源少、线程调度灵活、线程切换开销低、线程间通信简单等特点。因此，该数据库管理系统具有运行效率高、系统资源消耗少的优点。优秀课件，34，3.4.2数据库管理系统组成，优秀课件，35，3.4.3数据库管理系统层次，优秀课件，36，几个典型的数据库管理系统3.5.1数据库管理系统，1)客户/服务器结构，1)数据库管理系统功能划分与客户/服务

16、器结构，1)方案1:基本C/S架构。应用程序处理(包括用户界面的实现等。)由客户端完成，数据访问和事务管理由服务器完成。(2)方案二：服务器主要执行一些底层操作，如阻塞、页面读写，客户端完成查询优化和查询处理。(3)方案3:每个客户端通过缓存查询数据来构建自己的本地数据库，客户端有一个功能齐全的数据库管理系统，它与服务器端的数据库管理系统一起工作来访问数据库。优秀的课件，37，2)数据访问的工作过程，1)客户端1)包括应用处理逻辑、显示和数据表示以及用户交互界面。2)服务器端包括数据访问管理、完整性控制和并发控制。服务器提供诸如查询、更新、事务管理、索引、缓存、查询优化、安全性和多用户访问控制等服务。数据库服务器在客户/服务器结构中的优势。与网络文件服务器相比，数据库服务器的优势如下：(1)提高应用程序开发的生产率。由于数据库服务器有数据管理任务，客户端应用程序不需要编写这些数据管理程序，减少了软件开发量，提高了应用程序开发效率。(2)数据库服务器提供可靠的数据安全性。用户可以在授权范围内使用数据库服务器和数据库中的数据。(3)数据库服务器为保证数据库的可靠性提供了有效的方法。(4)数据库服务器可以充分利用计算机资源，降低网络开销，提供查询优化机制和并发控制功能，从而提高整个系统的性能。(5)数据库服务器结合了分布式处理和集中控制，便于系统扩展。优秀的课件，39，4)