数据库管理系统课件

1、第十一章 数据库管理系统,11.1 DBMS概述 11.1.1 DBMS的目标 DBMS是介于用户和OS之间的一组软件。 1. 用户界面友好：用户界面应具有可靠性、易用性、立即反馈和多样性等特性。 2. 功能完备：数据库定义、数据库数据存取、数据库运行管理、数据库组织和存储管理、数据库的建立和维护等。 3. 效率高：计算机内部资源的利用率和DBNS本身的运行效率。 4. 结构清晰 5. 开放性,1,PPT学习交流,11.1.2 DBMS的基本功能,DBMS主要是实现对共享数据有效的组织、管理和存取。 1.数据库定义 2.数据存取 3.数据库运行管理 4.数据组织、存储和管理 5.数据库的建立和

2、维护 6.其它功能 通信功能，数据转换功能,2,PPT学习交流,11.1.3 DBMS与操作系统,DBMS是建立在OS之上的软件系统，是OS的用户。 DBMS对共享数据的组织、管理和存取需要OS的支持。 DBMS遇到创建和撤销进程、进程通信、读写磁盘、分配内存等要求时必须请求OS服务。 不同OS提供不同的服务方式，导致DBMS在实现技术上和实现方法上的诸多差异。对于同一OS，DBMS也可以由不同的实现选择。,3,PPT学习交流,11.1.4 DBMS和第四代应用开发环境,屏幕表格 开发工具 SQL*FORMS,菜单生成 SQL*MENU,预编译 PROORACLE,数据通信与 分布软件 LIN

3、K,SQL*STAR,用户友好接口 SQL*PLUS,SQL 执行程序,ORACLE内核 关系数据库 管理系统,报表编写程序 SQL*REPORT,图形软件 SQL*GRAPH,电子表格 SQL*CALC,数据转换 ODL,数据库与 数据字典,4,PPT学习交流,11.2 DBMS的进程结构和多线索机制,应用程序通过DBMS，DBMS通过OS，与数据库中的数据打交道。以及都必须进入某个具体的OS环境。 11.2.1 N方案：DBMS与应用程序相融合的方案,AP1,DBMS,AP2,DBMS,APi,DBMS,U1,Ui,OS,DB,文件,SGA,5,PPT学习交流,11.2.2 2N方案：一个

4、DBMS进程对应一个用户进程,AP1,DBMS,AP2,DBMS,APi,DBMS,U1,Ui,OS,DB,文件,SGA,6,PPT学习交流,11.2.3 N+1方案：一个DBMS进程对应所有用户进程,AP1,DBMS,AP2,APi,U1,Ui,OS,DB,文件,SGA,7,PPT学习交流,11.2.4 N+M方案：M个DBMS进程对应N个用户进程,AP1,DBMS,AP2,APi,U1,Ui,OS,DB,文件,SGA,DBMS,进 程 服务池,8,PPT学习交流,11.2.5 多线索(Multi_Threaded) DBMS的概念 一、线程的概念 在OS中，将进程的概念一分为二，Task是

5、申请资源的最小单位，而Thread是调度和运行的最小单位。一个Task中可以有多个Thread，它们共享Task的所有资源，共同完成一个任务。一个Thread只能存在于某个Task中。在多处理机上，这些Thread可真正并行地执行。 多个线程运行于同一实体(任务或进程)，并共享该实体所拥有的所有资源。 线程的基本概念就是将进程中的程序代码与进程所占资源相分离，从而在一个地址空间可以运行多个指令流。,9,PPT学习交流,进程、Task与Thread,PC,PS,SP Stack Register (运行资源),进程控制信息 存储管理信息 信号处理信息 文件指针管理 资源占用统计 资源控制信息,进

6、程控制信息 存储管理信息 信号处理信息 文件指针管理 资源占用统计 资源控制信息,运行资源,UNIX中进程的概念 MACH中Task与Thread概念 Thread Task,10,PPT学习交流,二、多线索(Multi_Threaded)DBMS 数据库系统中的“线索”概念借鉴了OS”线程”概念的含义：整个DBMS可以看作一个Task，当有一个用户申请数据库服务时，Task分配至少一个Thread为之服务，多个Thread并行工作，共享资源。 一般地讲，DBMS中的线索是DBMS的一个执行流，它服务于整个DBMS系统或DBMS的某个用户；DBMS服务器相应客户请求是通过为每个用户创建线索来完

7、成。 DBMS的各个线索能在逻辑上并行执行，并共存于一个进程，共享DBMS的所有资源；线索是DBMS的调度单位，服务器进程能按一定的调度算法调度用户请求。,11,PPT学习交流,三、线索与进程的比较 1. 线索比进程占用较少的资源 线索是程序中的一串指令流，同一进程内的多个线索共享该进程内的一切资源。因此，线索比进程占用更少的资源，是更小的调度单位，可支持较细粒度的并行。 2. 线索调度比较灵活，可控制性强 进程调度是OS控制的、非智能的，DBMS无法干涉 3. 线索切换开销较小 线程共享同一地址空间 4. 线索间通信简单 线索可以借助全局变量名或局部变量名的指针进行通信。,12,PPT学习交

8、流,11.3 DBMS系统结构,11.3.1 DBMS程序模块的组成 一、数据库定义方面的程序模块 模式、外模式、存储模式的定义模块。 安全性定义程序模块。 完整性定义程序模块。 二、数据操纵方面的程序模块 查询处理程序模块。 数据更性程序模块。 交互式查询程序模块。 嵌入式查询程序模块。,13,PPT学习交流,三、数据库运行管理方面的程序模块 主要有系统初启程序和安全性检查、完整性检查、并发控制、事务管理、运行日志管理等三、数据库运行管理方面的程序模块。 四、数据库组织、存储和管理方面的程序模块 有文件读写于维护程序、存取路径管理和维护程序、缓冲区管理程序等 五、数据库建立、维护和其他方面的

9、程序模块 有数据库初始装入程序、转储程序、恢复程序、数据库重构造程序、数据转换程序、通信程序等。,14,PPT学习交流,11.3.2 DBMS的层次结构,应用层,语言编译处理层,数据存取层,数据存储层,操作系统,数据库,15,PPT学习交流,11.3.3 DBMS运行过程示例,系统 缓冲区,数据库管理系统 (DBMS),操作系统,数据字典,数据库,16,PPT学习交流,11.4 语言处理,11.4.1 语言翻译处理层的任务和工作步骤 任务：把用户提交的交互式命令或嵌入式语言转换成对应的DBMS层内可执行的基本存取模块的调用序列。 数据库语言通常包括DDL、DML和DCL三部分。 在RDMBS中

10、DD通常采用和普通数据同样的表示方式表。它包括关系定义表、属性表、视图表、视图属性表、视图表达式表、用户表、存取权限表等。 DD是DML语句处理、执行以及DBMS运行管理的基本依据。,17,PPT学习交流,RDBMS数据字典的部分示意图,关系定义表,关系名,视图定义指针,属性定义指针,记录总数,记录长度,属性个数,建立者,别名,视图属性指针,基关系指针,视图表达式指针,视图表,属性名,类型,长度,记录内偏址,完整性定义指针,属性表达式指针,属性表,属性名,基关系属性指针,属性表达式设计,用户名,口令,用户表,视图属性表,用户名,数据对象名,数据对象类型,操作权限,存取谓词,用户权限表,视图名,

11、表达式语法树 根指针,18,PPT学习交流,词法分析 语法分析 符号名转换,合法权检查 完整性检查 视图转换,代数优化 存取路径优化 策略描述,DML语句,可执行的RDBMS内层基本存取模块的调用序列,查询检查,查询分析,查询优化,数据库 数据字典,DBMS 内层基本 模块库,单元组接口,多元组接口,19,PPT学习交流,11.4.2 解释方法 解释执行 与编译技术 11.4.3 预编译方法,源模块,修改后的 源模块,预编译器,数据库 数据字典,该语言的编译器,束缚(bind),目标模块,装载模块,连接,（装载模块) (应用规划),数据存储管理器器,运行监督器,(其它),DB,DBMS 内存基

12、本 存取模块,应用规划,DBRM Select From,内存,20,PPT学习交流,11.5 数据存取层,语言处理层：元组、关系、视图等逻辑数据结构,数据存取层：逻辑记录、逻辑块、逻辑存取路径,数据存储层：逻辑记录、块、块组成的系统缓冲区,多元组接口(如SQL语句),单元组接口,存储器接口,21,PPT学习交流,11.5.1 存取层的系统结构,记录存取、事 务管理子系统,控制信息 管理,排序/合并 子系统,存取路径 维护子系统,封锁子系统,日志登录子系统,数据存储层,单元数据接口,22,PPT学习交流,11.5.2 存取层的功能子系统,一、记录存取、事务管理子系统 不涉及存储分配、存储结构及

13、有关参数，只在数据的逻辑结构上操作，因而可以把各种物理实现形态隐藏起来。 二、日志登记子系统 三、控制信息管理子系统 四、排序/合并子系统 五、存取路径维护子系统 六、封锁子系统,23,PPT学习交流,11.6 缓冲区管理,控制信息,第一页,第二页, (操作：查找页、 申请页、 淘汰页) ,BUFFER,读(READBUF),写(WRITEBUF),读(OS),写(OS),数据库,数据库缓冲区 及上下接口,24,PPT学习交流,在缓冲区中查找页,找到？,在缓冲区中申请一页,按淘汰策略淘汰一页,从外存读入新页,READBUF,NO,无空页,有空页,YES,缓冲区管理示意图 (读操作),25,PP

14、T学习交流,11.7 数据库物理组织,一、数据字典(DD)的组织 二、数据及数据联系的组织 三、存取路径的组织 四、一个实际系统的例子 ORACLE系统(无论大型、中型或微机版本) 数据库存储空间有RDBMS管理 数据库在逻辑上又一个或多个分区组成 分区中至少有一个系统分区，DD存储在该分区中 一个分区包含一个或多个数据库表 一个表只能属于一个分区，不能跨分区存放 一个分区物理上由一个或多个物理文件组成,26,PPT学习交流,ORACLE DATABASE,分区 (partitions),物理文件 (physical files),数据库表 (database tables),物理块 (physical blocks),数据段 (data segment),索引段 (index segment),数据区间 (data extents),索引区间 (index extents),1:n,Orcale数据库组织示意图,27,PPT学习交流,时间印(Timestamp),下一块的地址,上一块的地址,块头信息(Header),该行长度,行号,列a长度,列a标识,列a数据,列b长度,列b标识,列b数据,备用空间(由PCTFREE参数确定),Orcale数据块的格式,28,PPT学习交流,11.8 小结,本章主要讨论DBMS的基本功能，系统结构及主要的实现技术。 按照DBMS