第2章 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述
2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)（DB）
2.1.1 三級(jí)模式結(jié)構(gòu)
模式是數(shù)據(jù)庫(kù)的抽象描述。
模式的主體是數(shù)據(jù)模型。
模式的表示分為圖示與語(yǔ)言描述
用語(yǔ)言書寫的模式稱為源模式。
把源模式翻譯成機(jī)器代碼，變?yōu)闄C(jī)器可使用的模式，稱為目標(biāo)模式。
數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)分為外部級(jí)、概念級(jí)和內(nèi)部級(jí)三級(jí)，每一級(jí)都有對(duì)應(yīng)的模式，所以數(shù)據(jù)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)稱為三級(jí)模式結(jié)構(gòu)。
概念模式（Conceptual Schema）
概念模式通常簡(jiǎn)稱為模式，或全局視圖，或DBA視圖。
從某個(gè)角度看到的數(shù)據(jù)特性稱為數(shù)據(jù)視圖（View）。
概念模式是數(shù)據(jù)庫(kù)中全部數(shù)據(jù)的整體邏輯結(jié)構(gòu)的描述。
目的是為了把用戶視圖有機(jī)地結(jié)合成一個(gè)邏輯整體，統(tǒng)一地考慮所有用戶的要求。
模式數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言（Schema Data Description Language，簡(jiǎn)稱模式DDL）的作用就是用來(lái)書寫數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模式，也稱為數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言（Data Definition Language）。
外模式（External Schema）
外模式又稱為子模式（Subschema）或用戶模式，或用戶視圖。
外模式是用戶與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的接口，是用戶用到的那部分?jǐn)?shù)據(jù)（全局邏輯數(shù)據(jù)的子集）的描述。
外模式是模式的一個(gè)邏輯子集。
用戶使用數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言（Data Manipulation Language，DML）對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。
外模式數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言（External Schema Data Description Language，外模式DDL）也稱子模式數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言（Subschema Data Description Language，子模式DDL或SDDL），它的作用就是用來(lái)書寫數(shù)據(jù)庫(kù)的外模式。
內(nèi)模式（Internal Schema）
內(nèi)模式是數(shù)據(jù)庫(kù)在物理存儲(chǔ)方面的描述，也稱為程序員視圖，或存儲(chǔ)視圖。
位（Bit）、字節(jié)（Byte）、字（Word）、塊（Block）。
數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)是用一定的文件組織方式構(gòu)造起來(lái)的一個(gè)個(gè)物理文件
內(nèi)模式數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言（Internal Schema Data Description Language，內(nèi)模式DDL）的作用就是用來(lái)書寫數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)模式。
三級(jí)模式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
接口簡(jiǎn)單，使用方便
實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享
數(shù)據(jù)獨(dú)立性強(qiáng)
數(shù)據(jù)安全性強(qiáng)
2.1.2 四種數(shù)據(jù)記錄格式
物理記錄
計(jì)算機(jī)內(nèi)存與外存間進(jìn)行一次數(shù)據(jù)交換的最小單位是一個(gè)物理記錄。
物理記錄的長(zhǎng)度是由系統(tǒng)程序員決定的。
內(nèi)部記錄
內(nèi)部記錄不僅包含實(shí)際所需要的數(shù)據(jù)，還包含DBMS在管理數(shù)據(jù)時(shí)所需要的“系統(tǒng)數(shù)據(jù)”。
內(nèi)部記錄不等同于物理記錄，也不涉及設(shè)備的約束。
概念記錄
概念記錄是模式的一個(gè)邏輯數(shù)據(jù)單位。
概念記錄強(qiáng)調(diào)的是數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)
外部記錄
外部記錄即用戶所需要的數(shù)據(jù)記錄。
2.1.3 兩層映射和兩級(jí)數(shù)據(jù)獨(dú)立性
映射（Mapping）
映射又稱映像，它實(shí)質(zhì)是一種對(duì)應(yīng)規(guī)則，指出映射雙方如何進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
模式∕內(nèi)模式映射
模式∕內(nèi)模式映射定義模式與內(nèi)模式之間的對(duì)應(yīng)性，一般在內(nèi)模式中描述的。
外模式∕模式映射
外模式∕模式映射定義外模式與模式之間的對(duì)應(yīng)性，一般在外模式中描述的。
數(shù)據(jù)獨(dú)立性
數(shù)據(jù)獨(dú)立性是要維護(hù)數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序之間的無(wú)關(guān)性。
分類
物理數(shù)據(jù)獨(dú)立性
如果數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部級(jí)的存儲(chǔ)設(shè)備和存儲(chǔ)方法有所變化，那么只需要對(duì)模式∕內(nèi)模式映射做相應(yīng)的修改，使概念模式盡可能地保持不變，進(jìn)而使外模式和應(yīng)用程序也保持不變。這樣，稱數(shù)據(jù)庫(kù)達(dá)到了物理數(shù)據(jù)獨(dú)立性。
邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性
如果數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模式需要進(jìn)行修改，那么只需要對(duì)外模式∕模式映射做相應(yīng)的修改，使外模式盡可能地保持不變，進(jìn)而使應(yīng)用程序也保持不變。這樣，稱數(shù)據(jù)庫(kù)達(dá)到了邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性。
2.1.4 DBA及數(shù)據(jù)語(yǔ)言
數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（DBA）
DBA的主要任務(wù)
創(chuàng)建并維護(hù)模式
建立外模式
確定數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和訪問(wèn)策略
決定數(shù)據(jù)庫(kù)的保護(hù)策略
監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)作
DBA的主要工具
裝載程序
重組織程序
工作日志
數(shù)據(jù)字典
數(shù)據(jù)語(yǔ)言
數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言（DDL）
數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言又稱數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言，用于描述和定義數(shù)據(jù)的各種特性。
分類
模式DDL：用于描述概念級(jí)的邏輯結(jié)構(gòu)。
描述數(shù)據(jù)模型中各個(gè)數(shù)據(jù)邏輯單位的特征
描述各數(shù)據(jù)邏輯單位之間的聯(lián)系
描述訪問(wèn)規(guī)則
外模式DDL：用于描述外部級(jí)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。
描述數(shù)據(jù)模型中各個(gè)數(shù)據(jù)邏輯單位的特征
描述各數(shù)據(jù)邏輯單位之間的聯(lián)系
描述訪問(wèn)規(guī)則
內(nèi)模式DDL：用于描述內(nèi)部級(jí)數(shù)據(jù)的物理特征。
描述數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
描述邏輯數(shù)據(jù)到物理數(shù)據(jù)的映射
數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言（DML）
DML是用戶操作數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的工具。
分類依據(jù)
基于對(duì)數(shù)據(jù)的處理
存取數(shù)據(jù)為主的處理
檢索（或查詢）
更新（包括插入、刪除、修改）
分析運(yùn)算為主的處理
基于語(yǔ)言使用的形式
自含型DML：是一種同時(shí)具有描述存取數(shù)據(jù)處理和描述分析運(yùn)算處理兩方面功能的DML
嵌入型DML：自成一體，有專門的編譯程序，由DBMS提供用戶所需要的一切服務(wù)。又稱宿主型DML，或數(shù)據(jù)子語(yǔ)言（Data Sub-Language，DSL）
基于過(guò)程性
過(guò)程性DML：早期層次、網(wǎng)狀的DML
非過(guò)程性DML：關(guān)系型DML，簡(jiǎn)單易學(xué)，操作方便
數(shù)據(jù)庫(kù)控制語(yǔ)言（Database Control Language，DCL）：用于建立和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)。
設(shè)備介質(zhì)控制語(yǔ)言（Device Medium Control Language，DMCL）：與操作系統(tǒng)接口的作用，它把數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)映射到物理存儲(chǔ)設(shè)備上。
2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）
DBMS是DBS的核心組成部分，是管理數(shù)據(jù)的綜合性軟件。
2.2.1 DBMS的主要功能及其組成
DBMS的主要功能
數(shù)據(jù)庫(kù)的定義功能
定義數(shù)據(jù)庫(kù)的外模式、模式和內(nèi)模式三級(jí)模式及其兩層映射。
定義數(shù)據(jù)的完整性和安全控制等約束。
數(shù)據(jù)庫(kù)的操縱功能
DBMS提供DML及其相應(yīng)的DML編譯程序或解釋程序，用戶使用DML對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)實(shí)施各種操作。
數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)管理功能
檢查用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)是否合法
事務(wù)管理
把各種DML語(yǔ)句轉(zhuǎn)換成OS的命令和參數(shù)，讓OS執(zhí)行相應(yīng)的I/O操作。
管理系統(tǒng)緩沖區(qū)。
數(shù)據(jù)庫(kù)的保護(hù)功能
數(shù)據(jù)庫(kù)的恢復(fù)
數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性控制
數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)控制
數(shù)據(jù)的安全性控制
數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)功能
備份程序
性能監(jiān)控程序
數(shù)據(jù)字典（Data Dictionary，DD）
DBMS把DDL所描述的各項(xiàng)內(nèi)容從源形式轉(zhuǎn)換成目標(biāo)形式，存放在DD中供系統(tǒng)查閱。
DBMS的組成
語(yǔ)言處理部分
DDL編譯程序
DML編譯或解釋程序
嵌入型DML預(yù)處理程序
終端訪問(wèn)命令解釋程序
DCL解釋程序
系統(tǒng)運(yùn)行控制部分
系統(tǒng)總控程序
存儲(chǔ)管理器
數(shù)據(jù)查詢運(yùn)行程序
管理DD的實(shí)用程序
安全性控制程序
通信控制程序
數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)部分
裝載程序
工作日志程序
備份程序
性能監(jiān)控程序
數(shù)據(jù)庫(kù)重新組織程序
系統(tǒng)恢復(fù)程序
2.2.2 用戶這DBMS查詢數(shù)據(jù)的過(guò)程
圖2.2 用戶通過(guò)DBMS查詢數(shù)據(jù)的過(guò)程
用戶發(fā)出查詢請(qǐng)求
DBMS確定外部記錄
DBMS確定概念記錄
DBMS確定內(nèi)部記錄
請(qǐng)求OS讀物理記錄
DBMS接收內(nèi)部記錄
DBMS提取概念記錄
UWA接收外部記錄
DBMS填寫工作日志
DBMS填寫狀態(tài)碼
用戶分析查詢結(jié)果
2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（DBS）
2.3.1 DBS的組成
數(shù)據(jù)庫(kù)（DB）：一個(gè)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)集合
硬件：數(shù)據(jù)庫(kù)賴以存在的物理設(shè)備。
軟件：DBMS、OS、各種宿主語(yǔ)言和應(yīng)用開發(fā)軟件工具等。
數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（DBA）：創(chuàng)建、監(jiān)控和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，并使之始終處于最佳狀態(tài)的技術(shù)人員。
2.3.2 DBS的主要特征
有很好的效益
數(shù)據(jù)集中控制
有很高的靈活性
方便程序設(shè)計(jì)和維護(hù)
有利推廣標(biāo)準(zhǔn)化
備注：
《數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用（第2版）》的豆瓣鏈接https://book.douban.com/subject/2995584/