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第第3章章 数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构斧粉削融狈糙工言江捷干催仓现绑镇郊楚谩莲驴钠煞树靠秸抓搽孜拼丹前数据库系统体系结构数据库系统体系结构本章主要内容本章主要内容本本章章主主要要讨讨论论数数据据库库系系统统的的三三级级模模式式结结构构、DBMSDBMS、客客户户服服务务器器结结构构、基基于于WebWeb的的数数据据库库系统等内容。系统等内容。即基诛怖硕鄂珍邦域丰琶踊辜包练稚塘呈皱衷骸诣盈一缅己姻声浸踢穴铀数据库系统体系结构数据库系统体系结构数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构 3.1 数据库的体系结构数据库的体系结构 3.2 数据库系统（数据库系统（DBS）3.3 数据库管理系统（数据库管理系统（DBMS）3.4 DBMS的系统结构的系统结构 3.5 几种典型结构的几种典型结构的DBMS 本章小结本章小结烘蹲勺野攒酪毛括龄娩糟祈坍贷苯滩辞漠坠树爷径锚恋芹公劝旁睹椅迈蒂数据库系统体系结构数据库系统体系结构3.1 3.1 数据库的体系结构数据库的体系结构 3.1.1 三级模式结构三级模式结构3.1.2 两级映像和两级数据独立性两级映像和两级数据独立性 远扩群朝舱验嚼价缩厩糙躯愈舟腊蔓拌脊寺瓤浓堡艰割备险佩偶伤高煌王数据库系统体系结构数据库系统体系结构3.1.1 3.1.1 三级模式结构三级模式结构用户用户A1用户用户A2用户用户B1用户用户B2用户用户N1用户用户Ni外部模式外部模式A外部模式外部模式B外部模式外部模式N概念模式概念模式内部模式内部模式数据库数据库用用户户的的局局部部逻逻辑辑结结构构数数据据库库的的整整体体逻逻辑辑结结构构数数据据库库的的物物理理结结构构外部级外部级(单单个个用用户户的的视视图图)概念级概念级（全局视图）（全局视图）内部级内部级（存储视（存储视图）图）丑沃哎绽互誉圃涩彤钳旷粱梗煞儿宝疆丈宗玄妓和矣泰楔辕迂拇镣浸菱仿数据库系统体系结构数据库系统体系结构1 1）概念模式（）概念模式（Conceptual SchemaConceptual Schema）n定定义义：概概念念模模式式（简简称称模模式式，也也称称逻逻辑辑模模式式）是是对对数数据据库库全全局局逻逻辑辑结结构构的的描描述述，是是数数据据库库所所有有用用户户的的公共数据视图。公共数据视图。n概念模式描述：概念模式描述：n所有实体、实体的属性和实体间的联系。所有实体、实体的属性和实体间的联系。n数据的约束。数据的约束。n数据的语义信息。数据的语义信息。n安全性和完整性信息。安全性和完整性信息。锅皇苞励合灿坯甚蚂产为本盈淑苦枉途擦苔遗鸡蛊淆观取碟酸铂喳岂贿咆数据库系统体系结构数据库系统体系结构2 2）外部模式）外部模式(External Schema)(External Schema)n定定义义：外外部部模模式式（也也称称子子模模式式或或用用户户模模式式）是是用用户户观观念念下下局局部部数数据据结结构构的的逻逻辑辑描描述述，是是数数据据库库用用户户（包包括括应应用用程程序序员员和和最最终终用用户户）能能够够看看见见和和使使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。n设置外部模式有如下优点：设置外部模式有如下优点：n方便用户使用，简化了用户接口。方便用户使用，简化了用户接口。n保证数据的独立性。保证数据的独立性。n有利于数据共享。有利于数据共享。n有利于数据安全和保密。有利于数据安全和保密。苇隙一非者摄盂鹏预蹬脐功胡伶芒侈跑奢发瘟袖阿猜够拎指怒秉渔瞩阉憎数据库系统体系结构数据库系统体系结构3 3）内部模式）内部模式(Internal Schema)(Internal Schema)定义：定义：n内内部部模模式式（也也称称存存储储模模式式，内内模模式式）是是对对数数据据库库中中数数据据物物理理结结构构和和存存储储方方式式的的描描述述，是是数数据据在在数数据据库库内部的表示形式。内部的表示形式。n内内部部模模式式定定义义了了所所有有内内部部记记录录类类型型、索索引引和和文文件件的的组织方式，以及所有数据控制方面的细节。组织方式，以及所有数据控制方面的细节。内部模式与下面的工作相关：内部模式与下面的工作相关：数据和索引的存储空间分配。数据和索引的存储空间分配。用于存储的记录描述（数据项的存储大小）。用于存储的记录描述（数据项的存储大小）。记录放置。记录放置。数据压缩和数据加密技术。数据压缩和数据加密技术。惊谢已个辊沙瘪聊毅茅的咐谣硷错丹戴庄仓善兵羡褂刊豫俘谢妄犹另放先数据库系统体系结构数据库系统体系结构3.1.2 3.1.2 两级映像和两级数据独立性两级映像和两级数据独立性 为了提高数据库系统中的数据独立性，数据库系统在这三级模式为了提高数据库系统中的数据独立性，数据库系统在这三级模式间提供了两层映像：间提供了两层映像：外部模式概念模式映像外部模式概念模式映像和和概念模式内部概念模式内部模式映像模式映像。映像是一种对应规则，它指出了映像双方是如何进行转换的。映像是一种对应规则，它指出了映像双方是如何进行转换的外部模式外部模式A外部模式外部模式B外部模式外部模式N概念模式概念模式内部模式内部模式逻辑数据独立性逻辑数据独立性物理数据独立性物理数据独立性外部模式外部模式/概念模式映像概念模式映像概念模式概念模式/内部模式映像内部模式映像泣陡罪缩宏秋味遵贪柬拆雌青翁彬穆溪哩服挥抓卒拼皋艇愤氮忆议删捣移数据库系统体系结构数据库系统体系结构1 1）两级映像）两级映像 （1 1）外部模式概念模式映像）外部模式概念模式映像外外部部模模式式概概念念模模式式映映像像定定义义了了各各个个外外部部模模式式与概念模式间的映像关系。与概念模式间的映像关系。这这些些映映像像定定义义通通常常在在各各自自的的外外部部模模式式中中加加以以描描述。述。钨超液冀博泊秦晨拾炸犬革发回碉皋的臆禄卉腆斟褂兰精叮裸馅糠诊租抖数据库系统体系结构数据库系统体系结构1 1）两级映像（续）两级映像（续）（2 2）概念模式内部模式映像）概念模式内部模式映像概概念念模模式式内内部部模模式式映映像像定定义义了了数数据据库库全全局局逻逻辑辑结构与存储结构之间的对应关系。结构与存储结构之间的对应关系。这个映像定义通常内部模式中加以描述。这个映像定义通常内部模式中加以描述。陆溜盼椽汀挟脱闰合鸿谴寒祈鄙野棕护泌帮癌蔑始喧昂躯贤沂父被烘骡怪数据库系统体系结构数据库系统体系结构3.2 3.2 数据库系统（数据库系统（DBSDBS）3.2.1 DBS的组成的组成 3.2.2 DBS的全局结构的全局结构 3.2.3 DBS结构的分类结构的分类 悠渤吞夷医炬赶容三福时飞歉沟教升题杨鲁契闺动渐眶杉浮沫其杠韧皋鼻数据库系统体系结构数据库系统体系结构3.2.1 DBS3.2.1 DBS的组成的组成 DBSDBS由由数数据据库库、数数据据库库管管理理系系统统、应应用用开开发发工工具具软软件件和和应应用用程程序序、数数据据库库的的软软硬硬件件支支撑环境、撑环境、数据库管理员数据库管理员等部分构成。等部分构成。誓币赎度辆象埃秤衣钎管轮惮瑞签素午命膀桂奠浅结瘫浓锐昌钉蕴坑犊蚜数据库系统体系结构数据库系统体系结构3.2.2 3.2.2 DBSDBS的全的全局结局结构构 终端用户应用程序员终端用户应用程序员 专业用户专业用户 DBA应用界面应用界面应用程序应用程序查询查询数据库模式数据库模式数数 据据 库库 管管 理理 系系 统统(D DB BM MS S)用用户户界界面面磁磁盘盘存存储储器器查查询询处处理理器器存存储储管管理理器器索引索引统计数据统计数据数据文件数据文件日志日志数据字典数据字典程序目标程序目标代码代码嵌入式嵌入式DML预编译器预编译器DML编译器编译器DDL编译器编译器查询运行查询运行核心程序核心程序缓冲区缓冲区管理器管理器事务事务管理器管理器权限和完整性权限和完整性管理器管理器文件文件管理器管理器邦噬却氮阶养甥菱挥哩绑舵孺紫柬欺忽拢壹秘诸芯巫仆陛唆韩疆束序纲弦数据库系统体系结构数据库系统体系结构3.2.3 DBS3.2.3 DBS结构的分类结构的分类 1）集中式）集中式DBS 2）客户机服务器式）客户机服务器式DBS 3）分布式）分布式DBS 4）并行式）并行式DBS(Parallel DBS)暗叔钠癣拆床拆驻堆眠脆警平均泌苛奔挥责州嗅亚桩愁臻题淡览蜒洞濒攀数据库系统体系结构数据库系统体系结构1 1）集中式）集中式DBS DBS 如如果果DBSDBS运运行行在在单单个个计计算算机机系系统统中中，并并与与其其他他的的计计算算机机系系统统没没有有联联系系，这这种种DBSDBS称称为为集集中式中式DBSDBS。沙垂奴凝村陨焙杆郎夹骂拈翘舱勉遂址漂扑缮栖土叉踪锅存袄翼寺狮产娜数据库系统体系结构数据库系统体系结构2 2）客户机服务器式）客户机服务器式DBS DBS C/SC/S结结构构的的关关键键在在于于功功能能的的分分布布，一一些些功功能能放放在在前前端端机机（即即客客户机）上执行，另一些功能放在后端机（即服务器）上执行。户机）上执行，另一些功能放在后端机（即服务器）上执行。搏马抬欲象诊潮损氯秸蛆陷捐麓现举悼畸槐瞻卑债郡托暑容声勋巾龙柔范数据库系统体系结构数据库系统体系结构3 3）分布式）分布式DBS DBS n分分布布式式DBS(Distributed DBS(Distributed DBSDBS，简简记记为为DDBSDDBS）是是一一个个用用通通信信网网络络连连接接起起来来的的场场地地（Site,Site,也也称称为为节节点点）的的集集合合，每每个场地都可以拥有集中式个场地都可以拥有集中式DBSDBS的计算机系统。的计算机系统。nDDBSDDBS的的数数据据具具有有“分分布布性性”特特点点，数数据据在在物物理理上上分分布布在在各各个场地。这是个场地。这是DDBSDDBS与集中式与集中式DBSDBS的最大区别。的最大区别。nDDBSDDBS的的数数据据具具有有“逻逻辑辑整整体体性性”特特点点，分分布布在在各各地地的的数数据据逻逻辑辑上上是是一一个个整整体体，用用户户使使用用起起来来如如同同一一个个集集中中式式DBSDBS。这是这是DDBSDDBS与非分布式与非分布式DBSDBS的主要区别。的主要区别。劝梁妆抓聚溯菩桅缠于谗哥买填迢携芜夜帮四凋谎袍葛未杀跟泪粥协茂绞数据库系统体系结构数据库系统体系结构4 4）并行式）并行式DBS(Parallel DBS)DBS(Parallel DBS)现现在在数数据据库库的的数数据据量量急急剧剧提提高高，巨巨型型数数据据库库的的容容量量已已达达到到“太太拉拉”级级(1(1太太拉拉为为1024GB1024GB，记记作作T)T)，此此时时要要求求事事务务处处理理速速度度极极快快，每每秒秒达达数数千千个个事事务务才才能能胜胜任任系系统统运运行行。集集中中式式和和C/SC/S式式DBSDBS都不能应付这种环境。并行计算机系统能解决这个问题。都不能应付这种环境。并行计算机系统能解决这个问题。并并行行系系统统使使用用多多个个CPUCPU和和多多个个磁磁盘盘进进行行并并行行操操作作，提提高高数数据据处理和处理和I/OI/O速度。速度。并行处理时，许多操作同时进行，而不是采用分时的方法。并行处理时，许多操作同时进行，而不是采用分时的方法。在在大大规规模模并并行行系系统统中中，CPUCPU不不是是几几个个，而而是是数数千千个个。即即使使在在商用并行系统中，商用并行系统中，CPUCPU也可达数百个。也可达数百个。睦嚏渔萍冒那踪嚎丙批皱妆帽商妄屏揍搔近洒壕短辽粹片攒刀洪狙恒传葡数据库系统体系结构数据库系统体系结构3.3 DBMS3.3 DBMS的主要功能的主要功能 1 1）数据库定义）数据库定义外外部部模模式式、概概念念模模式式、内内部部模模式式及及模模式式间间映映像像的定义、数据库完整性定义的定义、数据库完整性定义2 2）数据库的操作功能）数据库的操作功能:插入、删除、修改、查询插入、删除、修改、查询3 3）数数据据库库的的控控制制功功能能：数数据据库库完完整整性性检检查查、安安全性控制、并发控制、数据库恢复全性控制、并发控制、数据库恢复憾边霄啼议选伊雅陋听曙糕瑰盖烬梨缸每对翌轿忻厚已怨眩尿蜕袄捆私倔数据库系统体系结构数据库系统体系结构Client/ServerClient/Server结构中数据库服务器的优点结构中数据库服务器的优点 (1)(1)提高了应用开发生产率提高了应用开发生产率 客客户户机机上上的的应应用用程程序序无无须须编编写写数数据据管管理理程程序序，减少了软件开发量，提高了应用开发效率。减少了软件开发量，提高了应用开发效率。(2(2）提供了可靠的数据安全性）提供了可靠的数据安全性 用用户户在在授授权权范范围围内内使使用用数数据据库库服服务务器器和和数数据据库库中中的数据。的数据。(3)(3)保证数据库的可靠性保证数据库的可靠性杏遇市捕寡麓舍割蜀残狠针贡豢爸狱娘獭图犯登这玫焙漫论仇钒签释稿高数据库系统体系结构数据库系统体系结构3.5.2 3.5.2 基于基于WebWeb的数据库系统的数据库系统1 1）基于）基于WebWeb的数据库系统的体系结构的数据库系统的体系结构 （B/S/SB/S/S）(1)(1)在在WebWeb服服务务器器端端提提供供中中间间件件来来连连接接WebWeb服服务务器器和数据库服务器和数据库服务器 客户客户端端浏览浏览器器InternetWeb服务服务器器中间中间件件数据数据库库服务服务器器上遂状趁薯抉谈迹担尧垂余视儡射睬泛昌姆环元趾每铝陷奖页坡娶凳兴往数据库系统体系结构数据库系统体系结构3.5.2 3.5.2 基于基于WebWeb的数据库系统的数据库系统（2 2）将将应应用用程程序序下下载载到到客客户户端端，并并在在客客户户端端直直接接访访问问数据库数据库 Internet数据库数据库服务器服务器客户浏览器客户浏览器客户端应用客户端应用Java AppletActiveX俺毅雹胰貌荤琵价戌阳狙惋讯卿呛申谦慧辰棺疵邹端胎周浙伊废粒屿廉汛数据库系统体系结构数据库系统体系结构（1 1）应用编程接口）应用编程接口API API nAPIAPI是是驻驻留留在在WebWeb服服务务器器中中的的程程序序代代码码，每每次调用时在内存中运行相应的程序段。次调用时在内存中运行相应的程序段。n目前主要的目前主要的Web APIWeb API：nMicrosoftMicrosoft公公 司司 的的 ISAPI ISAPI(Internet(Internet Server API)Server API)矽适房孽蛙础价防肠引矿啤蹄啃仇了劲挠剩端瞪炼痴昌鸯剧晴启哭臀政恤数据库系统体系结构数据库系统体系结构MicrosoftMicrosoft公司的公司的ISAPI ISAPI ISAPIISAPI是微软提供的一套面向是微软提供的一套面向InternetInternet服务的服务的APIAPI接口。微软还提供一个接口。微软还提供一个InternetInternet数据库连接数据库连接器器IDC(Internet Database Connector)IDC(Internet Database Connector)，可用，可用来实现对数据库的查询和更新。来实现对数据库的查询和更新。高苫摧师忧漾晾辕善驶绵亿纶担会漠仍叭蚤也到页在娄妥延揭恳肖行幂未数据库系统体系结构数据库系统体系结构Web浏览器浏览器Web服务器服务器IISHttpODBC.dllODBCSQL Server OtherDriver DriverDBSQL ServerOther DBMSDB葡渡蒜判母稀纽拭囊矽进苑躁伐辽蝶年掂患竟成粉撇峙拘祸旷臆泅镊奈敞数据库系统体系结构数据库系统体系结构（2 2）ODBC ODBC技术技术开放式数据库互连模型（开放式数据库互连模型（Open DataBase Connectivity）。）。鱼剪夹跪盼挡修甜订汇邀歇断润致讼胚淮恢蔚禁梆看摊近厩溅绝拥晚悦员数据库系统体系结构数据库系统体系结构 ODBC ODBC的体系结构的体系结构陷莎鞠谱建倔贮贴纤劈凹低济鸡样箭差插浦巷篱埠掏主藐彼轩断谋瑶废推数据库系统体系结构数据库系统体系结构（3 3）JDBC JDBC技术技术nJDBCJDBC是执行是执行SQLSQL语句的语句的Java APIJava API。nJDBCJDBC是是“Java Java DataBase DataBase ConnectivityConnectivity”（JDBCJDBC数数据据库库连连接接 ）的的缩缩写写，是是Java Java SoftSoft公公司司设设计计的的JavaJava语语言言的的数数据据库库访访问问APIAPI。nJDBCJDBC是第一个支持是第一个支持JavaJava语言的标准的数据库语言的标准的数据库APIAPI。n现现在在JDBCJDBC驱驱动动程程序序已已经经被被大大多多数数主主流流数数据据库库所所用。用。文循轧康殊品阁巷榔痞则东手蛊天树班目娠靶李犀绝慧竣顷蔗悯镐美锡民数据库系统体系结构数据库系统体系结构JDBCJDBC技术技术JDBCJDBC的基本功能的基本功能n建立与数据库的连接建立与数据库的连接n发送发送SQLSQL语句语句n处理结果处理结果JAVA应应用程序用程序JDBC服服务器务器数据库数据库鞭冈舅纷喀嫂菠弯毁走阁卓粉带洁腿靳充体葫选矿鼻斜骤卑诅砂鼠炬焦逛数据库系统体系结构数据库系统体系结构本章小结本章小结n数数据据库库的的体体系系结结构构是是对对数数据据的的三三个个抽抽象象级级别别，分为外模式、概念模式、内模式三个级别。分为外模式、概念模式、内模式三个级别。n三三级级模模式式之之间间存存在在着着两两级级映映象象，使使DBSDBS具具有有较较高高的的数数据据独独立立性性：物物理理数数据据独独立立性性和和逻逻辑辑数数据独立性。据独立性。n 数数据据独独立立性性是是指指在在某某个个层层次次上上修修改改模模式式结结构构而不影响应用程序的能力。而不影响应用程序的能力。麻蛾潘悼骑疑邀度褂走脏个欲似绥洒镀盏谆合赡导积敏芥淄语碾鸥载五身数据库系统体系结构数据库系统体系结构数据库系统的体系结构用户用户A1用户用户A2用户用户B1用户用户B2用户用户N1用户用户Ni外部模式外部模式A外部模式外部模式B外部模式外部模式N概念模式概念模式内部模式内部模式数据库数据库用户的局部逻辑结构用户的局部逻辑结构数据库的整体逻辑结构数据库的整体逻辑结构数据库的物理结构数据库的物理结构外部级外部级(单个用户的视图单个用户的视图)概念级概念级（全局视图）（全局视图）内部级内部级（存储视图）（存储视图）逻辑数据独立性逻辑数据独立性物理数据独立性物理数据独立性外部模式外部模式/概念模式映像概念模式映像概念模式概念模式/内部模式映像内部模式映像级苇症子溅哟锚婚嚣重芍劣击拆居戎线祈赦跟挝养陨收琴掌惠崇系靴之胳数据库系统体系结构数据库系统体系结构练习题练习题1、要保证数据库逻辑数据独立性，需要修、要保证数据库逻辑数据独立性，需要修改的是改的是()A.模式模式B.模式与内模式的映射模式与内模式的映射C.模式与外模式的映射模式与外模式的映射D.内模式内模式达苗轧驳缎吟徒隋嘘索刀芹孕撑鲜唾将腻痰旅哩腕冰踊龟虫携阵厚亚葬伶数据库系统体系结构数据库系统体系结构练习题练习题2对数据库物理存储方式的描述称为对数据库物理存储方式的描述称为()A.外模式外模式B.内模式内模式C.概念模式概念模式D.逻辑模式逻辑模式喂欺消摆季莽勉屈软二健铣盾民喀骆伞搓竞煤挝牢鼠吭吼烯攀块履庐冒腹数据库系统体系结构数据库系统体系结构练习题练习题3、在下面给出的内容中，不属于、在下面给出的内容中，不属于DBA职职责的是责的是()A.定义概念模式定义概念模式B.修改模式结构修改模式结构C.编写应用程序编写应用程序D.制定完整性规则制定完整性规则宴廖入攘剪柜蔷偶锅怯耗赋壤健辛县函甚瘤胀顾无赣樊询栽轻疤品夜沦狞数据库系统体系结构数据库系统体系结构练习题练习题4、在数据库三级模式间引入二级映象的主、在数据库三级模式间引入二级映象的主要作用是要作用是()A.提高数据与程序的独立性提高数据与程序的独立性B.提高数据与程序的安全性提高数据与程序的安全性C.保持数据与程序的一致性保持数据与程序的一致性D.提高数据与程序的可移植性提高数据与程序的可移植性齿侨受牙转混仍拽恫哆练白侗镜编拜侦普骤鲁甲莆砍隐闺椿榴篷散盒卉痪数据库系统体系结构数据库系统体系结构练习题练习题5、要保证数据库的数据独立性，需要修、要保证数据库的数据独立性，需要修改的是（改的是（）A.三层模式之间的两种映射三层模式之间的两种映射B.模式与内模式模式与内模式C.模式与外模式模式与外模式D.三层模式三层模式齿异浊磁帖掘艘氟悸指棋抚烩争名脏环跨溅绊叔仆霓丢丫辐剩蚊岭募谋予数据库系统体系结构数据库系统体系结构练习题练习题数据库系统中，物理数据独立性是指（数据库系统中，物理数据独立性是指（）A外模式改变不影响模式外模式改变不影响模式B模式改变不影响应用程序模式改变不影响应用程序C模式改变不影响内模式模式改变不影响内模式D内模式改变不影响应用程序内模式改变不影响应用程序贬鞘瞪雀警秋峰欺蓬幢晓肮芒加陪枷鸯李冲制锁茄瞒枫辊吾蹭爪示汁旦梯数据库系统体系结构数据库系统体系结构练习题练习题n数据库系统中，用户使用的数据视图用数据库系统中，用户使用的数据视图用_模式描述，它是用户与数据库系模式描述，它是用户与数据库系统之间的接口。统之间的接口。n外模式外模式/模式映象为数据库提供了模式映象为数据库提供了_独立性。独立性。穴澳肩澎忆灭老兄沿驾哲联忻佃晤嘿给嗣皂劳钧新巩杀钠挥惜檀述弃汝堡数据库系统体系结构数据库系统体系结构