数据库管理系统介绍

数据库管理系统（DBMS）介绍

DBMS是管理数据库的计算机系统软件，它是数据库系统的核心组成部分。数据库应用系统（Database Application System）则是使用DBMS提供的各种工具进行数据管理的系统。数据库应用系统必须通过DBMS访问数据库。DBMS不仅承担执行各种应用程序对数据库中数据的操作指令，还要承担数据库的维护、控制工作，以保证数据库的安全性和完整性。

1.DBMS的工作模式

在数据库系统中，当一个应用程序或用户需要存取数据库中的数据时，应用程序、DBMS、操作系统和计算机硬件等各方面必须协同工作，共同完成数据的处理任务。在这个复杂的运行过程中，DBMS起着指挥调度的作用。

一个应用程序通过DBMS从数据库中访问一个数据需要经过以下步骤：

(1)用户通过应用程序中的某条数据操纵语句向DBMS发出从数据库中访问数据记录的命令；

(2)DBMS接收到命令后，对该命令进行分析，并从数据字典中调出应用程序对应的子模式，检查该操作是否在授权范围内，以决定是否执行该命令；

(3)执行该命令后，DBMS调出相应的概念模式描述，依据子模式/模式映像的定义，确定应读入模式中的记录；

(4)DBMS调出相应的内模式描述，依据模式/外模式映像的定义，决定应从哪个文件、用什么存取方式、读入哪些物理记录；

(5)DBMS向操作系统发出从指定地址读取物理记录的命令；

(6)操作系统执行读数据的相关操作；

(7)DBMS待操作系统读操作结束后，将读入缓冲区中的数据转换为概念记录、外部记录；

(8)DBMS将数据记录从系统缓冲区传送到应用程序的变量区；

(9)DBMS向运行日志写信息；

(10)DBMS向应用程序返回命令执行情况的状态信息；

(11)应用程序根据返回的状态信息决定是否使用程序变量区中的数据；

(12)将处理结果返回给用户。

从以上DBMS的工作模式可以看出其在数据库系统中的重要作用。

2.DBMS的主要功能

DBMS使数据易于为各种不同的用户所共享，增进了数据的安全性、完整性和可用性，并提供了数据高度的独立性。一般来说，一个完整的DBMS至少要具有以下功能：

(1)数据库定义功能

DBMS通过提供数据定义语言（Data Definition Language，DDL）来定义数据库的结构，包括模式、外模式、内模式及其相互之间的映像，定义数据的完整性约束、保密限制等约束条件，定义工作是由数据库管理员完成的。因此在DBMS中包括了DDL的编译程序，它把用DDL编写的各种源模式编译成相应的目标模式。这些目标模式是对数据库的描述，而不是数据本身，它们是数据库的框架（即结构），并被保存在数据字典中，供以后进行数据操纵或数据控制时查阅使用。

(2)数据库操纵功能

DBMS通过提供数据操纵语言（Data Manipulation Language，DML）来实现对数据库的操作。基本的数据操作包括检索、插入、删除和修改。DBMS提供两类DML：一类是嵌入在宿主语言（如COBOL、FORTRAN、C等）中使用，这类DML称为宿主型DML；另一类是可以独立交互使用的DML，称为自主型或自含型DML。目前流行的DBMS都支持这两类DML。

(3)数据库运行控制功能

DBMS对数据库的控制主要通过数据安全性控制、数据完整性控制、多用户环境下的并发控制、数据库的恢复机制4个方面实现。

①数据安全性控制。数据库安全性的控制是对数据库的一种保护，它的作用是防止未

被授权的用户存取数据库中的数据。需要使用数据的用户，首先由DBMS检验身份，然后系统确定用户是否可以对指定的数据进行存取。

②数据完整性控制。数据完整性控制是DBMS对数据库提供保护的另一个重要方面。完整性是数据的准确性和一致性的测度。当数据加入到数据库时，对数据的合法性和一致性的检验将会提高数据的完整性程度。完整性控制的目的是保证存储在数据库中的数据其语义的正确性和有效性，防止任何操作对数据造成违反其语义的改变。因此，DBMS允许对数据库中各类数据定义若干语义完整性约束，并由DBMS强制实行。

③并发控制。数据库技术的其中一个特点是实现数据的共享性，但多个应用程序同时对数据库进行操作可能会破坏数据的正确性，或者在数据库内存储了错误的数据，或者用户读取了不正确的数据（称为脏数据）。并发控制机构能有效地防止上述情况发生，正确处理好多用户、多任务环境下的并发操作，保证数据的一致性。

④数据库的恢复机制。由于计算机系统中硬件故障、软件错误、操作失误或恶意破坏，建立后的数据库在使用过程中会不可避免地遭到破坏，从而影响数据库中数据的正确性，甚至会使数据库中全部或部分数据丢失。此时DBMS的恢复机制就有能力把数据库从被破坏的、不正确的状态，恢复至最近某个正确的状态。为了保证恢复工作的正常进行，系统需要经常为数据库建立若干备份副本（一般放在磁盘上）。

(4)数据库维护功能

数据库的维护包括数据的装载、转换、转储、数据库的重构、数据字典和运行日志的自动维护及性能监视分析等功能。这些功能分别由各个实用程序来完成。

3.DBMS的组成

作为一个庞大的系统软件，DBMS是由许多“系统程序”组成的一个集合。这些“系统程序”分别实现DBMS的各种功能。按程序实现的功能，DBMS可以分为以下几个主要的程序功能模块：

(1)数据库语言处理程序

①模式描述语言的翻译程序。把各级源模式翻译成机器可读的各级目标模式。

②数据操纵语言处理程序。将应用程序中的DML语句转换成可执行程序。

③终端命令解释程序。解释终端命令的意义，决定操作的执行过程。

④数据库控制命令解释程序。解释每个控制命令的含义，决定如何执行。

(2)系统运行控制程序

①系统总控程序。控制DBMS各个程序协调工作。

②访问控制程序。用于检查用户合法性。

③并发控制程序。在多个用户同时访问数据库时，协调各用户的访问。

④数据完整性控制程序。在执行操作前后，核对数据完整性约束条件，决定是否执行操作。

⑤保密控制程序。实现对数据库数据安全的保密控制。

⑥通信控制程序。实现用户程序与DBMS之间的通信。

(3)系统建立与维护程序

①数据装入程序。将原始数据按照某种文件组织形式存储到外存储器上，完成数据库的装载。

②数据库重构程序。当数据库性能变差时（如查询速度变慢）需要重新组织数据库，可按照原组织方法重新装入数据，也可以采用新方法、新结构。

③工作日志程序。记载对数据库的操作，包括用户名、进入系统时间、数据操作、数据改变前后的状况。

④性能监视程序。监视用户操作的执行时间与数据存储空间的占用情况，给出系统性能估算，以决定数据库是否需要重新组织。

⑤数据库系统恢复程序。当软件或硬件设备遭到破坏时，把数据库恢复到可用状态。