数据库系统体系结构
数据库的结构层次
数据库的结构层次一、概述数据库是指存储、管理和组织数据的系统，它用于有效地存储和检索数据。
在数据库中，数据以结构化的方式进行组织和存储，以便用户可以方便地访问和管理数据。
数据库的结构层次是指在数据库系统中，数据的组织和管理方式按照一定的层次结构进行划分和管理。
本文将从底层到顶层，介绍数据库的结构层次。
二、物理层物理层是数据库结构的最底层，它定义了数据在物理存储介质上的存储方式和组织结构。
物理层的主要任务是将逻辑层的数据映射到磁盘上，并提供数据的存储和访问接口。
在物理层中，数据以文件和页的形式进行存储，数据库管理系统通过文件系统来管理这些文件和页。
三、存储层存储层是数据库结构的中间层，它定义了数据在内存中的存储方式和组织结构。
存储层的主要任务是将物理层的数据加载到内存中，并提供数据的读写接口。
在存储层中，数据以数据块的形式进行存储，每个数据块包含一定数量的数据记录。
数据库管理系统通过缓冲区管理器来管理这些数据块，以提高数据的访问效率。
四、逻辑层逻辑层是数据库结构的中间层，它定义了数据的逻辑结构和组织方式。
逻辑层的主要任务是将存储层的数据组织成表、视图、索引等逻辑结构，并提供数据的查询和操作接口。
在逻辑层中，数据以表的形式进行组织，表由多个字段组成，每个字段存储一个数据项。
数据库管理系统通过查询处理器来解析和执行用户的查询请求，以获取所需的数据。
五、模式层模式层是数据库结构的中间层，它定义了数据的整体结构和组织方式。
模式层的主要任务是将逻辑层的数据组织成模式，模式是数据库的逻辑结构的描述，它定义了表、视图、索引等逻辑结构之间的关系。
在模式层中，数据以模式的形式进行组织，模式包含了数据库的所有表、视图、索引等逻辑结构的定义。
数据库管理系统通过数据字典来管理和维护模式的信息。
六、外部层外部层是数据库结构的最顶层，它定义了用户对数据库的视图和访问权限。
外部层的主要任务是将模式层的数据组织成用户的视图，视图是用户对数据库的数据的逻辑表示。
描述oracle数据库体系结构的组成及其关系。
描述oracle数据库体系结构的组成及其关系。
Oracle数据库体系结构由以下几个部分组成：1. 实例（Instance）：实例是在计算机内存中运行的一个进程，负责管理数据库的操作。
每个实例都有自己的内存空间和进程，可以同时运行多个实例。
2. 数据库（Database）：数据库是一个存储数据的容器，包含了表、视图、索引等对象。
一个实例可以管理多个数据库，每个数据库由一个或多个数据文件组成。
3. 数据文件（Data File）：数据文件是用来存储数据库的实际数据的文件，包含了表、索引等对象的数据。
一个数据库可以有多个数据文件，每个数据文件具有独立的文件名和路径。
4. 控制文件（Control File）：控制文件是用来记录数据库的结构和状态信息的文件，包括数据库名、数据文件的路径、表空间的信息等。
一个数据库通常有一个或多个控制文件。
5. 日志文件（Redo Log File）：日志文件是用来记录数据库的变化操作的文件，包括数据更改、事务回滚等。
日志文件用于实现数据库的恢复和数据的一致性。
每个数据库通常有多个日志文件。
6. 表空间（Tablespace）：表空间是数据库中逻辑数据存储的单位，用来管理和组织对象。
每个表空间由一个或多个数据文件组成，不同表空间可以包含不同的数据对象。
7. 段（Segment）：段是逻辑存储结构的基本单位，是指数据库中的一个连续空间。
每个表、索引等对象都占用一个或多个段。
8. 区（Extent）：区是段的扩展单位，是一组连续的数据块。
一个段由多个区组成。
9. 块（Data Block）：块是数据库存储的最小单位，通常是8KB大小。
每个数据文件由多个块组成。
以上组成部分之间的关系如下：- 实例与数据库：一个实例可以管理多个数据库，每个数据库都有自己的实例。
- 数据库与数据文件：一个数据库可以由一个或多个数据文件组成，每个数据文件存储数据库的实际数据。
- 实例与控制文件：一个实例通常有一个或多个控制文件，控制文件记录了数据库的结构和状态信息。
五种主流数据库体系结构
五种主流数据库体系结构
数据库体系结构是指数据库系统中各个组成部分的结构和相互
关系。
主流的数据库体系结构包括层次式、网络式、关系式、面向
对象式和NoSQL数据库。
首先，层次式数据库体系结构是最早期的数据库结构之一，它
使用树形结构来组织数据，其中每个子节点都只有一个父节点。
这
种结构的优点是检索速度快，但缺点是不够灵活，难以适应复杂的
数据关系。
其次，网络式数据库体系结构是在层次式结构的基础上发展而来，它允许一个子节点有多个父节点，这样可以更好地表示实际世
界中的复杂关系。
但是，网络式数据库的复杂性和可维护性较差。
第三种是关系式数据库体系结构，它使用表格来组织数据，表
格之间通过外键建立关联。
这种结构的优点是数据之间的关系清晰，易于理解和维护，而且支持丰富的查询操作。
目前，关系式数据库
是应用最广泛的数据库模型之一。
第四种是面向对象式数据库体系结构，它将数据组织为对象，
每个对象包含数据和对数据的操作。
这种结构适合于面向对象的编程语言，能够更好地表示现实世界中的复杂结构和关系。
最后，NoSQL数据库体系结构是近年来兴起的一种新型数据库模型，它放弃了传统数据库的表格和SQL查询，而是采用键值对、文档、列族等非关系型的数据存储方式。
NoSQL数据库适用于大数据和分布式存储场景，能够提供高性能和可伸缩性。
综上所述，这五种主流数据库体系结构各有优缺点，应根据具体的应用场景和需求来选择合适的数据库体系结构。
简述数据库系统的体系结构特点
简述数据库系统的体系结构特点
数据库系统的体系结构一般被分为三级，即外层的用户层、中间的应用程序层和内层的数据库管理系统层。
这三层之间通过接口进行通信和交互，协同完成数据库系统的各项任务。
2. 数据库系统是一个客户/服务器架构
数据库系统是基于客户/服务器架构的，其中客户端和服务器端通过网络进行通信。
客户端向服务器端发送请求，服务器端将请求处理后返回结果给客户端。
3. 数据库系统是一个分布式系统
数据库系统将数据库分布在多台计算机上，这些计算机通过网络连接起来，协同工作，提供服务。
分布式系统可以提高数据库系统的可用性、可扩展性和性能。
4. 数据库系统是一个模块化系统
数据库系统由多个模块组成，每个模块负责不同的任务。
模块之间通过接口进行通信和交互，实现数据库系统的各项功能。
5. 数据库系统是一个高度安全的系统
数据库系统的数据具有高度的机密性和安全性，需要采用多种安全措施来保护数据的安全。
这些措施包括访问控制、数据加密、备份和恢复等。
- 1 -。
数据库系统的体系结构
数据库系统的体系结构数据库系统的体系结构数据库系统是由多个组成部分构成的复杂系统，其中最重要的组成部分是数据库管理系统（DBMS），它是整个数据库系统的核心。
数据库管理系统负责管理数据存储、数据访问和数据操作等任务，因此，它的体系结构对整个数据库系统的性能和可靠性有着至关重要的影响。
一、三层模式体系结构三层模式体系结构是最常见的数据库管理系统体系结构之一，它将整个数据库管理系统划分为三层，分别是外模式层、概念模式层和内模式层。
1. 外模式层外模式层也称为用户视图层或用户接口层，它是用户与数据库之间交互的界面。
每个用户都可以定义自己所需的外部视图，并通过这些视图来访问和操作数据库中存储的数据。
外部视图可以隐藏底层数据结构和逻辑实现细节，使得用户能够以更加简单、直观、方便的方式使用和管理数据。
2. 概念模式层概念模式层也称为全局逻辑模型或全局概念模型，它描述了整个数据库中所有数据对象及其之间关系的逻辑结构。
概念模式层是数据库设计的核心，它包括了实体、属性和关系等概念，并通过ER图等方式来表示和描述。
概念模式层对外部视图提供了一个稳定、一致、简洁的逻辑结构，使得用户能够更加清晰地理解和操作数据库中的数据。
3. 内模式层内模式层也称为存储模式层或物理模型层，它描述了数据在存储介质上的组织方式和存储结构。
内模式层是数据库管理系统的最底层，它与底层操作系统直接交互，并负责管理磁盘空间、数据缓存、索引等任务。
内模式层提供了对物理存储细节的抽象，使得DBMS能够更加高效地管理数据。
二、客户端/服务器体系结构客户端/服务器体系结构是一种分布式计算架构，它将整个数据库系统划分为两个部分：客户端和服务器端。
1. 客户端客户端是指用户使用的计算机，在这里用户可以通过安装相应的客户端软件来连接到远程服务器，并通过这个软件向远程服务器发送请求以获取所需数据。
客户端通常具有较低的计算能力和存储能力，但却具有更好的交互性和易用性。
数据库系统的体系结构
物理上分布，逻辑上集中
应用1 用户接口 词法及语法分析 查询分解和优化 分布式事务管理 并发控制 恢复 局 部 DBMS 节点 k 数据目录 应用n
通信管理
计算机网络 节点 I 节点 j
4）并行式DBS(Parallel DBS)
现在数据库的数据量急剧提高，巨型数据库的容量已达到 “太拉”级(1太拉为1012，记作T)，此时要求事务处理速度极 快，每秒达数千个事务才能胜任系统运行。集中式和C/S式 DBS都不能应付这种环境。并行计算机系统能解决这个问题。 并行系统使用多个CPU和多个磁盘进行并行操作，提高数据 处理和I/O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。 在大规模并行系统中，CPU不是几个，而是数千个。即使在 商用并行系统中，CPU也可达数百个。
数据库
3.1.3 数据库的抽象层次
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。 它是数据库中最里面的一个层次，是物理存储设备上实际存储 着的数据集合。
2）概念数据库
以概念模式为框架的数据库称为概念数据库。 它是数据库结构中的一个中间层次，是数据库的整体逻辑表示， 它描述了每一个数据的逻辑定义及数据间的逻辑联系。
DBA的主要职责有：
参与数据库系统的设计与建立。 对系统的运行实行监控。 定义数据的安全性要求和完整性约束条件。 负责数据库性能的改进和数据库的重组及重构工作。
3.2.2 DBS的全局结构
终端用户 应用程序员 专业用户 DBA 用户 应用界面 应用程序 查询 数据库模式 查 询 式DML 式 程序 查询 程序 DML DDL 处 理 器 数 据 库 存 储 管 理 器 管 理 系 统 界面
第3章 数据库系统的体系结构
简述数据库系统的组成
简述数据库系统的组成数据库系统是相当重要的东西，它是由若干个用于管理和存储数据的各种技术所构成的系统，能够满足现代信息系统的数据处理和管理需求，它提供了一个可靠的数据管理系统，具有良好的可扩展性和可重复使用性。
数据库系统由三部分组成，包括数据库管理系统、数据库结构和数据库应用程序。
首先，数据库管理系统（DBMS）是用于管理数据库的软件系统，它可以实现数据库操作、数据安全、数据恢复及数据管理等功能。
此外，它也负责应用程序的安装和维护、数据库的定义和初始化等，从而使用户能够方便的管理和操作数据库。
其次，数据库结构是指数据库中数据的组织形式，是由表、字段、数据类型、索引等构成的结构，它承载着数据的存储和检索，控制数据的组织方式，使其在数据库中获得有效地管理。
最后，数据库应用程序是一种定义访问数据库的程序，它是用户按照特定的规则编写的，它们可以在数据库上执行一系列操作，以满足具体需求。
它对数据库进行抽象，用户无需知道其数据库内部结构，可以轻松地完成增加、删除、修改和查询数据库中的数据。
以上三部分构成了数据库系统的基本结构。
数据库管理系统有定义数据库，控制数据库结构，实现数据检索等功能；数据库结构可以建立数据库的层次，将数据进行分层，以便于管理和查询；而数据库应用程序是用户必须要使用的，它使数据库管理系统在用户中可以执行操作，而不用拘泥于本身的语言。
因此，数据库系统有良好的可扩展性和可重复使用性，并可以满足客户的不同需求。
然而，也有一些问题需要注意，包括数据安全性、数据库系统的复杂性和灵活性等。
只有恰当考虑这些问题，才能使数据库系统安全有效地运行。
总之，数据库系统包括数据库管理系统、数据库结构以及数据库应用程序，它们紧密地结合在一起，实现了对数据的有效管理。
此外，它也有一些问题，必须通过安全有效的措施来解决。
数据库系统由哪几部分组成
数据库系统（Database System），是由数据库及其管理软件组成的系统。
数据库系统是为适应数据处理的需要而发展起来的一种较为理想的数据处理系统，也是一个为实际可运行的存储、维护和应用系统提供数据的软件系统，是存储介质、处理对象和管理系统的集合体。
数据库系统一般由4个部分组成：（1）数据库（database，DB）是指长期存储在计算机内的，有组织，可共享的数据的集合。
数据库中的数据按一定的数学模型组织、描述和存储，具有较小的冗余，较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。
（2）硬件：构成计算机系统的各种物理设备，包括存储所需的外部设备。
硬件的配置应满足整个数据库系统的需要。
（3）软件：包括操作系统、数据库管理系统及应用程序。
数据库管理系统（database management system，DBMS）是数据库系统的核心软件，是在操作系统的支持下工作，解决如何科学地组织和存储数据，如何高效获取和维护数据的系统软件。
其主要功能包括：数据定义功能、数据操纵功能、数据库的运行管理和数据库的建立与维护。
（4）人员：主要有4类。
第一类为系统分析员和数据库设计人员：系统分析员负责应用系统的需求分析和规范说明，他们和用户及数据库管理员一起确定系统的硬件配置，并参与数据库系统的概要设计。
数据库设计人员负责数据库中数据的确定、数据库各级模式的设计。
第二类为应用程序员，负责编写使用数据库的应用程序。
这些应用程序可对数据进行检索、建立、删除或修改。
第三类为最终用户，他们利用系统的接口或查询语言访问数据库。
第四类用户是数据库管理员（data base administrator，DBA），负责数据库的总体信息控制。
DBA的具体职责包括：具体数据库中的信息内容和结构，决定数据库的存储结构和存取策略，定义数据库的安全性要求和完整性约束条件，监控数据库的使用和运行，负责数据库的性能改进、数据库的重组和重构，以提高系统的性能。
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练习题
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 系统之间的接口。
外模式/模式映象为数据库提供了 ___________独立性。
A.提高数据与程序的独立性 B.提高数据与程序的安全性 C.保持数据与程序的一致性 D.提高数据与程序的可移植性
练习题
5、要保证数据库的数据独立性，需要修 改的是（ ）
A.三层模式之间的两种映射 B.模式与内模式 C.模式与外模式 D.三层模式
练习题
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 B．模式改变不影响应用程序 C．模式改变不影响内模式 D．内模式改变不影响应用程序
并行系统使用多个CPU和多个磁盘进行并行操作，提高数据 处理和I/O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。 在大规模并行系统中，CPU不是几个，而是数千个。即使在 商用并行系统中，CPU也可达数百个。
3.3 DBMS的主要功能
1）数据库定义 外部模式、概念模式、内部模式及模式间映 像的定义、数据库完整性定义
3.2 数据库系统（DBS）
3.2.1 DBS的组成 3.2.2 DBS的全局结构 3.2.3 DBS结构的分类
3.2.1 DBS的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ成
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、数据库的软／硬件支撑 环境、数据库管理员等部分构成。
终端用户 应用程序员 专业用户
应用界面
应用程序
概念模式
物理数据独立性
内部模式
1）两级映像
（1）外部模式／概念模式映像 外部模式／概念模式映像定义了各个外部模式 与概念模式间的映像关系。 这些映像定义通常在各自的外部模式中加以描 述。
1）两级映像（续）
（2）概念模式／内部模式映像 概念模式／内部模式映像定义了数据库全局逻辑 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。
（JDBC数据库连接 ）的缩写，是Java Soft公 司设计的Java语言的数据库访问API。 JDBC是第一个支持Java语言的标准的数据库 API。 现在JDBC驱动程序已经被大多数主流数据库所 用。
JDBC技术
JAVA应 用程序
JDBC服 务器
JDBC的基本功能 建立与数据库的连接 发送SQL语句 处理结果
2）数据库的操作功能:插入、删除、修改、查询 3）数据库的控制功能：数据库完整性检查、安
全性控制、并发控制、数据库恢复
Client/Server结构中数据库服务器的优点
(1)提高了应用开发生产率 客户机上的应用程序无须编写数据管理程序，
减少了软件开发量，提高了应用开发效率。 (2）提供了可靠的数据安全性
3）内部模式(Internal Schema)
定义： 内部模式（也称存储模式，内模式）是对数据库中
数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库 内部的表示形式。 内部模式定义了所有内部记录类型、索引和文件的 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： ➢ 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）。 ➢ 记录放置。 ➢ 数据压缩和数据加密技术。
数据库
本章小结
数据库的体系结构是对数据的三个抽象级别， 分为外模式、概念模式、内模式三个级别。
三级模式之间存在着两级映象，使DBS具有较 高的数据独立性：物理数据独立性和逻辑数 据独立性。
数据独立性是指在某个层次上修改模式结构 而不影响应用程序的能力。
数据库系统的体系结构
用户A1
用户A2
用户B2
HttpODBC.dl l
DB
SQL
Server
ODBC
SQL Server Other Driver Driver
Other
DB
DBMS
（2） ODBC技术
开放式数据库互连模型（Open DataBase Connectivity）。
ODBC的体系结构
（3） JDBC技术
JDBC是执行SQL语句的Java API。 JDBC 是 “ Java DataBase Connectivity”
3.1 数据库的体系结构
3.1.1 三级模式结构 3.1.2 两级映像和两级数据独立性
3.1.1 三级模式结构
用户A1 用户A2
用户B2
用户B1
用户N1 … 用户Ni
外部级
外部模式
(单个用户的视 A
图)
概念级 （全局视图
）
内部级 （存储视
图）
外部模式 B
… 外部模式 N
用户的局部逻辑 结构
概念模式 内部模式
Server API)
Microsoft公司的ISAPI
ISAPI是微软提供的一套面向Internet服务的 API接口。微软还提供一个Internet数据库连接 器IDC(Internet Database Connector)，可用 来实现对数据库的查询和更新。
Web浏览器
Web服务器 IIS
2）外部模式(External Schema)
定义：外部模式（也称子模式或用户模式）是用 户观念下局部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）能够看见和使 用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。
设置外部模式有如下优点： 方便用户使用，简化了用户接口。 保证数据的独立性。 有利于数据共享。 有利于数据安全和保密。
第3章 数据库系统的体系结构
本章主要内容
本章主要讨论数据库系统的三级模式结构、 DBMS、客户／服务器结构、基于Web的数 据库系统等内容。
数据库系统的体系结构
3.1 数据库的体系结构 3.2 数据库系统（DBS） 3.3 数据库管理系统（DBMS） 3.4 DBMS的系统结构 3.5 几种典型结构的DBMS 本章小结
3.5.2 基于Web的数据库系统
（2）将应用程序下载到客户端，并在客户端直接访问 数据库
客户浏览器
客户端应用 Java Applet
ActiveX
Internet
数据库 服务器
（1）应用编程接口API
API是驻留在Web服务器中的程序代码， 每次调用时在内存中运行相应的程序段。
目前主要的Web API： Microsoft 公 司 的 ISAPI (Internet
用户在授权范围内使用数据库服务器和数据库 中的数据。 (3)保证数据库的可靠性
3.5.2 基于Web的数据库系统
1）基于Web的数据库系统的体系结构 （B/S/S）
(1)在Web服务器端提供中间件来连接Web服务器 和数据库服务器
客户 端
浏览 器
Intern et
Web 服务
器
数据
中间
库
件
服务 器
DDBS的数据具有“逻辑整体性”特点，分布在各地的数据 逻辑上是一个整体，用户使用起来如同一个集中式DBS。 这是DDBS与非分布式DBS的主要区别。
4）并行式DBS(Parallel DBS)
现在数据库的数据量急剧提高，巨型数据库的容量已达到 “太拉”级(1太拉为1024GB，记作T)，此时要求事务处理速 度极快，每秒达数千个事务才能胜任系统运行。集中式和C/S 式DBS都不能应付这种环境。并行计算机系统能解决这个问题。
查询
3.2.2 DBS 的全 局结 构
程序目标 代码
事务 管理器
权限和完整性 管理器
嵌入式DML 预编译器
查询运行 核心程序
缓冲区
管理器
文件 管理器
DML 编译器
DBA
用
户
数据库模式
界
面
DDL 编译器
查
询
处
理 器
数 据
(DBMS)
库
管
存 储
理
管
系
理
统
器
索引
统计数据
数据文件
日志
数据字典
器磁 盘 存 储
A.模式 B. C.模式与外模式的映射 D.
练习题
2．对数据库物理存储方式的描述称为( )
A.外模式
B.内模式
C.概念模式 D.逻辑模式
练习题
3、在下面给出的内容中，不属于DBA职 责的是( )
A.定义概念模式 B.修改模式结构 C.编写应用程序 D.制定完整性规则
练习题
4、在数据库三级模式间引入二级映象的 主要作用是( )
用户B1
用户N1 … 用户Ni
外部级 (单个用户的视图)
外部模式A
外部模式/概念模式映像
概念级
（全局视图）
概念模式/内部模式映像
内部级 （存储视图）
外部模式B 概念模式 内部模式
… 外部模式N 用户的局部逻辑结构
逻辑数据独立性
数据库的整体逻辑结构
物理数据独立性
数据库的物理结构
数据库
练习题
1、要保证数据库逻辑数据独立性，需要 修改的是( )
数据库
数据库的整体逻辑结 构
数据库的物理结 构
1）概念模式（Conceptual Schema）
定义：概念模式（简称模式，也称逻辑模式）是对 数据库全局逻辑结构的描述，是数据库所有用户的 公共数据视图。
概念模式描述： 所有实体、实体的属性和实体间的联系。 数据的约束。 数据的语义信息。 安全性和完整性信息。
3.2.3 DBS结构的分类
1）集中式DBS 2）客户机／服务器式DBS 3）分布式DBS 4）并行式DBS(Parallel DBS)
1）集中式DBS
如果DBS运行在单个计算机系统中，并与其 他的计算机系统没有联系，这种DBS称为集 中式DBS。
2）客户机／服务器式DBS