数据库系统体系结构
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。
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数据库原理及应用课件教学配套课件胡孔法第03章数据库系统的体系结构
查询分解和优化
数据目录
分布式事务管理
并发控制
恢复
局部DBMS
通信管理
节点 k
节点 I
计算机网络
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。
DDBS的数据具有“分布性”特点，数据在物理上分布在各个 场地。这是DDBS与集中式DBS的最大区别。
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。
物理上分布，逻辑上集中
应用1
应用n
用户接口
词法及语法分析
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
3.1 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 3.1.3 数据库的抽象层次 3.1.4 数据模式与数据模型的关系
（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。
2）两级数据独立性
定义：数据独立性是指应用程序和数据库的数据结构 之间相互独立，不受影响。 数据独立性又分为: （1）逻辑数据独立性
逻辑数据独立性指的是外部模式不受概念模式变化的影响。
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。
数据库三级模式体系结构
数据库三级模式体系结构数据库的三级模式体系结构，听上去可能有点高大上，但其实不难理解。
你可以把它想象成一个家庭，每个家庭成员都有不同的职责和权限，而整个家族又是紧密联系的。
就像你在家里，不同的成员有不同的工作，有的人负责做饭，有的人负责洗碗，有的人负责打扫卫生，但大家都在一个屋檐下和谐共处。
数据库的三级模式体系结构，恰好就是这种“分工明确，合作无间”的关系。
得说说这个三级模式的结构，它一共分为三个层次：外部模式、概念模式和内部模式。
你可以把它们理解为不同的视角，外部模式是从用户的角度来看，概念模式是从数据库管理员（DBA）的角度来看，内部模式则是从计算机的角度来看。
外部模式就像你看待家里的布置，可能只关心客厅的沙发舒服不舒服，卧室的床好不好睡。
而概念模式呢，就像家里的整体规划，设计师把房子怎么划分、哪些功能区放在哪里考虑清楚了，至于沙发放哪里、床放哪里那是后话。
而内部模式嘛，简单来说，就是你家里装修的具体实现，比如每个房间的墙壁是什么材质的、铺的什么地板，甚至电线布得怎样，这些事你不一定了解，但它们都关乎房子的“底层构造”。
说到这里，可能有的小伙伴已经觉得有点头大，哈哈，不过别急，我慢慢给你解释清楚。
先聊聊外部模式，外部模式是与用户直接接触的。
用户怎么用数据库，就像你在家里使用厨房、客厅的各种设施。
比如一个财务人员关心的是工资表、发票的记录，数据库的其他信息他不一定要知道。
所以外部模式就提供了一个符合用户需求的视图，让他们方便地查询和操作数据，就像你只需要知道厨房里有锅、有刀、有食材，而不需要了解厨房里的水管、排气扇怎么设计的。
再来说说概念模式，概念模式可以看作是数据库的“设计蓝图”。
它像是家里的建筑设计师，规划整个家庭结构，决定每个房间的位置、大小以及使用功能。
它不会被任何一个具体用户看到，但是却是所有数据操作的基础。
比如，在概念模式下，可能有一个“员工”表，里面包含了员工的姓名、工号、工资等信息。
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。
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8.3.2 客户/服务器数据库系统（3）
集中式或分布式 -- 单服务器与多服务器系统
• 单服务器系统: 多个客户共享一个服务器 • 多服务器系统: 一个客户可以对多个服务器进行
访问。
客户 客户 客户 ... 客户 网络 客户 客户 客户 ... 客户 网络
服务器
单服务器系统
服务器 服务器 ... 服务器
数据操作间的流水线并行性 age>20(s)|><|dept 数据操作间的独立并行性 age>20(s)|><|∏dno,dean ( dept) 单数据操作内的并行性 age>20(s)
9.1.1 需求和目的（3）
数据库系统性能的度量： 吞吐量(throughput)：在给定的时间区间里所能 完成的任务的数量。 响应时间 (response time) ：对于单个任务从提 交到完成所需的时间。
-----> 集中式系统中的终端被微机所代替 -----> 集中式系统直接执行的用户界面功能由微 机来处理
集中式系统 ------> 客户机/服务器系统
8.3.1 客户/服务器结构（2）
客户/服务器系统的一般结构
客户 客户 客户 ... 客户
网络
服务器
8.3.2 客户/服务器数据库系统
数据处理任务在客户与服务器间进行划分
规模：个人微机 -------> 大型主机 单用户系统：管理简单 多用户系统: 具有并发控制、故障恢复等能力
8.3 客户/服务器数据库系统
8.3.1 客户/服务器结构
8.3.2 客户/服务器数据库系统 8.3.3 客户与服务器间的接口
8.3.1 客户/服务器结构
微机变得速度更快，能力更强，价格更低
9.1.3 并行数据库体系结构
9.1.1 需求和目的
数据库应用需求： 查询非常大的数据库（1012字节以上） 处理很大数量的事务（每秒数千个事务）
引入并行的目的： 保证即使在数据库的规 模和事务的数量都大大增长时，数据库系 统仍能以可接受的速度运行。
ห้องสมุดไป่ตู้
9.1.1 需求和目的（2）
关系数据库的固有并行性：
不同的功能划分 ---- 事务服务器与数据服务器 • 事务服务器：数据库前端功能由客户完成，后端功
能由服务器完成。服务器提供一个接口，使得客户 可以发出执行一个动作的请求，服务器响应客户的 请求，执行该动作，并将结果送回给客户。
• 数据服务器：数据库前端功能由客户完成，后端功
能也大部分由客户完成。客户向服务器发出请求， 以文件或页面等为单位对数据进行读取或更新。
好处：有利于充分利用网络中的计算资源 有利于减少网络上的传输量 数据库后端功能：存储管理、查询处理、事务管 理。具体包括存取结构、查询计算和优化、并 发控制、故障恢复等。 数据库前端功能：应用的处理，具体包括表格生 成工具，报表书写工具，图形用户界面工具等。
8.3.2 客户/服务器数据库系统（2）
• 并行数据库的物理组织
• 并行数据操作算法的设计、分析与实现
• 并行数据库查询优化
第九章
9.1 概述
并行数据库系统（2）
9.2 并行数据库物理组织与I/O并行 9.3 查询间并行 9.4 查询内并行 9.5 操作内并行 9.6 操作间并行 9.7并行查询优化
9.1 概述
9.1.1 需求和目的
9.1.2 加速比和扩展性
好处：减小网络传输量，提高性能 提高数据独立性 多用户共享 优化可以在创建存储过程的时候 提供更高的安全性
8.4 并行数据库系统
利用并行计算机系统提供的并行处理
能力，通过并行地使用多个CPU和硬盘来提 高处理速度和I/O速度，从而加速数据库的 活动。
8.5 分布式数据库系统
多台计算机通过网络连接，数据驻留
对于处理大量小事务的系统，通过并行地处理许多 事务可以提高吞吐量。 对于处理大事务的系统，通过并行地执行每个事务 中的子任务可以缩短响应时间，同时提高吞吐量。
9.1.2 加速比和扩展性
加速比 (Speedup) ：通过增加并行度来在更短 的时间里运行一个给定的任务。
设在较大的机器上执行一个任务的时间是TL 在较小的机器上执行同样的任务的时间是TS 由于并行性而获得的加速比定义为 TS /TL
集中式体系结构 -----> 集中式数据库系统 计算机的联网 -----> 客户/服务器数据库系统 并行处理能力 -----> 并行数据库系统 分布计算能力 -----> 分布式数据库系统
8.2 集中式数据库系统
运行在一台计算机上，数据集中存储在一台计 算机中，不与其他计算机系统交互的数据库系 统。
应用程序
驱动程序管理器
驱动程序 驱动程序 驱动程序
数据源DBMS
数据源DBMS
数据源DBMS
8.3.3 客户与服务器间的接口 （3）
存储过程 ： 存储在服务器节点上的（并为服务器所 了解的），预先编译好的完成一定的数据库访问 功能或提供一定的服务的一组SQL语句及处理。 客户通过远程过程调用（RPC）来启用存储过程。
在不同计算机中，形成逻辑上的整体，支
持本节点的数据访问，也支持其他节点的
数据访问；支持局部事务，也支持全局事 务。
总结
集中式数据库系统 客户/服务器数据库系统 并行数据库系统 分布式数据库系统 说明：上述不是一个互不相交的体系结构划分， 而是从不同角度看数据库系统体系结构。
第九章
并行数据库系统
利用并行计算机系统提供的并行处理能力，通过 并行地使用多个CPU和硬盘来提高处理速度和 I/O速度，从而加速数据库的活动。 主要研究内容
第三部分 数据库系统体系结构
第八章
数据库系统体系结构
第九章
第十章
并行数据库系统
分布式数据库系统
第八章
数据库系统体系结构
8.1 数据库系统体系结构概述
8.2 集中式数据库系统 8.3 客户/服务器数据库系统 8.4 并行数据库系统 8.5 分布式数据库系统
8.1 数据库系统体系结构概述
数据库系统的体系结构与计算机系统的体系结 构密切相关:
多服务器系统
8.3.3 客户与服务器间的接口
客户与服务器间的接口
客户向服务器发出查询请求； 服务器传回给用户查询结果。
客户表达请求的形式： SQL语句、应用编程接 口、远程过程调用、……
8.3.3 客户与服务器间的接口 （2）
开放数据库互连 ODBC(Open Database Connectivity) -- 访问数据库的一种统一界面标准