數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)引論課件

,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第四章 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)引論,4,.1 DBMS,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介,數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（,DBMS,）,是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心，它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的功能和性能有決定性影響。,DBMS,最基本的功能,是正確、安全、可靠地執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)語言語句。圖4-1表示一個(gè)解釋執(zhí)行的關(guān)系,DBMS,的結(jié)構(gòu)，可以從中了解,DBMS,的一般工作原理和主要組成部分。,與高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言一樣，,DBMS,有兩種實(shí)現(xiàn)方法,編譯和解釋。,圖4,1,DBMS,結(jié)構(gòu),4,.2,事務(wù)（,transaction）,事務(wù)是,DBMS,的執(zhí)行單位，由有限的數(shù)據(jù)庫(kù)操作序列組成,一般要求事務(wù)具備下列性質(zhì)：,1.執(zhí)行的原子性（,A,tomic）,事務(wù)執(zhí)行時(shí)應(yīng)遵守,“,要么不做，要么全做,”,（,nothing or all,）的原則。,2.,功能上的一致性,（,C,onsistency）,,轉(zhuǎn)變到另一個(gè)一致狀態(tài)。,3.彼此的隔離性,（,I,solation）,如果多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行，應(yīng)像各個(gè)事務(wù)獨(dú)立執(zhí)行一樣。,由,“,并發(fā)控制,”,保證。,4.,作用的持久性,（,D,urability）,一個(gè)成功執(zhí)行的事務(wù)對(duì),DB,的影響應(yīng)是持久的，即使,DB,因故障受到破壞，也應(yīng)能恢復(fù)。,這四個(gè)性質(zhì)稱為,事務(wù)的,ACID,準(zhǔn)則,。,下面是一個(gè)事務(wù)的例子，它將款項(xiàng)由,A,賬戶撥給,B,賬戶。,示例,BEGIN TRAN,read A,A,A,S,if A 0 then,/*A,款不足,*/,begin,display,“,A,款不足,”,ROLLBACK,/*,出口1*/,end,else,begin,B,B+S,display,“,撥款完成,”,COMMIT,/*,出口2*/,end,ROLLBACK,撤銷事務(wù)的影響，相當(dāng)于,“,do nothing,”,COMMIT,提交，相當(dāng)于,“,do all,”,。,只有在,COMMIT,之后，事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)生的變化才對(duì)其它事務(wù)開放。,（為什么？）,事務(wù)的出口：,commit,或,rollback,只有在執(zhí)行,commit,之后，事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)所產(chǎn)生的變化才對(duì)其他事務(wù)開放。,執(zhí)行,commit,命令時(shí)，要封閉中斷，以防處理中斷時(shí)發(fā)生故障,COMMIT,中斷,處理中斷,發(fā)生故障,4,.3 DBMS,的進(jìn)程結(jié)構(gòu),DBMS,進(jìn)程結(jié)構(gòu)的劃分主要著眼于結(jié)構(gòu)合理和性能提高。,應(yīng)用進(jìn)程，系統(tǒng)進(jìn)程（可重入）,應(yīng)用1,系統(tǒng),應(yīng)用2,系統(tǒng),不同,重復(fù),不劃分：,目前，多數(shù),DBMS,把主要功能組成一個(gè),DBMS,核心進(jìn)程,，也有些,DBMS,除了核心進(jìn)程外，還把一些可以,“,緩辦,”,的公共操作組成幾個(gè)后臺(tái)服務(wù)進(jìn)程。,例如預(yù)讀取可能用到的物理塊，延遲寫入緩存中的內(nèi)容，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)管理，撤銷事務(wù)，清除異常結(jié)束的,DBMS,進(jìn)程等。這些進(jìn)程在,DBMS,啟動(dòng)時(shí)就建立，為各個(gè)事務(wù)服務(wù)。,1.,一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程對(duì)應(yīng)一個(gè),DBMS,核心進(jìn)程,下面主要考慮,DBMS,核心進(jìn)程的結(jié)構(gòu)方案：,缺點(diǎn)：,(1).,進(jìn)程的創(chuàng)建、撤銷、通信和切換的開銷大。,(2).,并發(fā)事務(wù)的增加，進(jìn)程數(shù)激增，內(nèi)存空間有限，性能下降。,(3).,不利于事務(wù)共享內(nèi)存空間。,優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)容易,2.,單進(jìn)程多線程,DBMS,進(jìn)程結(jié)構(gòu),線程,是現(xiàn)代,OS,引入的概念。,以線程為程,序并發(fā)執(zhí)行的單位；,一個(gè)進(jìn)程中可創(chuàng)建多個(gè)可以相互切換的線程；,這些線程中至少有一個(gè)處于就緒狀態(tài)，進(jìn)程才處于就緒狀態(tài)；,進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，其中必有一個(gè)線程運(yùn)行；,同一進(jìn)程所屬的線程共享進(jìn)程占用的資源，屬于線程本身的專用資源很少，描述線程的狀態(tài)也比進(jìn)程要少，因此，線程所需資源,比進(jìn)程少；,線程的切換開銷和線程間的通信開銷小。,單進(jìn)程多線程的,DBMS,中，系統(tǒng),只創(chuàng)建一個(gè),DBMS,進(jìn)程,（用戶接口仍然是進(jìn)程）。該進(jìn)程中有常駐的公共服務(wù)線程和應(yīng)用戶要求而創(chuàng)建的用戶線程。,在多處理機(jī)系統(tǒng)中，引入線程，增強(qiáng)了進(jìn)程的可并發(fā)程度。,DBMS,的并發(fā)執(zhí)行從進(jìn)程級(jí)改為線程級(jí)。,盡管很多現(xiàn)代,OS,的核心具有線程管理的功能，但對(duì),DBMS,來說，還是在,DBMS,進(jìn)程（,相對(duì)于,OS,，是用戶進(jìn)程,）中實(shí)現(xiàn)線程為宜。理由如下：,（,1,）,可以按照,DBMS,的需要確定線程調(diào)度策略；,（,2,）,線程的切換在用戶態(tài)，不必轉(zhuǎn)入操作系統(tǒng)的核心態(tài)，切換開銷小；,（,3,）可以在不支持,線程的操作系統(tǒng)上運(yùn)行，減少對(duì)操作系統(tǒng)的依賴，有利于提高操作系統(tǒng)的可移植性。,由,DBMS,管理線程，需要,OS,提供如下支持,:,（1）.提供,非阻塞,I/O,（,Nonblocking I/O,）和,異步,I/O,（,asynchronous I/O,）功能；,（2）.支持,“,公平,”,調(diào)度,（,fair schedule,）；,即不把具有多線程的,DBMS,進(jìn)程，與其它進(jìn)程等同看待，應(yīng)區(qū)分輕重。,4,.4 DBMS,的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),1.分時(shí)系統(tǒng)環(huán)境下的,集中式,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),應(yīng)用的要求以及軟硬件條件決定了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)以集中為宜，數(shù)據(jù)庫(kù)建立在本單位的主要計(jì)算機(jī)上，用戶通過終端或遠(yuǎn)距離終端分時(shí)訪問。,數(shù)據(jù)及其管理都是集中的，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的所有功能，從用戶接口到,DBMS,核心都集中在,DBMS,所在的計(jì)算機(jī)上。,2.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的,客戶/服務(wù)器,結(jié)構(gòu),20世紀(jì)70年代：微機(jī)的出現(xiàn)和迅速發(fā)展；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，改變了計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的格局。,客戶機(jī),/,服務(wù)器是一種特殊的分布式處理系統(tǒng)。其中，有一至多臺(tái)稱為客戶機(jī)的計(jì)算機(jī)和一至多臺(tái)稱為服務(wù)器的計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。,可以將,DBMS,的核心部分放在服務(wù)器中，而客戶機(jī)處理數(shù)據(jù)庫(kù)的接口部分。客戶機(jī)也可以,有自己的局部,DBMS。,客戶機(jī)面向用戶，接受任務(wù)，并將任務(wù)中需要由服務(wù)器完成的部分委托服務(wù)器執(zhí)行。而服務(wù)器只接受客戶機(jī)的委托，完成特定的任務(wù)，例如數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)。因此，,處理是分布的,，數(shù)據(jù)卻是集中的，仍屬于集中式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。,問題1：,網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的打印服務(wù)器、文件服務(wù)器屬于客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)嗎？,不屬于，打印服務(wù)器、文件服務(wù)器的處理仍然是集中的。,問題2：,如果有多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器呢？還屬于集中式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)嗎？,即使系統(tǒng)中有多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，也只是多個(gè)集中的數(shù)據(jù)庫(kù)，這些庫(kù)中的數(shù)據(jù)彼此獨(dú)立，其聯(lián)系只能由應(yīng)用程序自己解決。,客戶器與服務(wù)器劃分界面的一般原則是：,（1）客戶提供用戶接口、執(zhí)行應(yīng)用程序，對(duì)服務(wù)器提出服務(wù)請(qǐng)求；,（2）服務(wù)器只完成客戶器委托的公共服務(wù)；,（3）服務(wù)器與客戶器間的數(shù)據(jù)交換量要盡可能的少；,例如，,MS SQL Server,，,Oracle,三層結(jié)構(gòu)：,表示層,應(yīng)用層,DB,3.,物理上分布、邏輯上集中的,分布式,數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)集中管理是數(shù)據(jù)庫(kù)的主要特征。隨著單位規(guī)模的擴(kuò)大和地理上的分散，集中式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)有如下缺點(diǎn)：,通信開銷大,性能差，瓶頸,可用性差,由于存在這些缺點(diǎn)，從20世紀(jì)70年代后期，開始了分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的研究。,可擴(kuò)充性差,難以管理,物理上分布、邏輯上集中的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的思想是：把全局?jǐn)?shù)據(jù)模式按數(shù)據(jù)的來源和用途，合理分布在系統(tǒng)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)上，使大部分的數(shù)據(jù)可以,就近存取,。,邏輯上，用戶看到的是一個(gè)數(shù)據(jù)模式為全局?jǐn)?shù)據(jù)模式的集中式數(shù)據(jù)庫(kù)。,缺點(diǎn)：,全局?jǐn)?shù)據(jù)模式很難設(shè)計(jì)、管理、擴(kuò)充和修改,（,類似高度集中的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)難以管理,）。,4.物理上分布、邏輯上分布的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu),（事實(shí)上，對(duì)大范圍統(tǒng)一的邏輯幾乎不可能）,特點(diǎn)：,（1）節(jié)點(diǎn)自治,（2）沒有全局?jǐn)?shù)據(jù)模式,每個(gè)節(jié)點(diǎn)看到的數(shù)據(jù)模式：,（1）本節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)模式,（2）供本節(jié)點(diǎn)共享的其它節(jié)點(diǎn)上有關(guān)的數(shù)據(jù)模式,沒有全局?jǐn)?shù)據(jù)模式，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)模式的修改甚至節(jié)點(diǎn)的加入、撤離，僅僅影響有關(guān)的節(jié)點(diǎn)。,這種分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)又稱為,“,聯(lián)邦式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),”,（,federated distributed database system）。,4,.5,數(shù)據(jù)目錄,數(shù)據(jù)目錄（,catalog）,存放一組關(guān)于數(shù)據(jù)的,數(shù)據(jù)（描述數(shù)據(jù)模式的數(shù)據(jù)），也叫元數(shù)據(jù)（,meta-data）。,DBMS,的任務(wù)是管理大量的、共享的、持久的數(shù)據(jù)，有關(guān)這些數(shù)據(jù)的描述需長(zhǎng)期保存，一般把這些元數(shù)據(jù)組成若干表，,即數(shù)據(jù)目錄。,數(shù)據(jù)目錄中一般包含下列表：,SYSTAB、SYSCOL、SYSIDX、SYSVIEW、SYSVWATR,數(shù)據(jù)目錄既是數(shù)據(jù)，又不同于一般數(shù)據(jù)，,數(shù)據(jù)目錄也是表，可供查詢，主要為,DBMS,服務(wù)，數(shù)據(jù)目錄本身的定義和描述也包含在數(shù)據(jù)目錄中。數(shù)據(jù)目錄只能由系統(tǒng)定義，為系統(tǒng)所有。在初始化時(shí)，由系統(tǒng)自動(dòng)生成（遞歸初始，類比編譯的符號(hào)表）,元數(shù)據(jù)可以分為2類：,（1）相對(duì)穩(wěn)定：基表、視圖和索引的定義；,（2）經(jīng)常變化：數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)，例如，元組個(gè)數(shù)、現(xiàn)有不同屬性值的個(gè)數(shù)等,主要用于查詢優(yōu)化，不必太準(zhǔn)，可以定期更新。,數(shù)據(jù)目錄是影響系統(tǒng)全局的以讀為主的數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)的效率影響很大。,