1.1. DBMS系统结构组成

数据库、DBMS、数据库系统等基本概念

数据

• 数据(Data)是数据库中存储的基本对象
• 数据的定义
  • 人们用来反映客观世界而记录下来的可以鉴别的符号
• 数据的种类
  • 数值数据：0－9
  • 非数值数据：字符、文字、声音、图形、图像等
• 数据的特点
  • 数据与其语义是不可分的
• 例子1：93是一个数据
  • 语义1：学生某门课的成绩
  • 语义2：某人的体重
  • 语义3：计算机学院2016级学生人数
• 例子2：学生档案记录（李明，197205，中国科大，1990）
  • 语义1：学生，出生年月，所在学校，毕业年份
  • 语义2： 学生，出生年月，录取大学，入学时间

数据库

• 数据库的定义 数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有 组织的、可共享的大量数据的集合
• 数据库的基本特征
  • 数据按一定的数据模型组织、描述和储存
  • 可为各种用户共享
  • 数据间联系密切，具有最小的冗余度和较高的独立性
  • 服务于某个特定的应用
• 例：图书馆的图书数据库、机场的航班数据库、银行数据库……

数据库模式 (Schema)

数据库模式是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述 ![[Pasted image 20240108110812.png]]

数据库管理系统

DBMS（Database Management System），是计算机程序的集 合，用于创建和维护数据库 ![[Pasted image 20240108110347.png]]

• 位于操作系统和用户应用之间
• 总是基于某种数据模型
• 数据库厂商的产品通常指DBMS，如Oracle11g、Microsoft SQL Server 2008、DB2、MySQL等

DBMS一般架构

![[Pasted image 20240108210938.png]]

数据库系统

• DBS（DataBase System），指在计算机系统中引入了数据库后的系统，即采用了数据库技术的计算机系统

数据库设计问题

• 如何设计和实现一个DBMS来高效的组织和管理数据库？——DBMS实现问题 研究生课程内容
• 如何针对特定应用的需求设计一个合理的数据库结构？——数据库设计问题 本科课程内容
• 应用程序如何有效地存取数据库中的数据？——数据库存取问题 本科课程内容

DBMS实现问题

1、一个虚拟的DBMS：Megatron2000

• UNIX下的关系型DBMS，支持SQL
• 实现细节
  • 关系通过文件（ASCII）存储，e.g. R存储在/usr/db/R中

  Smith # 123 # CS
  Jones # 522 # EE

 - 数据库模式存储在特定的文件（ASCII）中
	R1 # A # INT # B # STR …
	R2 # C # STR # A # INT …

Megatron 2000如何执行查询？ 执行 “select * from R where condition”:

• 读数据字典获取R的属性
• 读R对应的文件，对于每一行数据:
  • 检查条件
  • 如果条件满足，则输出

执行”select A,B from R,S where condition”:

• 读数据字典获取R和S的属性
• 读R文件，对于每一行数据:
  • 读S文件，对于每一行数据:
    • 生成连接元组
    • 检查条件
    • 若条件满足，则输出

Megatron 2000功能总结

• 可以定义表
• 可以进行数据操作
  • 数据更新
  • 数据查询

Megatron 2000 存在什么问题？

• 元组平铺在磁盘上

  • 将 ’EE’改为 ’ECON’，需要重写整个文件
  • ASCII存储过于昂贵
  • 删除操作同样代价很高

• 低级的查询处理

  • 例，select *from Student S,SC where S.sno = SC.sno and SC.credit > 3
  • 先做连接比先做选择效率要低
  • 未考虑更高效的连接算法

• 没有缓冲区管理

  • 数据直接从磁盘存取，磁盘I/O的代价昂贵
  • 需要Buffer来加速数据存取效率

• 没有并发控制

  • 多用户同时存取数据时数据一致性得不到保证

• 没有索引；数据查询效率低

  • 不能快速地根据给定键值查询元组
  • 总是要读入整个关系

• 没有可靠性

  • 发生数据库系统故障时没有恢复机制
  • 易出现数据不一致的情形

• 没有应用程序编程接口（API）

  • 应用如何存取数据库？

• 糟糕的数据字典组织