数据库管理系统

什么是数据库管理系统

数据库管理系统(Database Management System,DBMS)是一种操纵和管理数据库的大型软件，是用于建立、使用和维护数据库。它对数据库进行统一的管理和控制，以保证数据库的安全性和完整性。用户通过dbms访问数据库中的数据，数据库管理员也通过dbms进行数据库的维护工作。它提供多种功能，可使多个应用程序和用户用不同的方法在同时或不同时刻去建立，修改和询问数据库。它使用户能方便地定义和操纵数据，维护数据的安全性和完整性，以及进行多用户下的并发控制和恢复数据库。

数据库管理系统组成部分

按功能划分，数据库管理系统大致可分为6个部分：

(1)模式翻译：提供数据定义语言(ddl)。用它书写的数据库模式被翻译为内部表示。数据库的逻辑结构、完整性约束和物理储存结构保存在内部的数据字典中。数据库的各种数据操作(如查找、修改、插入和删除等)和数据库的维护管理都是以数据库模式为依据的。

(2)应用程序的编译：把包含着访问数据库语句的应用程序，编译成在dbms支持下可运行的目标程序。

(3)交互式查询：提供易使用的交互式查询语言，如sql。dbms负责执行查询命令，并将查询结果显示在屏幕上。

(4)数据的组织与存取：提供数据在外围储存设备上的物理组织与存取方法。

(5)事务运行管理：提供事务运行管理及运行日志，事务运行的安全性监控和数据完整性检查，事务的并发控制及系统恢复等功能。

(6)数据库的维护：为数据库管理员提供软件支持，包括数据安全控制、完整性保障、数据库备份、数据库重组以及性能监控等维护工具。

基于关系模型的数据库管理系统已日臻完善，并已作为商品化软件广泛应用于各行各业。它在各户服务器结构的分布式多用户环境中的应用，使数据库系统的应用进一步扩展。随着新型数据模型及数据管理的实现技术的推进，可以预期dbms软件的性能还将更新和完善，应用领域也将进一步地拓宽。

它所提供的功能有以下几项：

（1）数据定义功能。DBMS提供相应数据语言来定义（DDL）数据库结构，它们是刻画数据库框架，并被保存在数据字典中。

（2）数据存取功能。DBMS提供数据操纵语言（DML），实现对数据库数据的基本存取操作：检索，插入，修改和删除。

（3）数据库运行管理功能。DBMS提供数据控制功能，即是数据的安全性、完整性和并发控制等对数据库运行进行有效地控制和管理，以确保数据正确有效。

（4）数据库的建立和维护功能。包括数据库初始数据的装入，数据库的转储、恢复、重组织，系统性能监视、分析等功能。

（5）数据库的传输。DBMS提供处理数据的传输，实现用户程序与DBMS之间的通信，通常与操作系统协调完成。

数据库管理系统的层次结构

根据处理对象的不同，数据库管理系统的层次结构由高级到低级依次为应用层、语言翻译处理层、数据存取层、数据存储层、操作系统。

（1）应用层。应用层是DBMS与终端用户和应用程序的界面层，处理的对象是各种各样的数据库应用。

（2）语言翻译处理层。语言翻译处理层是对数据库语言的各类语句进行语法分析、视图转换、授权检查、完整性检查等。

（3）数据存取层。数据存取层处理的对象是单个元组，它将上层的集合操作转换为单记录操作。

（4）数据存储层。数据存储层处理的对象是数据页和系统缓冲区。

（5）操作系统。操作系统是DBMS的基础。操作系统提供的存取原语和基本的存取方法通常是作为和DBMS存储层的接口。

数据库管理系统的功能和特征

数据管理技术的发展大致经历了人工管理阶段（20世纪50年代中期前）、文件系统阶段（20世纪50年代后期到60年代中期）、数据库阶段（20世纪60年代末到70年代末）和高级数据库技术阶段（20世纪80年代初开始）。

数据库是长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据的集合。

数据库管理系统（DBMS）是一种负责数据库的定义、建立、操作、管理和维护的软件系统。其目的是保证数据安全可靠，提高数据库应用的简明性和方便性。DBMS的工作机理是把用户对数据的操作转化为对系统存储文件的操作，有效地实现数据库3级之间的转化。数据库管理系统的主要职能有数据库的定义和建立、数据库的操作、数据库的控制、数据库的维护、故障恢复和数据通信。

数据库系统（DBS）是实现有组织地、动态地存储大量关联数据方便多用户访问的计算机软件、硬件和数据资源组成的系统。一个典型的数据库系统包括数据库、硬件、软件（应用程序）和数据库管理员（DBA）4个部分。根据计算机的系统结构，DBS可分成集中式、客户/服务器式、并行式和分布式4种。

与文件系统阶段相比，数据库技术的数据管理方式具有以下特点。

（1）采用复杂的数据模型表示数据结构，数据冗余小，易扩充，实现了数据共享。

（2）具有较高的数据和程序独立性，数据库的独立性有物理独立性和逻辑独立性。

（3）数据库系统为用户提供了方便的用户接口。

（4）数据库系统提供4个方面的数据控制功能，分别是并发控制、恢复、完整性和安全性。数据库中各个应用程序所使用的数据由数据库系统统一规定，按照一定的数据模型组织和建立，由系统统一管理和集中控制。

（5）增加了系统的灵活性。

高级数据库技术阶段的主要标志是分布式数据库系统和面向对象数据库系统的出现。

集中式系统的弱点是随着数据量的增加，系统相当庞大、操作复杂、开销大，而且因为数据集中存储，大量的通信都要通过主机，造成拥挤。分布式数据库系统的主要特点是数据在物理上分散存储，在逻辑上是统一的。分布式数据库系统的多数处理就地完成，各地的计算机由数据通信网络相联系。

面向对象数据库系统是面向对象的程序设计技术与数据库技术相结合的产物。面向对象数据库系统的主要特点是具有面向对象技术的封装性和继承性，提高了软件的可重用性。

从目前的数据库系统来看，主要存在以下缺点。

（1）采用静态数据模型，数据类型和操作简单、固定，只能处理短寿命事务。

（2）不能适应计算机辅助设计、计算机辅助软件工程、图像处理、超文本和多媒体等新的应用。

数据库的未来发展趋势如下：

（1）分布式数据管理。

（2）支持面向对象的数据模型。

（3）体系结构适应功能扩展，能处理复杂数据类型和长寿命事务，能和以前的数据库共存。

（4）数据库技术与其他学科相结合（分布式数据库、并行数据库、多媒体数据库、Internet数据库、知识库、演绎数据库和主动数据库）。

数据库管理系统选择原则

选择数据库管理系统时应从以下几个方面予以考虑：

(1) 构造数据库的难易程度。

需要分析数据库管理系统有没有范式的要求，即是否必须按照系统所规定的数据模型分析现实世界，建立相应的模型；数据库管理语句是否符合国际标准，符合国际标准则便于系统的维护、开发、移植；有没有面向用户的易用的开发工具；所支持的数据库容量，数据库的容量特性决定了数据库管理系统的使用范围。

(2) 程序开发的难易程度。

有无计算机辅助软件工程工具CASE——计算机辅助软件工程工具可以帮助开发者根据软件工程的方法提供各开发阶段的维护、编码环境，便于复杂软件的开发、维护。有无第四代语言的开发平台——第四代语言具有非过程语言的设计方法，用户不需编写复杂的过程性代码，易学、易懂、易维护。有无面向对象的设计平台——面向对象的设计思想十分接近人类的逻辑思维方式，便于开发和维护。对多媒体数据类型的支持 ——多媒体数据需求是今后发展的趋势，支持多媒体数据类型的数据库管理系统必将减少应用程序的开发和维护工作。

(3) 数据库管理系统的性能分析。

包括性能评估（响应时间、数据单位时间吞吐量）、性能监控（内外存使用情况、系统输入/输出速率、SQL语句的执行，数据库元组控制）、性能管理（参数设定与调整）。

(4) 对分布式应用的支持。

包括数据透明与网络透明程度。数据透明是指用户在应用中不需指出数据在网络中的什么节点上，数据库管理系统可以自动搜索网络，提取所需数据；网络透明是指用户在应用中无需指出网络所采用的协议。数据库管理系统自动将数据包转换成相应的协议数据。　

(5) 并行处理能力。

支持多CPU模式的系统（SMP，CLUSTER，MPP），负载的分配形式，并行处理的颗粒度、范围。

(6) 可移植性和可括展性。

可移植性指垂直扩展和水平扩展能力。垂直扩展要求新平台能够支持低版本的平台，数据库客户机/ 服务器机制支持集中式管理模式，这样保证用户以前的投资和系统；水平扩展要求满足硬件上的扩展，支持从单CPU模式转换成多CPU并行机模式（ SMP, CLUSTER, MPP）

(7) 数据完整性约束。

数据完整性指数据的正确性和一致性保护，包括实体完整性、参照完整性、复杂的事务规则。

(8) 并发控制功能。

对于分布式数据库管理系统，并发控制功能是必不可少的。因为它面临的是多任务分布环境，可能会有多个用户点在同一时刻对同一数据进行读或写操作，为了保证数据的一致性，需要由数据库管理系统的并发控制功能来完成。评价并发控制的标准应从下面几方面加以考虑：

保证查询结果一致性方法

数据锁的颗粒度（数据锁的控制范围，表、页、元组等）

数据锁的升级管理功能

死锁的检测和解决方法

(9) 容错能力。

异常情况下对数据的容错处理。评价标准：硬件的容错，有无磁盘镜象处理功能软件的容错，有无软件方法异常情况的容错功能

(10) 安全性控制。

安全保密的程度（帐户管理、用户权限、网络安全控制、数据约束）

(11) 支持汉字处理能力。

包括数据库描述语言的汉字处理能力（表名、域名、数据）和数据库开发工具对汉字的支持能力。

(12)当突然停电、出现硬件故障、软件失效、病毒或严重错误操作时，系统应提供恢复数据库的功能，如定期转存、恢复备份、回滚等，使系统有能力将数据库恢复到损坏到以前的状态。

数据库管理系统的代表

Oracle

Oracle是一个最早商品化的关系型数据库管理系统，也是应用广泛、功能强大的数据库管理系统。Oracle作为一个通用的数据库管理系统，不仅具有完整的数据管理功能，还是一个分布式数据库系统，支持各种分布式功能，特别是支持 Internet应用。作为一个应用开发环境，Oracle提供了一套界面友好、功能齐全的数据库开发工具。Oracle使用PL/SQL语言执行各种操作，具有可开放性、可移植性、可伸缩性等功能。特别是在Oracle 8i中，支持面向对象的功能，如支持类、方法、属性等，使得Oracle 产品成为一种对象/关系型数据库管理系统。目前最新版本是Oracle 11g。

PostgreSQL

PostgreSQL 是一个自由的对象-关系数据库服务器（数据库管理系统），它在灵活的 BSD-风格许可证下发行。它在其他开放源代码数据库系统（比如 MySQL 和 Firebird），和专有系统比如 Oracle、Sybase、IBM 的 DB2 和 Microsoft SQL Server之外，为用户又提供了一种选择。

Microsoft SQL Server

Microsoft SQL Server是一种典型的关系型数据库管理系统。可以在许多操作系统上运行，它使用Transact-SQL语言完成数据操作。由于Microsoft SQL Server是开放式的系统，其它系统可以与它进行完好的交互操作。目前最新版本的产品为Microsoft SQL Server 2008，它具有可靠性、可伸缩性、可用性、可管理性等特点，为用户提供完整的数据库解决方案。

Microsoft Access

作为Microsoft Office组件之一的Microsoft Access是在Windows环境下非常流行的桌面型数据库管理系统。使用Microsoft Access无需编写任何代码，只需通过直观的可视化操作就可以完成大部分数据管理任务。在Microsoft Access数据库中，包括许多组成数据库的基本要素。这些要素是存储信息的表、显示人机交互界面的窗体、有效检索数据的查询、信息输出载体的报表、提高应用效率的宏、功能强大的模块工具等。它不仅可以通过ODBC与其它数据库相连，实现数据交换和共享，还可以与Word、Excel等办公软件进行数据交换和共享，并且通过对象链接与嵌入技术在数据库中嵌入和链接声音、图像等多媒体数据。