數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)世界課件

第1章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)世界主講人：駱炎民Email：lym@1第1章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)世界主講人：駱炎民1基本概念數(shù)據(jù)(Data)能輸入計(jì)算機(jī)并被計(jì)算機(jī)程序識(shí)別處理的信息集合數(shù)據(jù)處理對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、加工和傳播的一系列活動(dòng)的總和。數(shù)據(jù)管理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、組織、編碼、存儲(chǔ)。檢索和維護(hù)它是數(shù)據(jù)處理的中心問(wèn)題2基本概念數(shù)據(jù)(Data)2基本概念(續(xù))數(shù)據(jù)庫(kù)(Database)本質(zhì)上是信息的集合一般而言，數(shù)據(jù)庫(kù)是指在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)管理和控制之下，存放在存儲(chǔ)介質(zhì)上的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem-DBMS)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理控制的軟件系統(tǒng)3基本概念(續(xù))數(shù)據(jù)庫(kù)(Database)3DBMS的功能(1)數(shù)據(jù)庫(kù)定義功能提供數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言(DDL);定義數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象(2)數(shù)據(jù)庫(kù)操縱功能提供數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言(DML);操縱數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本操作(查詢(xún)、插入、刪除和修改)。(3)數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行管理

保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性；多用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)的并發(fā)使用；發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復(fù)4DBMS的功能(1)數(shù)據(jù)庫(kù)定義功能4DBMS的功能(續(xù))(4)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)功能(實(shí)用程序)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)批量裝載數(shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)介質(zhì)故障恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)的重組織性能監(jiān)視等5DBMS的功能(續(xù))(4)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)功能(實(shí)用程序數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展歷程在應(yīng)用需求的推動(dòng)下，在計(jì)算機(jī)硬件、軟件發(fā)展的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了三個(gè)階段：(1)人工管理階段(2)文件系統(tǒng)階段(3)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段6數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展歷程在應(yīng)用需求的推動(dòng)下，在計(jì)算機(jī)硬件、軟件(1)人工管理階段時(shí)間：20世紀(jì)50年代中期以前應(yīng)用背景：科學(xué)計(jì)算硬件背景：無(wú)直接存取存儲(chǔ)設(shè)備軟件背景：無(wú)操作系統(tǒng)處理方式：批處理7(1)人工管理階段時(shí)間：20世紀(jì)50年代中期以前7人工管理特點(diǎn)（1）數(shù)據(jù)的管理者：用戶(hù)(程序員)（2）數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：某個(gè)應(yīng)用程序（3）數(shù)據(jù)共享程度：數(shù)據(jù)不共享，冗余度極大（4）數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：不獨(dú)立，完全依賴(lài)于程序（5）數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：無(wú)結(jié)構(gòu)（6）數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序控制,數(shù)據(jù)不保存數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用的，一組數(shù)據(jù)只能對(duì)應(yīng)一個(gè)程序。當(dāng)多個(gè)應(yīng)用程序涉及某些相同的數(shù)據(jù)時(shí)，由于必須各自定義，無(wú)法互相利用、互相參照，因此程序與程序之間有大量的冗余數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后，必須對(duì)應(yīng)用程序做相應(yīng)的修改，這就進(jìn)一步加重了程序員的負(fù)擔(dān)。應(yīng)用程序中不僅要規(guī)定數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，而且要設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)，包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入方式等。數(shù)據(jù)只在計(jì)算某一課題時(shí)輸入，用完就撤走，不保存8人工管理特點(diǎn)（1）數(shù)據(jù)的管理者：用戶(hù)(程序員)數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用(2)文件系統(tǒng)階段時(shí)間：20世紀(jì)50年代中期應(yīng)用背景：科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)管理硬件背景：磁盤(pán)、磁鼓軟件背景：文件系統(tǒng)處理方式：聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理、批處理9(2)文件系統(tǒng)階段時(shí)間：20世紀(jì)50年代中期9文件系統(tǒng)的缺陷（1）數(shù)據(jù)的管理者：文件系統(tǒng)（2）數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：基本還是面向應(yīng)用程序（3）數(shù)據(jù)共享程度：共享性差，冗余度大（4）數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：有一定獨(dú)立性,但獨(dú)立性差（5）數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu),整體無(wú)結(jié)構(gòu)（6）數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序控制數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期保存由專(zhuān)門(mén)的軟件即文件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，文件系統(tǒng)把數(shù)據(jù)組織成相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)文件，利用“按文件名訪問(wèn)，按記錄進(jìn)行存取”的管理技術(shù)，可以對(duì)文件進(jìn)行修改、插入和刪除的操作。在文件系統(tǒng)中，一個(gè)文件基本上對(duì)應(yīng)于一個(gè)應(yīng)用程序，即文件仍然是面向應(yīng)用的。當(dāng)不同的應(yīng)用程序具有部分相同的數(shù)據(jù)時(shí)，也必須建立各自的文件，而不能共享相同的數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)的冗余度大，浪費(fèi)存儲(chǔ)空間。同時(shí)由于相同數(shù)據(jù)的重復(fù)存儲(chǔ)、各自管理，容易造成數(shù)據(jù)的不一致性，給數(shù)據(jù)的修改和維護(hù)帶來(lái)了困難程序和數(shù)據(jù)間由文件系統(tǒng)提供存取方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)間有了一定的獨(dú)立性，程序員可不必過(guò)多考慮物理細(xì)節(jié)，將精力集中于算法。且數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)上的改變不一定反映在程序上，節(jié)省了維護(hù)程序的工作量。文件為某一特定應(yīng)用服務(wù)，其邏輯結(jié)構(gòu)對(duì)該應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)是優(yōu)化的，因此要想對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)再增加一些新的應(yīng)用會(huì)很困難，系統(tǒng)不易擴(kuò)充。一旦數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)改變，必須修改應(yīng)用程序，修改文件結(jié)構(gòu)的定義。應(yīng)用程序的改變，也將引起文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的改變。因此數(shù)據(jù)與程序之間仍缺乏獨(dú)立性。

10文件系統(tǒng)的缺陷（1）數(shù)據(jù)的管理者：文件系統(tǒng)由專(zhuān)門(mén)的軟件即文件(3)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段時(shí)間：20世紀(jì)60年代末70年代初以來(lái)應(yīng)用背景：大規(guī)模管理硬件背景：大容量磁盤(pán)軟件背景：數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)處理方式：聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理,分布式處理,批處理11(3)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段時(shí)間：20世紀(jì)60年代末70年代初以來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）數(shù)據(jù)的管理者：數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（2）數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：整個(gè)組織、系統(tǒng)(多個(gè)應(yīng)用)（3）數(shù)據(jù)共享程度：共享性高，冗余度低，易擴(kuò)充（4）數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：高度的物理獨(dú)立性一定的邏輯獨(dú)立性（5）數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：整體結(jié)構(gòu)化，用數(shù)據(jù)模型描述（6）數(shù)據(jù)控制能力：由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全性、完整性、并發(fā)控制和恢復(fù)能力在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中不僅要考慮某個(gè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還要考慮整個(gè)組織的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如：一個(gè)學(xué)校的信息管理系統(tǒng)中不僅要考慮學(xué)生的人事管理，還要考慮學(xué)籍管理、選課管理，同時(shí)還要考慮教員的人事管理、科研管理等應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)從整體角度看待和描述數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不再面向某個(gè)應(yīng)用而是面向整個(gè)系統(tǒng)，因此數(shù)據(jù)可以被多個(gè)用戶(hù)、多個(gè)應(yīng)用共享使用。數(shù)據(jù)共享可以大大減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約存儲(chǔ)空間；還能夠避免數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性。而且由于數(shù)據(jù)面向整個(gè)系統(tǒng)，是有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，不僅可以被多個(gè)應(yīng)用共享使用，而且容易增加新的應(yīng)用，這就使得數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)彈性大，易于擴(kuò)充，可以適應(yīng)各種用戶(hù)的要求。可以取整體數(shù)據(jù)的各種子集用于不同的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)應(yīng)用需求改變或增加時(shí)，只要重新選取不同的子集或加上一部分?jǐn)?shù)據(jù)便可以滿(mǎn)足新的需求。物理獨(dú)立性是指用戶(hù)的應(yīng)用程序與存儲(chǔ)在磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的。也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)在磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)庫(kù)中怎樣存儲(chǔ)是由DBMS管理的，用戶(hù)程序不需要了解，應(yīng)用程序要處理的只是數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，這樣當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)改變了，應(yīng)用程序不用改變。邏輯獨(dú)立性是指用戶(hù)應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的，即數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶(hù)程序可以不變。------數(shù)據(jù)獨(dú)立性是由DBMS的二級(jí)映象功能來(lái)保證的，將在下面討論。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，是數(shù)據(jù)庫(kù)的主要特征之一，也是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)與文件系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別。

在文件系統(tǒng)中，盡管其記錄內(nèi)部己有了某些結(jié)構(gòu)，但記錄之間沒(méi)有聯(lián)系。而數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在描述數(shù)據(jù)時(shí)不僅要描述數(shù)據(jù)本身，還要描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。而且存取數(shù)據(jù)的方式也很靈活，可以存取數(shù)據(jù)庫(kù)中的某一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)、一組數(shù)據(jù)項(xiàng)、一個(gè)記錄或一組記錄。而在文件系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的最小存單位是記錄．粒度不能細(xì)到數(shù)據(jù)項(xiàng)。12數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）數(shù)據(jù)的管理者：數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫(kù)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)外模式/模式映像應(yīng)用A應(yīng)用B應(yīng)用C應(yīng)用D應(yīng)用E外模式1外模式2外模式3模式內(nèi)模式數(shù)據(jù)庫(kù)模式/內(nèi)模式映像三級(jí)模式/二級(jí)映像13數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)外模式/模式映像應(yīng)用A應(yīng)用B應(yīng)用C應(yīng)用D應(yīng)三級(jí)模式外模式(子模式/用戶(hù)模式)

局部邏輯結(jié)構(gòu)為特定的應(yīng)用設(shè)計(jì)、面向應(yīng)用的局部視圖模式(概念模式/邏輯模式)

全局邏輯結(jié)構(gòu)綜合考慮各項(xiàng)應(yīng)用組織成的整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，面向整個(gè)系統(tǒng)；供多項(xiàng)應(yīng)用共享。內(nèi)模式(存儲(chǔ)模式)

存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)全體數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的內(nèi)部表示或者低層描述，用來(lái)定義數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式和物理結(jié)構(gòu)。14三級(jí)模式外模式(子模式/用戶(hù)模式)局部邏輯二級(jí)映像與數(shù)據(jù)獨(dú)立性外模式/模式映像（邏輯獨(dú)立性）定義某個(gè)外模式和模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)模式改變時(shí)，外模式/模式映像要作相應(yīng)的改變,以保持外模式不變。(除非模式結(jié)構(gòu)的變化使得子模式中的某些數(shù)據(jù)無(wú)法再?gòu)臄?shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)出)模式/內(nèi)模式映像（物理獨(dú)立性）定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，可相應(yīng)修改模式/內(nèi)模式映像，從而使模式保持不變。由此提供數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性

局部邏輯結(jié)構(gòu)獨(dú)立于全局邏輯結(jié)構(gòu)由此提供數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性

邏輯結(jié)構(gòu)獨(dú)立于物理結(jié)構(gòu)15二級(jí)映像與數(shù)據(jù)獨(dú)立性外模式/模式映像（邏輯獨(dú)立性）由此提供數(shù)主要內(nèi)容1.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展1.2數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)概述1.3本書(shū)概述16主要內(nèi)容1.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展16數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管理器數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)模式更新查詢(xún)更新17數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言命令---修改模式/元數(shù)據(jù)（紅色軌跡）查詢(xún)處理過(guò)程（綠色軌跡）事務(wù)處理（黃色軌跡）：ACID(Atomic、Consistent、Isolated、Durable)。記日志、并發(fā)控制與消除死鎖。18數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言命令---修改模式/元數(shù)據(jù)（1.數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)庫(kù)本身的內(nèi)容元數(shù)據(jù)(metadata)描述有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模式以及語(yǔ)義限制等的信息，如表結(jié)構(gòu)信息。另一種說(shuō)法：關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)外：統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)索引日志記錄191.數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)庫(kù)本身的內(nèi)容數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)外：統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管理器數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)模式更新查詢(xún)更新20數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管2.DBMS的輸入由應(yīng)用程序或管理工具輸入查詢(xún)：查詢(xún)要求更新：增、刪、改的要求模式更新：如修改表結(jié)構(gòu)要求有一定權(quán)限212.DBMS的輸入由應(yīng)用程序或管理工具輸入21數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管理器數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)模式更新查詢(xún)更新22數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管3.查詢(xún)處理器-1(1)查詢(xún)編譯器(querycompiler)把查詢(xún)轉(zhuǎn)換為查詢(xún)計(jì)劃。查詢(xún)計(jì)劃是在數(shù)據(jù)上的操作序列；通常用關(guān)系代數(shù)運(yùn)算表達(dá)。由以下3個(gè)模塊組成：查詢(xún)分析器:從查詢(xún)的文本結(jié)構(gòu)中構(gòu)造一個(gè)查詢(xún)樹(shù)查詢(xún)預(yù)處理器:對(duì)查詢(xún)做語(yǔ)義檢查，并將查詢(xún)語(yǔ)法樹(shù)轉(zhuǎn)換成表示初始查詢(xún)計(jì)劃的關(guān)系代數(shù)操作符樹(shù)。查詢(xún)優(yōu)化器:將查詢(xún)初始計(jì)劃轉(zhuǎn)換成在實(shí)際數(shù)據(jù)上最高效地執(zhí)行的操作序列。233.查詢(xún)處理器-1(1)查詢(xún)編譯器(querycompi3.查詢(xún)處理器-2(2)執(zhí)行引擎(executionengine)負(fù)責(zé)執(zhí)行選定的查詢(xún)計(jì)劃的每一步與DBMS其他組件直接或經(jīng)緩沖區(qū)進(jìn)行交互為了操作數(shù)據(jù)，執(zhí)行引擎必須：從數(shù)據(jù)庫(kù)中將數(shù)據(jù)取到緩沖區(qū)；與調(diào)度器交互避免存取已加鎖的數(shù)據(jù)；與日志管理器交互以確保對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新記入日志243.查詢(xún)處理器-2(2)執(zhí)行引擎(execution數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管理器數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)模式更新查詢(xún)更新25數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管4.存儲(chǔ)器與緩沖區(qū)管理程序存儲(chǔ)器管理器(storagemanager)負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)在磁盤(pán)上的定位，以及數(shù)據(jù)在磁盤(pán)與主存間的移動(dòng)。跟蹤磁盤(pán)上的文件位置，根據(jù)請(qǐng)求從緩沖區(qū)管理器中獲取該文件的一個(gè)(多個(gè))磁盤(pán)塊(4000~16000B)為提高效率，DBMS通常直接控制磁盤(pán)管理器264.存儲(chǔ)器與緩沖區(qū)管理程序存儲(chǔ)器管理器(storagema4.存儲(chǔ)器與緩沖區(qū)管理程序(續(xù))緩沖區(qū)管理器負(fù)責(zé)把可用主存分割成緩沖區(qū)(buffer)緩沖區(qū)是包含若干個(gè)頁(yè)面的區(qū)域，可傳輸磁盤(pán)塊。所有需要從磁盤(pán)獲取信息的DBMS組件，可直接地或通過(guò)執(zhí)行引擎間接地同緩沖區(qū)以及緩沖區(qū)管理器進(jìn)行交互。274.存儲(chǔ)器與緩沖區(qū)管理程序(續(xù))緩沖區(qū)管理器27數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管理器數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)模式更新查詢(xún)更新28數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管5.事務(wù)管理器事務(wù)的概念事務(wù)是一個(gè)或多個(gè)必須被原子地執(zhí)行的數(shù)據(jù)庫(kù)操作的集合。例：銀行轉(zhuǎn)帳事務(wù)管理器(TransactionProcessor)：(1)日志和恢復(fù)管理器：負(fù)責(zé)事務(wù)的持久性(2)并發(fā)控制管理器：保證事務(wù)的原子性、獨(dú)立性295.事務(wù)管理器事務(wù)的概念29事務(wù)的ACID性質(zhì)A：原子性事務(wù)中的操作或者都執(zhí)行或者都不執(zhí)行。C：一致性事務(wù)執(zhí)行前后數(shù)據(jù)庫(kù)滿(mǎn)足所有約定的一致性條件。I：獨(dú)立性?xún)蓚€(gè)事務(wù)同時(shí)執(zhí)行不相互干擾。D：持久性事務(wù)完成后即使系統(tǒng)故障，事務(wù)的結(jié)果長(zhǎng)期保存。例如：賬戶(hù)余額不能是負(fù)數(shù)30事務(wù)的ACID性質(zhì)A：原子性例如：賬戶(hù)余額不能是負(fù)數(shù)30(1)日志與恢復(fù)管理器數(shù)據(jù)庫(kù)的每一個(gè)變化記錄在日志中，無(wú)論何時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)故障或“崩潰”，恢復(fù)管理器都可以通過(guò)檢查日志中的修改記錄，把數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到某一個(gè)一致?tīng)顟B(tài)。日志管理器先把日志寫(xiě)入緩沖區(qū)，然后與緩沖區(qū)管理器協(xié)商以確保緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)懭氪疟P(pán)31(1)日志與恢復(fù)管理器數(shù)據(jù)庫(kù)的每一個(gè)變化記錄在日志中，無(wú)論(2)并發(fā)控制管理器也稱(chēng)為調(diào)度器（scheduler）可以令并行執(zhí)行的多個(gè)事務(wù)中的操作，執(zhí)行效果等同于事務(wù)串行執(zhí)行的某個(gè)次序，以此保證一致性。通過(guò)封鎖機(jī)制實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的某些數(shù)據(jù)片斷加鎖，避免沖突操作帶來(lái)的不利影響；鎖通常保存在主存的鎖表中。調(diào)度器阻止執(zhí)行引擎存取加鎖數(shù)據(jù)。32(2)并發(fā)控制管理器也稱(chēng)為調(diào)度器（scheduler）可以消除死鎖死鎖當(dāng)事務(wù)通過(guò)調(diào)度器授權(quán)鎖競(jìng)爭(zhēng)資源時(shí)，它們可能會(huì)陷入一種狀態(tài)：由于每個(gè)事務(wù)需要的資源都被另一個(gè)事務(wù)占有，沒(méi)有一個(gè)事務(wù)能夠繼續(xù)執(zhí)行。消除死鎖事務(wù)管理器的任務(wù)之一刪除(“回滾”或“終止”)一個(gè)或多個(gè)事務(wù)，以便其他事務(wù)可以繼續(xù)執(zhí)行33消除死鎖死鎖33未來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)面向?qū)ο驞BMS：面向?qū)ο缶幊淌歉玫某绦蚪Y(jié)構(gòu)工具提供豐富的數(shù)據(jù)類(lèi)型面向?qū)ο蟮囊恍┬绿匦约s束和觸發(fā)程序—數(shù)據(jù)庫(kù)中的主動(dòng)元素多媒體數(shù)據(jù)—無(wú)論是檢索方法還是存儲(chǔ)管理方法都必須做改進(jìn)數(shù)據(jù)集成—數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)34未來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)面向?qū)ο驞BMS：34數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展（續(xù)2）數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的最新發(fā)展：數(shù)據(jù)庫(kù)三大國(guó)際會(huì)議：VLDB（InternationalConferenceonVeryLargeDataBases）7篇（截至2006年）、ACMSIGMOD（InternationalConferenceonManagementofDataEngineering）2篇、ICDE（InternationalConferenceonDateEngineering）3篇ICDT主題（InternationalConferenceonDatabaseTheory）：Accessmethodsandphysicaldesign;Activedatabases;Complexityandperformance;Constraintdatabases;Dataintegrationandinteroperability;Datamining;Datamodels;Databaseprogrammingandquerylanguages;Databasesandinformationretrieval;ProbabilisticDatabases;Databasesandworkflow;DatabasesandtheSemanticWeb;Databasesine-commerce;Databasesine-services;Deductivedatabasesandknowledgebases;Distributeddatabases;Integrityandsecurity;Logicanddatabases;Multimediadatabases;Queryoptimization;Queryprocessing;Real-timedatabases;Semi-structured,XML,andWebdata;Spatialdata;Temporaldata;Concurrencyandrecovery;Transactionmanagement;Viewsanddatawarehousing.第1講數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)世界

35數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展（續(xù)2）數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的最新發(fā)展：數(shù)據(jù)庫(kù)三大國(guó)際主要內(nèi)容1.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展1.2數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)概述1.3本書(shū)概述36主要內(nèi)容1.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展36數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的研究數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)程序設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)本課程著重研究37數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的研究數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)本課程著重研究37（1）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)第2章實(shí)體－聯(lián)系數(shù)據(jù)模型第3章關(guān)系數(shù)據(jù)模型第4章其他數(shù)據(jù)模型38（1）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)第2章實(shí)體－聯(lián)系數(shù)據(jù)模型38（2）數(shù)據(jù)庫(kù)程序設(shè)計(jì)第5章關(guān)系代數(shù)第6章數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言SQL第7章約束和觸發(fā)器第8章SQL的系統(tǒng)特征39（2）數(shù)據(jù)庫(kù)程序設(shè)計(jì)第5章關(guān)系代數(shù)39本章結(jié)束！40本章結(jié)束！40第1章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)世界主講人：駱炎民Email：lym@41第1章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)世界主講人：駱炎民1基本概念數(shù)據(jù)(Data)能輸入計(jì)算機(jī)并被計(jì)算機(jī)程序識(shí)別處理的信息集合數(shù)據(jù)處理對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、加工和傳播的一系列活動(dòng)的總和。數(shù)據(jù)管理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、組織、編碼、存儲(chǔ)。檢索和維護(hù)它是數(shù)據(jù)處理的中心問(wèn)題42基本概念數(shù)據(jù)(Data)2基本概念(續(xù))數(shù)據(jù)庫(kù)(Database)本質(zhì)上是信息的集合一般而言，數(shù)據(jù)庫(kù)是指在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)管理和控制之下，存放在存儲(chǔ)介質(zhì)上的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem-DBMS)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理控制的軟件系統(tǒng)43基本概念(續(xù))數(shù)據(jù)庫(kù)(Database)3DBMS的功能(1)數(shù)據(jù)庫(kù)定義功能提供數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言(DDL);定義數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象(2)數(shù)據(jù)庫(kù)操縱功能提供數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言(DML);操縱數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本操作(查詢(xún)、插入、刪除和修改)。(3)數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行管理

保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性；多用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)的并發(fā)使用；發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復(fù)44DBMS的功能(1)數(shù)據(jù)庫(kù)定義功能4DBMS的功能(續(xù))(4)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)功能(實(shí)用程序)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)批量裝載數(shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)介質(zhì)故障恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)的重組織性能監(jiān)視等45DBMS的功能(續(xù))(4)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)功能(實(shí)用程序數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展歷程在應(yīng)用需求的推動(dòng)下，在計(jì)算機(jī)硬件、軟件發(fā)展的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了三個(gè)階段：(1)人工管理階段(2)文件系統(tǒng)階段(3)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段46數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展歷程在應(yīng)用需求的推動(dòng)下，在計(jì)算機(jī)硬件、軟件(1)人工管理階段時(shí)間：20世紀(jì)50年代中期以前應(yīng)用背景：科學(xué)計(jì)算硬件背景：無(wú)直接存取存儲(chǔ)設(shè)備軟件背景：無(wú)操作系統(tǒng)處理方式：批處理47(1)人工管理階段時(shí)間：20世紀(jì)50年代中期以前7人工管理特點(diǎn)（1）數(shù)據(jù)的管理者：用戶(hù)(程序員)（2）數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：某個(gè)應(yīng)用程序（3）數(shù)據(jù)共享程度：數(shù)據(jù)不共享，冗余度極大（4）數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：不獨(dú)立，完全依賴(lài)于程序（5）數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：無(wú)結(jié)構(gòu)（6）數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序控制,數(shù)據(jù)不保存數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用的，一組數(shù)據(jù)只能對(duì)應(yīng)一個(gè)程序。當(dāng)多個(gè)應(yīng)用程序涉及某些相同的數(shù)據(jù)時(shí)，由于必須各自定義，無(wú)法互相利用、互相參照，因此程序與程序之間有大量的冗余數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后，必須對(duì)應(yīng)用程序做相應(yīng)的修改，這就進(jìn)一步加重了程序員的負(fù)擔(dān)。應(yīng)用程序中不僅要規(guī)定數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，而且要設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)，包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入方式等。數(shù)據(jù)只在計(jì)算某一課題時(shí)輸入，用完就撤走，不保存48人工管理特點(diǎn)（1）數(shù)據(jù)的管理者：用戶(hù)(程序員)數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用(2)文件系統(tǒng)階段時(shí)間：20世紀(jì)50年代中期應(yīng)用背景：科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)管理硬件背景：磁盤(pán)、磁鼓軟件背景：文件系統(tǒng)處理方式：聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理、批處理49(2)文件系統(tǒng)階段時(shí)間：20世紀(jì)50年代中期9文件系統(tǒng)的缺陷（1）數(shù)據(jù)的管理者：文件系統(tǒng)（2）數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：基本還是面向應(yīng)用程序（3）數(shù)據(jù)共享程度：共享性差，冗余度大（4）數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：有一定獨(dú)立性,但獨(dú)立性差（5）數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu),整體無(wú)結(jié)構(gòu)（6）數(shù)據(jù)控制能力：應(yīng)用程序控制數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期保存由專(zhuān)門(mén)的軟件即文件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，文件系統(tǒng)把數(shù)據(jù)組織成相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)文件，利用“按文件名訪問(wèn)，按記錄進(jìn)行存取”的管理技術(shù)，可以對(duì)文件進(jìn)行修改、插入和刪除的操作。在文件系統(tǒng)中，一個(gè)文件基本上對(duì)應(yīng)于一個(gè)應(yīng)用程序，即文件仍然是面向應(yīng)用的。當(dāng)不同的應(yīng)用程序具有部分相同的數(shù)據(jù)時(shí)，也必須建立各自的文件，而不能共享相同的數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)的冗余度大，浪費(fèi)存儲(chǔ)空間。同時(shí)由于相同數(shù)據(jù)的重復(fù)存儲(chǔ)、各自管理，容易造成數(shù)據(jù)的不一致性，給數(shù)據(jù)的修改和維護(hù)帶來(lái)了困難程序和數(shù)據(jù)間由文件系統(tǒng)提供存取方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)間有了一定的獨(dú)立性，程序員可不必過(guò)多考慮物理細(xì)節(jié)，將精力集中于算法。且數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)上的改變不一定反映在程序上，節(jié)省了維護(hù)程序的工作量。文件為某一特定應(yīng)用服務(wù)，其邏輯結(jié)構(gòu)對(duì)該應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)是優(yōu)化的，因此要想對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)再增加一些新的應(yīng)用會(huì)很困難，系統(tǒng)不易擴(kuò)充。一旦數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)改變，必須修改應(yīng)用程序，修改文件結(jié)構(gòu)的定義。應(yīng)用程序的改變，也將引起文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的改變。因此數(shù)據(jù)與程序之間仍缺乏獨(dú)立性。

50文件系統(tǒng)的缺陷（1）數(shù)據(jù)的管理者：文件系統(tǒng)由專(zhuān)門(mén)的軟件即文件(3)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段時(shí)間：20世紀(jì)60年代末70年代初以來(lái)應(yīng)用背景：大規(guī)模管理硬件背景：大容量磁盤(pán)軟件背景：數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)處理方式：聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理,分布式處理,批處理51(3)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段時(shí)間：20世紀(jì)60年代末70年代初以來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）數(shù)據(jù)的管理者：數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（2）數(shù)據(jù)面向的對(duì)象：整個(gè)組織、系統(tǒng)(多個(gè)應(yīng)用)（3）數(shù)據(jù)共享程度：共享性高，冗余度低，易擴(kuò)充（4）數(shù)據(jù)的獨(dú)立性：高度的物理獨(dú)立性一定的邏輯獨(dú)立性（5）數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：整體結(jié)構(gòu)化，用數(shù)據(jù)模型描述（6）數(shù)據(jù)控制能力：由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全性、完整性、并發(fā)控制和恢復(fù)能力在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中不僅要考慮某個(gè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還要考慮整個(gè)組織的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如：一個(gè)學(xué)校的信息管理系統(tǒng)中不僅要考慮學(xué)生的人事管理，還要考慮學(xué)籍管理、選課管理，同時(shí)還要考慮教員的人事管理、科研管理等應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)從整體角度看待和描述數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不再面向某個(gè)應(yīng)用而是面向整個(gè)系統(tǒng)，因此數(shù)據(jù)可以被多個(gè)用戶(hù)、多個(gè)應(yīng)用共享使用。數(shù)據(jù)共享可以大大減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約存儲(chǔ)空間；還能夠避免數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性。而且由于數(shù)據(jù)面向整個(gè)系統(tǒng)，是有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，不僅可以被多個(gè)應(yīng)用共享使用，而且容易增加新的應(yīng)用，這就使得數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)彈性大，易于擴(kuò)充，可以適應(yīng)各種用戶(hù)的要求。可以取整體數(shù)據(jù)的各種子集用于不同的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)應(yīng)用需求改變或增加時(shí)，只要重新選取不同的子集或加上一部分?jǐn)?shù)據(jù)便可以滿(mǎn)足新的需求。物理獨(dú)立性是指用戶(hù)的應(yīng)用程序與存儲(chǔ)在磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的。也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)在磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)庫(kù)中怎樣存儲(chǔ)是由DBMS管理的，用戶(hù)程序不需要了解，應(yīng)用程序要處理的只是數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，這樣當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)改變了，應(yīng)用程序不用改變。邏輯獨(dú)立性是指用戶(hù)應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的，即數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶(hù)程序可以不變。------數(shù)據(jù)獨(dú)立性是由DBMS的二級(jí)映象功能來(lái)保證的，將在下面討論。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，是數(shù)據(jù)庫(kù)的主要特征之一，也是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)與文件系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別。

在文件系統(tǒng)中，盡管其記錄內(nèi)部己有了某些結(jié)構(gòu)，但記錄之間沒(méi)有聯(lián)系。而數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在描述數(shù)據(jù)時(shí)不僅要描述數(shù)據(jù)本身，還要描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。而且存取數(shù)據(jù)的方式也很靈活，可以存取數(shù)據(jù)庫(kù)中的某一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)、一組數(shù)據(jù)項(xiàng)、一個(gè)記錄或一組記錄。而在文件系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的最小存單位是記錄．粒度不能細(xì)到數(shù)據(jù)項(xiàng)。52數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）數(shù)據(jù)的管理者：數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫(kù)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)外模式/模式映像應(yīng)用A應(yīng)用B應(yīng)用C應(yīng)用D應(yīng)用E外模式1外模式2外模式3模式內(nèi)模式數(shù)據(jù)庫(kù)模式/內(nèi)模式映像三級(jí)模式/二級(jí)映像53數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)外模式/模式映像應(yīng)用A應(yīng)用B應(yīng)用C應(yīng)用D應(yīng)三級(jí)模式外模式(子模式/用戶(hù)模式)

局部邏輯結(jié)構(gòu)為特定的應(yīng)用設(shè)計(jì)、面向應(yīng)用的局部視圖模式(概念模式/邏輯模式)

全局邏輯結(jié)構(gòu)綜合考慮各項(xiàng)應(yīng)用組織成的整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，面向整個(gè)系統(tǒng)；供多項(xiàng)應(yīng)用共享。內(nèi)模式(存儲(chǔ)模式)

存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)全體數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的內(nèi)部表示或者低層描述，用來(lái)定義數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式和物理結(jié)構(gòu)。54三級(jí)模式外模式(子模式/用戶(hù)模式)局部邏輯二級(jí)映像與數(shù)據(jù)獨(dú)立性外模式/模式映像（邏輯獨(dú)立性）定義某個(gè)外模式和模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)模式改變時(shí)，外模式/模式映像要作相應(yīng)的改變,以保持外模式不變。(除非模式結(jié)構(gòu)的變化使得子模式中的某些數(shù)據(jù)無(wú)法再?gòu)臄?shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)出)模式/內(nèi)模式映像（物理獨(dú)立性）定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，可相應(yīng)修改模式/內(nèi)模式映像，從而使模式保持不變。由此提供數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性

局部邏輯結(jié)構(gòu)獨(dú)立于全局邏輯結(jié)構(gòu)由此提供數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性

邏輯結(jié)構(gòu)獨(dú)立于物理結(jié)構(gòu)55二級(jí)映像與數(shù)據(jù)獨(dú)立性外模式/模式映像（邏輯獨(dú)立性）由此提供數(shù)主要內(nèi)容1.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展1.2數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)概述1.3本書(shū)概述56主要內(nèi)容1.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展16數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管理器數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)模式更新查詢(xún)更新57數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言命令---修改模式/元數(shù)據(jù)（紅色軌跡）查詢(xún)處理過(guò)程（綠色軌跡）事務(wù)處理（黃色軌跡）：ACID(Atomic、Consistent、Isolated、Durable)。記日志、并發(fā)控制與消除死鎖。58數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言命令---修改模式/元數(shù)據(jù)（1.數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)庫(kù)本身的內(nèi)容元數(shù)據(jù)(metadata)描述有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模式以及語(yǔ)義限制等的信息，如表結(jié)構(gòu)信息。另一種說(shuō)法：關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)外：統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)索引日志記錄591.數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)庫(kù)本身的內(nèi)容數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)外：統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管理器數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)模式更新查詢(xún)更新60數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管2.DBMS的輸入由應(yīng)用程序或管理工具輸入查詢(xún)：查詢(xún)要求更新：增、刪、改的要求模式更新：如修改表結(jié)構(gòu)要求有一定權(quán)限612.DBMS的輸入由應(yīng)用程序或管理工具輸入21數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管理器數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)模式更新查詢(xún)更新62數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管3.查詢(xún)處理器-1(1)查詢(xún)編譯器(querycompiler)把查詢(xún)轉(zhuǎn)換為查詢(xún)計(jì)劃。查詢(xún)計(jì)劃是在數(shù)據(jù)上的操作序列；通常用關(guān)系代數(shù)運(yùn)算表達(dá)。由以下3個(gè)模塊組成：查詢(xún)分析器:從查詢(xún)的文本結(jié)構(gòu)中構(gòu)造一個(gè)查詢(xún)樹(shù)查詢(xún)預(yù)處理器:對(duì)查詢(xún)做語(yǔ)義檢查，并將查詢(xún)語(yǔ)法樹(shù)轉(zhuǎn)換成表示初始查詢(xún)計(jì)劃的關(guān)系代數(shù)操作符樹(shù)。查詢(xún)優(yōu)化器:將查詢(xún)初始計(jì)劃轉(zhuǎn)換成在實(shí)際數(shù)據(jù)上最高效地執(zhí)行的操作序列。633.查詢(xún)處理器-1(1)查詢(xún)編譯器(querycompi3.查詢(xún)處理器-2(2)執(zhí)行引擎(executionengine)負(fù)責(zé)執(zhí)行選定的查詢(xún)計(jì)劃的每一步與DBMS其他組件直接或經(jīng)緩沖區(qū)進(jìn)行交互為了操作數(shù)據(jù)，執(zhí)行引擎必須：從數(shù)據(jù)庫(kù)中將數(shù)據(jù)取到緩沖區(qū)；與調(diào)度器交互避免存取已加鎖的數(shù)據(jù)；與日志管理器交互以確保對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新記入日志643.查詢(xún)處理器-2(2)執(zhí)行引擎(execution數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管理器數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)模式更新查詢(xún)更新65數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管4.存儲(chǔ)器與緩沖區(qū)管理程序存儲(chǔ)器管理器(storagemanager)負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)在磁盤(pán)上的定位，以及數(shù)據(jù)在磁盤(pán)與主存間的移動(dòng)。跟蹤磁盤(pán)上的文件位置，根據(jù)請(qǐng)求從緩沖區(qū)管理器中獲取該文件的一個(gè)(多個(gè))磁盤(pán)塊(4000~16000B)為提高效率，DBMS通常直接控制磁盤(pán)管理器664.存儲(chǔ)器與緩沖區(qū)管理程序存儲(chǔ)器管理器(storagema4.存儲(chǔ)器與緩沖區(qū)管理程序(續(xù))緩沖區(qū)管理器負(fù)責(zé)把可用主存分割成緩沖區(qū)(buffer)緩沖區(qū)是包含若干個(gè)頁(yè)面的區(qū)域，可傳輸磁盤(pán)塊。所有需要從磁盤(pán)獲取信息的DBMS組件，可直接地或通過(guò)執(zhí)行引擎間接地同緩沖區(qū)以及緩沖區(qū)管理器進(jìn)行交互。674.存儲(chǔ)器與緩沖區(qū)管理程序(續(xù))緩沖區(qū)管理器27數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管理器數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)模式更新查詢(xún)更新68數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的組成存儲(chǔ)器和緩沖區(qū)管理器“查詢(xún)”處理器事務(wù)管5.事務(wù)管理器事務(wù)的概念事務(wù)是一個(gè)或多個(gè)必須被原子地執(zhí)行的數(shù)據(jù)庫(kù)操作的集合。例：銀行轉(zhuǎn)帳事務(wù)管理器(TransactionProcessor)：(1)日志和恢復(fù)管理器：負(fù)責(zé)事務(wù)的持久性(2)并發(fā)控制管理器：保證事務(wù)的原子性、獨(dú)立性695.事務(wù)管理器事務(wù)的概念29事務(wù)的ACID性質(zhì)A：原子性事務(wù)中的操作或者都執(zhí)行或者都不執(zhí)行。C：一致性事務(wù)執(zhí)行前后數(shù)據(jù)庫(kù)滿(mǎn)足所有約定的一致性條件。I：獨(dú)立性?xún)蓚€(gè)事務(wù)同時(shí)執(zhí)行不相互干擾。D：持久性事務(wù)完成后即使系統(tǒng)故障，事務(wù)的結(jié)果長(zhǎng)期保存。例如：賬戶(hù)余額不能是負(fù)數(shù)70事務(wù)的ACID性質(zhì)A：原子性例如：賬戶(hù)余額不能是負(fù)數(shù)30(1)日志與恢復(fù)管理器數(shù)據(jù)庫(kù)的每一個(gè)變化記錄在日志中，無(wú)論何時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)故障或“崩潰”，恢復(fù)管理器都可以通過(guò)檢查日志中的修改記錄，把數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到某一個(gè)一致?tīng)顟B(tài)。日志管理器先把日志寫(xiě)入緩沖區(qū)，然后與緩沖區(qū)管理器協(xié)商以確保緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)懭氪疟P(pán)71(1)日志與恢復(fù)管理器數(shù)據(jù)庫(kù)的每一個(gè)變化記錄在日志中，無(wú)論(2)并發(fā)控制管理器也稱(chēng)為調(diào)度器（scheduler）可以令并行執(zhí)行的多個(gè)事務(wù)中的操作，執(zhí)行效果等同于事務(wù)串行執(zhí)行的某個(gè)次序，以此保證一致性。通過(guò)封鎖機(jī)制實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的某些數(shù)據(jù)片斷加鎖，避免沖突操作帶來(lái)的不利影響；鎖通常保存在主存的鎖表中。調(diào)度器阻止執(zhí)行引擎存取加鎖數(shù)據(jù)。72(2)并發(fā)控制管理器也稱(chēng)為調(diào)度器（scheduler）可以消除死鎖死鎖當(dāng)事務(wù)通過(guò)調(diào)度器授權(quán)鎖競(jìng)爭(zhēng)資源時(shí)，它們可能會(huì)陷入一種狀態(tài)：由于每個(gè)事務(wù)需要的資源都被另一個(gè)事務(wù)占有，沒(méi)有一個(gè)事務(wù)能夠繼續(xù)執(zhí)行。消除死鎖事務(wù)管