中南大学数据库技术与管理课件1.4 数据系统的结构.pptVIP

1.4 数据库系统的结构 1.4.1　数据库系统的三级模式结构 1.4.2　数据库系统的体系结构 1.4 数据库系统的结构 数据库系统的结构与所观察的角度有关。从数据库管理系统的角度看，数据库系统采用三级模式结构，这是数据库管理系统内部的系统结构。从数据库最终用户角度看，数据库系统的结构分为集中式结构、分布式结构、客户/服务器结构和并行结构等，这是数据库系统外部的体系结构。 本节讨论数据库系统的这两种结构。 1.4.1 数据库系统的三级模式结构 数据库系统的三级模式结构如图1.16所示，即由外模式、模式和内模式三级组成。数据按外模式的描述提供给用户，按内模式的描述存储在磁盘中，而模式提供了连接这两级的相对稳定的中间观点，并使得两级中任何一级的改变都不受另一级的牵制。 1.4.1 数据库系统的三级模式结构 下面对图中的有关内容进行简要解释。 1．模式 模式（Schema）也称逻辑模式或概念模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。它仅仅涉及到型的描述，不涉及到具体的值。模式的一个具体赋值称为模式的一个实例（Instance）。同一个模式可以有很多实例。模式是相对稳定的，而实例是相对变动的，这是因数据库的数据在不断更新。模式反映的是数据的结构及其联系，而实例反映的是数据库某一时刻的状态。 1.4.1 数据库系统的三级模式结构 模式实际上是数据库数据在逻辑上的视图，既不涉及存储结构，也与应用程序及访问技术等细节无关。一个数据库只有一个模式。数据库模式以某一种数据模型为基础，统一考虑了所有用户的需求，并将这些需求有机地结合成一个逻辑整体。 当定义模式时，要定义数据的逻辑结构，如记录由哪些字段组成，字段的名字、类型、取值范围等，还要定义数据间的联系，与数据有关的完整性、安全性等。描述模式的数据语言称为模式DDL（Schema Data Definition Language）。 1.4.1 数据库系统的三级模式结构 2．外模式 外模式（External Schema）也称子模式或用户模式，是用户与数据库系统的接口，是用户用到的那部分数据的描述。外模式通常是模式的子集，由若干个外部记录型组成。由于每个用户均需使用一个外模式，而用户对数据的需求往往不同，因此多个用户可以有多个不同的外模式。每个外模式可为多个用户使用，而同一个用户也可以使用不同的外模式，但每一个应用程序只能使用一个外模式。 外模式是保证数据库安全的一个有力措施，因为每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据，数据库中的其余数据则是不可见的。DBMS提供外模式描述语言（外模式DDL）来严格定义外模式。 1.4.1 数据库系统的三级模式结构 3．内模式 内模式（Internal Schema）也称存储模式，是数据库在物理存储方面的描述，它定义所有的内部记录型、索引和文件的组织方式，以及数据控制方面的细节。内部记录并不涉及到物理设备的约束。比内模式更接近物理存储和访问的那些软件机制是操作系统的文件系统。例如，从磁盘读数据或写数据到磁盘上的操作等。 DBMS提供内模式描述语言（内模式DDL）来严格定义内模式。 1.4.1 数据库系统的三级模式结构 4．外模式/模式的映象 数据库系统在三级模式之间建立了两层映象，即外模式/模式的映象和模式/内模式的映象。模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的局部逻辑结构。同一个模式可以有多个外模式。对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映象。 当模式改变时，例如增加记录型或增加字段，则只相应修改外模式/模式映象，可以使外模式保持不变。应用程序是依据外模式编写的，故应用程序不必修改，从而保证了数据与应用程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性或简称逻辑独立性。 1.4.1 数据库系统的三级模式结构 5．模式/内模式映象 数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，因此模式/内模式映象是唯一的，它定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。如果数据库的内模式要修改，则由数据库管理员对模式/内模式映象作相应改变，可以使模式保持不变，从而应用程序也不必改变。这样，即保证了数据与程序的物理独立性，称数据的物理独立性或简称物理独立性。 1.4.1 数据库系统的三级模式结构 总之，在三级模式结构中，模式是数据库的中心与关键，其独立于数据库的其他层次。设计数据库时应首先确定数据库的模式。 数据库的内模式依赖于模式，但独立于数据库的外模式，也独立于具体的存储设备。它将模式中所定义的数据结构及其联系按照一定的物理存储策略进行组织，以获取较好的时间与空