資料庫管理系統（知識解集）

一、資料庫管理系統的基本功能

資料庫管理系統主要是實作對共享資料有效的組織、存儲、管理和存取。圍繞資料，資料庫管理系統的功能為：

1、

資料庫定義和建立

建立資料庫主要是用資料定義語言定義和建立資料庫模式、外模式、内模式等資料庫對象。在關系資料庫中就是建立資料庫（或模式）、表、視圖、索引等，還有建立使用者、安全保密定義（如使用者密碼、級别、角色、存取權限）、資料庫的完整性定義。這些定義存儲在資料字典（亦稱為系統目錄）中，是資料庫管理系統運作的基本依據。

2、資料組織、存儲和管理

資料庫管理系統要分類組織、存儲和管理各種資料，包括資料字典、使用者資料、存取路徑等。要确定以何種檔案結構和存取方式在存儲器上組織這些資料，以及如何實作資料之間的聯系。資料組織和存儲的基本目标是提高存儲空間使用率和方式存取，提高多種存取方法（如索引查找、hash查找、順序查找等）以提高存取效率。

3、

資料庫管理系統提供使用者對資料的操作功能，實作對資料庫資料的索引、插入、修改和删除。一個友好的關系資料庫管理系統應該提供功能強且易學易用的資料操縱語言、友善的操作方式和較高的資料存取效率。資料操縱語言有兩類：宿主型語言和自立（獨立）型語言。

4 、

資料庫事務管理和運作管理

資料庫管理系統的運作控制和管理功能，包括多使用者環境下的事務管理功能和安全性、完整性控制功能；資料庫恢複、并發控制和死鎖檢測（或死鎖防止）、安全性檢查和存取控制、完整性檢查和執行、運作日志的組織管理等。這些功能保證了資料庫系統的正常運作，保證了事務的ACID特性。

5、

資料庫的建立和維護

包括資料庫的初始建立、資料的轉換、資料庫的轉儲和恢複、資料庫的重組織和重構造以及性能檢測分析等。

6、其他功能

資料庫管理系統包括與網絡中其他軟體的通信功能，一個資料庫管理系統與另一個資料庫管理系統或檔案系統的資料轉換功能；異構資料庫之間的互訪和互操作功能等。

和作業系統、編譯系統等系統軟體相比，資料庫管理系統具有跨度大、功能多的特點。從最底層的存儲管理、緩沖區管理、資料存取操作、語言處理到最外層的使用者接口、資料表示、開發環境的支援都是它要實作的功能。

資料庫管理

系統的實作，既要充分利用計算機硬體、作業系統、編譯系統和網絡通信等技術，又要突出對海量資料存儲、管理和處理的特點，還要保證其存取資料和運作事務的高效率。

二、

資料庫管理系統

的系統結構

1、資料庫管理系統的層次結構

和作業系統一樣，可以将資料管理系統劃分為若幹層次。例如，IBM公司最早研制的著名的關系數

據庫管理系統

實驗系統SystemR，其核心分為底層的關系存儲系統（RSS）和上層的關系資料系統（RDS）。

RDS本質上是一個語言和執行層，包括文法檢查與分析、優化、代碼生成、視圖實作、安全性完整性檢查等功能。

RSS則是一個存取方法層，其功能包括空間和裝置管理、索引和存取路徑管理、事務管理、并發控制、運作日志管理和恢複。

按照處理對象的不同，依最進階到最低級的次序來劃分的碼具有普遍性。關系資料庫管理系統的層次結構圖示：

最上層是應用層，位于關系資料庫管理系統的核心之外。應用層處理的對象是各種各樣的資料庫應用，如用開發工具開發的或用嵌入式SQL、存儲過程等編寫的應用程式，及終端使用者通過應用程式接口發出的事務請求或各種查詢要求等。該層是關系資料庫管理系統與使用者/應用程式的界面層。

第二層是語言處理層。它處理的對象是資料庫語言，如SQL；向上提供的資料接口是關系、視圖，即元組的集合。該層的功能是對資料庫語言的各類語句進行文法分析、視圖轉換、安全性檢查、完整性檢查、查詢優化等；通過對下層基本子產品的調用，生成可執行代碼，這些代碼的運作即可完成資料庫語句的功能要求。

第三層是資料存取層。該層處理的對象是單個元組，把上層的集合操作轉換為單記錄操作。該層執行掃描，排序，元組的增删改查，封鎖等基本操作；完成資料記錄的存取、存取路徑維護、資料管理、并發控制和恢複等工作。

第四層是資料存儲層。該層處理的對象是資料頁和系統緩沖區，執行檔案的邏輯打開、關閉、讀頁、寫頁、緩沖區讀和寫、頁面淘汰等操作，完成緩沖區管理、内外存交換、外存的資料管理等功能。

作業系統是資料庫管理系統的基礎，它處理的對象是資料檔案的實體塊，執行實體檔案的讀寫操作，保證資料管理系統對資料邏輯上的讀寫真實地映射到實體檔案上。作業系統提供的存取原語和基本的存取方法通常作為資料庫管理系統資料存儲層的接口。

2、關系資料庫管理系統的運作過程示例

關系資料庫管理系統是一個複雜而有序的整體。如下圖是應用程式/使用者通過關系資料庫管理系統讀取資料庫資料的過程：

其中，資料字典是資料庫的重要組成部分，存儲中繼資料。

使用者A通過應用程式A向關系資料庫管理系統發出調用資料庫資料的指令。

關系資料庫管理系統首先對指令進行進行文法檢查，檢查通過後進行語義檢查和使用者存取權限檢查。具體做法是，關系資料庫管理系統讀取資料字典，檢查是否存在該關系及相應的字段、該使用者能否讀取它們等，确認語義正确、存取權限合法後便決定指定該指令，否則拒絕執行，傳回錯誤資訊。

關系資料庫管理系統執行查詢優化。優化器要根據資料字典中的資訊進行優化，并把該指令轉換成一串單記錄的存取操作序列。

關系資料庫管理系統執行存取操作序列（反複執行以下各步，直至結束）。

關系資料庫管理系統首先在系統緩沖區查找記錄，若找到滿足條件的記錄則轉到10，否則轉到6。

關系資料庫管理系統檢視存儲模式，決定從哪個檔案、用什麼方式讀取哪個實體記錄。

關系資料庫管理系統根據6的結果，向作業系統發出讀取記錄的指令。

作業系統執行讀取資料的相關操作。

作業系統将資料從資料庫的存儲去送至系統緩沖區。

關系資料庫管理系統根據查詢指令和資料字典的内容導出使用者所要讀取的記錄格式。

關系資料庫管理系統将資料記錄從系統緩沖區傳送到應用程式A的使用者工作區。

關系資料庫管理系統将執行狀态資訊。如成功讀取或不成功的錯誤訓示、例外狀态資訊等傳回給應用程式A。

根據資料庫管理系統層次結構，可以将以上操作對應相應的層次：

應用層： 1

語言處理層：2、3

資料存取層：4、10、11、12

資料存儲層：5、6、7

作業系統：8、9

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