《資料庫技術原理與應用教程第2版》——2.2資料庫内部結構體系

本節書摘來自華章出版社《資料庫技術原理與應用教程第2版》一書中的第2章，第2.2節，作者 徐潔磐 操鳳萍 　，更多章節内容可以通路雲栖社群“華章計算機”公衆号檢視。

資料庫在構作時其内部具有三級模式和二級映射，三級模式分别是概念模式、内模式與外模式，二級映射則分别是從概念模式到内模式的映射以及外模式到概念模式的映射。這種三級模式與二級映射構成了資料庫内部的抽象結構體系，如圖24所示。

資料模式（data schema）是資料庫中資料的全局、統一結構形式的具體表示與描述，它反映了資料庫的基本結構特性。一般而言，一個資料庫都有一個與之對應的資料模式，而該資料庫中的資料則按資料模式要求組織存放。

在資料庫中，資料模式具有不同層次與結構方式，一般有三層，這就是我們所說的資料庫三級模式。三級模式是一種資料庫内部抽象結構體系，并具有對構作系統的理論指導價值。

（1）概念模式

概念模式（conceptual schema）是資料庫中全局資料邏輯結構的描述，是全體使用者（應用）公共資料視圖。這種描述是一種抽象的描述，它不涉及具體的硬體環境與平台，也與具體的軟體環境無關。

概念模式主要描述資料的概念記錄類型以及它們間的關系，它還包括一些資料間的語義限制。對它的描述可用dbms中的ddl語言定義。

（2）外模式

外模式（external schema）也稱子模式（subschema）或使用者模式（user’s schema），它是使用者的資料視圖，即使用者所見到的模式。它由概念模式推導而出，概念模式給出了系統全局的資料描述，而外模式則給出每個使用者的局部描述。一個概念模式可以有若幹個外模式，每個使用者隻關心與它有關的模式，這樣可以屏蔽大量無關資訊且有利于資料保護。在一般的dbms中都提供相關的外模式描述語言（外模式ddl）。

（3）内模式

内模式（internal schema）又稱為實體模式（physical schema），它給出了資料庫實體存儲結構與實體存取方法，如資料存儲的檔案結構、索引、集簇及hash等的存取方式與存取路徑。内模式的實體性主要展現在作業系統及檔案級上，還沒有深入到裝置級（如磁盤及磁盤操作），但近年來有向裝置級發展的趨勢（如原始磁盤、磁盤分塊技術等）。dbms一般提供相關的内模式描述語言（内模式ddl）。

資料模式給出了資料庫的資料架構結構，而資料庫中的資料才是真正的實體，但這些資料必須按架構描述的結構組織。以概念模式為架構組成的資料庫叫做概念資料庫（conceptual database），以外模式為架構組成的資料庫叫做使用者資料庫（user’s database），以内模式為架構組成的資料庫叫做實體資料庫（physical database）。這三種資料庫中隻有實體資料庫是真實存在于計算機外存中，其他兩種資料庫并不真正存在于計算機中，而是通過兩種映射由實體資料庫映射而成。

模式的三個級别反映了模式的不同環境以及它們的不同要求，其中内模式處于最低層，它反映了資料在計算機實體結構中的實際存儲形式；概念模式處于中間層，它反映了設計者的資料全局邏輯要求；而外模式處于最上層，它反映了使用者對資料的要求。

資料庫三級模式是對資料的三個級别抽象，資料的全局邏輯結構由概念模式給出，而面向使用者的結構則由外模式表示，最後資料的具體實體實作留給内模式，使使用者與全局設計者不必關心資料庫的具體實作與實體背景。同時，它通過二級映射建立三級模式間的聯系與轉換，使得概念模式與外模式雖然并不實體存在，但是也能通過映射而獲得其存在的實體。二級映射也保證了資料庫系統中資料的獨立性，即資料的實體組織與邏輯概念級發生改變，并不影響使用者的外模式，它隻需調整映射方式而不必改變使用者模式。

該映射給出了概念模式中資料的全局邏輯結構到資料的實體存儲結構間的對應關系，此種映射一般由dbms實作。

概念模式是一個全局模式，而外模式則是使用者的局部模式，一個概念模式中可以定義多個外模式，而每個外模式是概念模式的一個基本視圖。外模式到概念模式的映射給出了外模式與概念模式的對應關系，這種映射一般也由dbms實作。