数据库系统的体系结构-《数据库技术与应用教程》成果

2023-11-24 理论教育版权反馈

【摘要】：在进行数据库系统的硬件配置时，应注意以下3个方面的问题。数据库管理员应参与数据库和应用系统的设计。

数据库系统的体系中由支持系统的计算机硬件设备、数据库及相关的计算机软件系统、开发和管理数据库系统的人员3部分组成。简单地说，数据库系统中包括硬件、软件和人员。

1.数据库系统需要的硬件资源及对硬件的要求

由于数据库系统建立在计算机硬件基础之上，它在必需的硬件资源支持下才能工作。因而系统的计算机设备配置情况是影响数据库运行的重要因素。支持数据库系统的计算机硬件资源包括计算机（服务器及客户机）、数据通信设备（计算机网络和多用户数据传输设备）及其他外围设备（特殊的数据输入输出设备，比如图形扫描仪、大屏幕的显示器及激光打印机）。

数据库系统数据量大，数据结构复杂，软件内容多，因而要求其硬件设备能够快速处理它的数据。这就需要硬件的数据存储容量大，数据处理速度和数据输入输出速度快。在进行数据库系统的硬件配置时，应注意以下3个方面的问题。

（1）计算机内存要尽量大

由于数据库系统的软件构成复杂，它包括操作系统、数据库管理系统、应用程序及数据库，工作时它们都需要一定的内存作为程序工作区或数据缓冲区。所以，数据库系统与其他计算机系统相比需要更多的内存支持。计算机内存的大小对数据库系统性能的影响是非常明显的，内存大就可以建立较多较大的程序工作区或数据缓冲区，以管理更多的数据文件和控制更多的程序过程，进行比较复杂的数据管理和更快地进行数据操作。每种数据库系统对计算机内存都有最低要求，如果计算机内存达不到其最低要求，系统将不能正常工作。

（2）计算机外存也要尽量大

由于数据库中的数据量大和软件种类多，它必然需要较大的外存空间来存储其数据文件和程序文件。计算机外存主要有软磁盘、磁带和硬盘，其中硬盘是最主要的外存设备。数据库系统要求硬盘的数据容量尽量大些。硬盘大可以为数据文件和数据库软件提供足够的空间，满足数据和程序的存储需要；可以为系统的临时文件提供存储空间，保证系统能正常运行；数据搜索时间较短，从而加快数据存取速度。

（3）计算机的数据传输速度要快

由于数据库的数据量大而操作复杂度不大，数据库工作时需要经常进行内、外存的交换操作，这就要求计算机不仅要有较强的通道能力，而且数据存取和数据交换的速度要快。虽然计算机的运行速度由CPU计算速度和数据Ⅰ/O的传输速度两者决定，但是对于数据库系统来说，加快数据Ⅰ/O的传输速度是提高运行速度的关键，提高数据传输速度是提高数据库系统效率的重要指标。

2.数据库系统的软件组成

数据库系统的系统结构中主要硬件及软件关系如图3－21所示。

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图3—21　数据库系统的系统结构

数据库系统的转件中包括操作系统（OS）、数据库管理系统（DB、ⅠS）、主语言编译系统、数据库应用开发系统及工具、数据库应用系统和数据库，它们的作用如下所述。

（1）操作系统

操作系统是所有计算机软件的基础，在数据库系统中起着支持DBMS及主语言系统工作的作为数据库应用系统、数据库用。如果管理的信息中有汉字，则需要中文操作系统的支持，以提供汉字的输入、输出方法和汉字信息的处理方法。

（2）数据库管理系统和主语言编译系统

数据库管理系统（DBMS）是为定义、建立、维护、使用及控制数据库而提供的有关数据管理的系统软件。主语言编译系统是为应用程序提供的诸如程序控制、数据输入输出、功能函数、图形处理、计算方法等数据处理功能的系统软件。由于数据库的应用很广泛，它涉及很多领域，DBMS不可能提供全部功能。因而，应用系统的设计与实现，需要DBMS和主语言编译系统配合才能完成。(www.chuimin.cn)

这样做有3个好处：一是它使得DBMS只需要考虑如何把有关数据管理和控制的功能做好而不需要考虑其他功能，可使其操作便利、功能更好；二是可使应用系统根据使用要求自由地选择主语言（常用的主语言有C、COBOL、PL/1、FORTRAN等），给用户带来了极大的灵活性；三是由于DBMS可以与多种语言配合使用，等于使这些主语言都具有数据库管理功能，或使DBMS具有其主语言的功能，这显然拓宽了数据库及主语言的应用领域，使它们能够发挥更大的作用。

（3）数据库应用开发工具软件

数据库应用开发工具是DBMS系统为应用开发人员和最终用户提供的高效率、多功能的应用生成器、第4代计算机语言等各种软件工具，如报表生成器、表单生成器、查询和视图设计器等，它们为数据库系统的开发和使用提供了良好的环境和帮助。

（4）数据库应用系统及数据库

数据库应用系统包括为特定应用环境建立的数据库、开发的各类应用程序及编写的文档资料，它们是一个有机整体。数据库应用系统涉及各个方面，例如信息管理系统、人工智能、计算机控制和计算机图形处理等。通过运行数据库应用系统，可以实现对数据库中数据的维护、查询、管理和处理操作。

3.数据库系统的人员组成及数据库管理员的职责

数据库系统的人员由软件开发人员、软件使用人员及软件管理人员组成。软件开发人员包括系统分析员、系统设计员及程序设计员，他们主要负责数据库系统的开发设计工作；软件使用人员即数据库最终用户，他们利用功能选单、表格及图形用户界面等实现数据查询及数据管理工作；软件管理人员称为数据库管理员（Data Base Administrator，简称DBA），他们负责全面地管理和控制数据库系统。数据库管理员（DBA）的职责如下。

（1）数据库管理员应参与数据库和应用系统的设计。

数据库管理员只有参与了数据库及应用程序的设计，才能对数据库结构及程序设计方法了解得更清楚，为以后的管理工作打下基础。同时，由于数据库管理员是用户，他们对系统应用的现实世界非常了解，能够提出更合理的要求和建议，所以有数据库管理员参与系统及数据库的设计，可以使其设计更合理。

（2）数据库管理员应参与决定数据库的存储结构和存取策略

数据库管理员要综合各用户的应用要求和数据库设计员共同决定数据的存储结构和存取策略，使数据的存储空间利用得更合理，存取效率更高。

（3）数据库管理员要负责定义数据的安全性要求和完整性条件

数据库管理员的重要职责是保证数据库的安全性和数据完整性。数据库管理员要负责定义各用户的数据使用权限、数据保密级别和数据完整性的约束条件。

（4）数据库管理员负责监视和控制数据库系统的运行，负责系统的维护和数据恢复

数据库管理员要负责监视系统的运行，及时处理系统运行过程中出现的问题，排除系统故障，保证系统能够正常工作。在日常工作中，数据库管理员要负责记录数据库使用的“日志文件”，通过日志文件了解数据库的被使用和更改的情况。数据库管理员还要定期对数据做“备份”，为以后的数据使用（即处理历史数据）和数据恢复做准备。当系统由于故障而造成数据库被破坏时，数据库管理员要根据日志文件和数据备份进行数据恢复工作，使数据库能在最短的时间恢复到正确状态。

（5）数据库管理员负责数据库的改进和重组

数据库管理员负责监视和分析系统的性能，使系统的空间利用率和处理效率总是处于较高的水平。当发现系统出现问题或由于长期的数据插入、删除操作造成系统性能降低时，数据库管理员要按一定策略对数据库进行改造或重组工作。当数据库的数据模型发生变化时，系统的改造工作也由数据库管理员负责进行。

数据库系统的体系结构-《数据库技术与应用教程》成果

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