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数据库管理系统主要功能

胡经国

本文作者的话

本文是根据有关文献和资料编写的《漫话云计算》系列文稿之一。以此作为云计算学习笔录，供云计算业外读者进一步学习和研究参考。希望能够得到大家的指教和喜欢！

下面是正文

数据库管理系统（DBMS）主要具有以下7种功能：

一、数据定义

DBMS提供数据定义语言（Data Definition Language，DDL），供用户定义数据库的三级模式结构、两级映像以及完整性约束和保密限制等约束。DDL主要用于建立、修改数据库的结构。DDL所描述的数据库结构仅仅给出了数据库的框架；数据库的框架信息被存放在数据字典（Data Dictionary）中。

链接：数据库的三级模式结构

人们为数据库设计了一个严谨的体系结构；数据库领域公认的标准结构是三级模式结构，它包括外模式、概念模式、内模式。它能有效地组织、管理数据，提高数据库的逻辑独立性和物理独立性。用户级对应外模式，概念级对应概念模式，物理级对应内模式。从而，使数据库对不同级别的用户形成不同的视图。所谓视图，是指观察、认识和理解数据的范围、角度和方法，是数据库在用户“眼中”的反映。很显然，不同级别（层次）的用户所看到的数据库是不相同的。

链接：数据库的两级映像

数据库管理系统在这三级模式结构之间提供了两级映像：外模式／模式映像和模式／内模式映像。正是这两级映像保证了数据库中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

链接：数据字典

数据字典，是指对数据的数据项、数据结构、数据流、数据存储、处理逻辑、外部实体等进行定义和描述，其目的是对数据流程图中的各个元素做出详细的说明。数据字典是一种用户可以访问的记录数据库和应用程序源数据的目录。其中，主动数据字典，是指在对数据库或应用程序结构进行修改时，其内容可以由DBMS自动更新的数据字典。被动数据字典，是指在对数据库或应用

程序结构进行修改时，必须手工更新其内容的数据字典。

二、数据操作

DBMS提供数据操作语言（Data Manipulation Language，DML），供用户实现对数据的追加、删除、更新和查询等操作。

三、数据库运行管理

数据库运行管理功能，是DBMS的运行控制和管理功能，包括多用户环境下的并发控制、安全性检查和存取限制控制、完整性检查和执行、运行日志的组织管理、事务的管理和自动恢复（即保证事务的原子性）。这些功能保证了数据库系统的正常运行。

四、数据组织、存储和管理

DBMS要分类组织、存储和管理各种数据，包括数据字典、用户数据、存取路径等，需要确定以何种文件结构和存取方式在存储级上组织这些数据，如何实现数据之间的联系。数据组织和存储的基本目标，是提高存储空间利用率，选择合适的存取方法提高存取效率。

五、数据库保护

数据库中的数据是信息社会的战略资源，所以数据的保护至关重要。DBMS对数据库的保护通过以下4个方面来实现：数据库的恢复、数据库的并发控制、数据库的完整性控制、数据库安全性控制。DBMS的其它保护功能还有：系统缓冲区的管理以及数据存储的某些自适应调节机制等。

链接：数据库的并发控制

数据库管理系统（DBMS）中的并发控制的任务，是确保在多个事务同时存取数据库中同一数据时，不破坏事务的隔离性和统一性以及数据库的统一性。下面举例说明并发操作带来的数据不一致性问题：

现有两处火车票售票点，同时读取某一趟列车车票数据库中车票余额为X。两处售票点同时卖出一张车票，同时修改余额为X－1写回数据库。这样就造成了实际卖出两张火车票而数据库中却记录只少了一张。

产生这种情况的原因，是因为两个事务读入同一数据并同时修改，其中一个事务提交的结果破坏了另一个事务。提交的结果，导致其数据的修改被丢失，破坏了事务的隔离性。并发控制要解决的就是这类问题。

链接：数据库的完整性控制

数据库完整性（Database Integrity），是指数据库中数据的正确性和相容性。数据库完整性由各种各样的完整性约束来保证，因此可以说数据库完整性设计就是数据库完整性约束的设计。它能够防止合法用户使用数据库时向数据库中

添加不合语义的数据。

六、数据库维护

这一部分包括数据库的数据载入、转换、转储，数据库的重组和重构以及性能监控等功能。这些功能分别由各个应用程序来完成。

七、通信

DBMS具有与操作系统的联机处理、分时系统及远程作业输入的相关接口，负责处理数据的传送。对网络环境下的数据库系统，还应该包括DBMS与网络中其它软件系统的通信功能以及数据库之间的互操作功能。

链接：联机处理

联机处理，又称为在线处理，是指信息直接从产生地输入系统，而处理结果直接送到需要信息的地点的处理方式。联机处理分为实时处理和延迟处理。前者对输入的数据立即加以处理并得出结果；后者先将输入的数据存储起来，过一段时间以后再加以处理。

链接：分时系统

分时操作系统（Time-Sharing System）的“分时”是指多个用户分享使用同一台计算机，多个程序分时共享硬件和软件资源。分时操作系统，是指在一台主机上连接多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过主机的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。分时操作系统是一个多用户交互式操作系统。分时操作系统主要分为三类：单道分时操作系统，多道分时操作系统，以及具有前台和后台的分时操作系统。分时操作系统将CPU的时间划分成若干个片段，称为时间片。操作系统以时间片为单位，轮流为每个终端用户服务。

链接：远程作业

远程作业登录（Remote Job Entry，RJE）是一个工具，它允许远程计算机用户向中心位置计算机（一般是主机）提交一批作业（一个特殊的程序或程序组的运行）。

链接：异构数据库互操作

所谓互操作是指一种能力，它使得分布的控制系统设备通过相关信息的数字交换，能够协调工作，从而达到一个共同的目标。传统上互操作是指“不同平台或编程语言之间交换和共享数据的能力”。为了达到“平台或编程语言之间交换和共享数据”的目的，需要包括硬件、网络、操作系统、数据库系统、应用软件、数据格式、数据语义等不同层次的互操作，问题涉及运行环境、体系结构、应用流程、安全管理、操作控制、实现技术和数据模型等。

异构数据库互操作，是目前数据库技术研究领域最富挑战性的课题之一。