第1章数据库基础

在C/S结构中，客户端的用户请求被传送到数据库服务器， 数据库服务器进行处理后，只将结果(而不是整个数据)返回给 用户，从而显著减少了网络上的数据传输量，提高了系统的性 能、吞吐量和负载能力。
另一方面，C/S结构的数据库往往更加开放。客户与服务 器一般都能在多种不同的硬件和软件平台上运行，能够使用不 同厂商的数据库开发工具，应用程序具有更强的可移植性，同 时也能够减少软件维护开销。
主 机
DB
图1-2 主从式数据库系统
1.2.3 分布式结构的数据库系统 分布式结构的数据库系统是指数据库在逻辑上是一个整体，
但物理地分布在计算机网络的不同节点上，如图1-3所示。网络 中的每个节点都能够独立处理本地数据库中的数据，执行局部 应用，也能够同时存取和处理多个异地数据库中的数据，执行 全局应用。
C/S数据库系统能够分为集中的服务器结构(见图1-4)和分 布的服务器结构(见图1-5)。集中的C/S服务器结构中数据存放 在一台数据库服务器中，多台客户机通过网络与数据库服务器 相连，共享数据库服务器中的数据，但当数据库系统前端站点 较多、处理业务较复杂时，服务器往往成为系统瓶颈，制约系 统性能。分布的服务器结构中能够有多台数据库服务器，数据 处理被分散在不同的服务器上，适用于业务上相互关联而地理 上分散的数据库的处理，但同时也给数据的处理、管理与维护 带来困难。
1. Oracle
Oracle公司成立于1977年，是一家著名的专门从事研究、 生产关系数据库管理系统的专业厂家。1979年推出的Oracle第 一版是世界上首批商用的关系数据库管理系统之一。Oracle当 时就采用SQL作为数据库语言。自创建后的20余年中，不断推 出新的升级版本。1997年推出的Oracle 8.0要紧增强了对象技术， 成为对象- 关系数据库系统。目前，Oracle产品覆盖了大、中、 小型机几十种机型，成为世界上使用特别广泛的、著名的关系 数据库管理系统。
4. 可控冗余度
数据专用时，每个用户拥有并使用自己的数据，难免有许 多数据相互重复，这确实是冗余。由于数据库中的数据集中存 储，共同使用，因而易于避免重复，同时易于减少和控制数据 的冗余。
1.1.2 三类数据模型
数据库中的数据是有结构的，按照实现结构化所采取的不 同联系方式，数据库的整体结构可分为三类数据模型，即层次 型、网络型和关系型。其中前两类又合称为“格式化模型”。
数据模型 面向对象模型
关系模型 层次网状模型
分 商 业 管 理布
并 行
人 工
多 媒
模 其他计算机技术 糊
地 理 信 息 系 统处 处 智 体 技
计划统计
理理 能
术
科学实验
决学实验
应用领域
图1-6 新一代数据库系列
由于相关技术的发展和应用需求的驱动而出现了面向对象 数据库、分布式数据库、工程数据库、演绎数据库、知识库、 模糊数据库、时态数据库、统计数据库、空间数据库、科学数 据库、文献数据库、并行数据库、多媒体数据库等数据库新领 域。它们都继承了传统数据库的理论和技术，但又不是传统的 数据库。与传统数据库的概念和技术相比，当今数据库的整体 概念、技术内容、应用领域，甚至差不多原理都有了重大的发 展和变化，从而使得传统的数据库，即面向商业与事务处理的 数据库仅仅成为当今数据库系列中的一个成员，所以也是在理 论和技术上发展得最为成熟、应用效果最好、应用面最广泛的 一个成员。其核心技术、差不多原理、设计方法和应用经验等 仍然是整个数据库技术发展和应用开发的指导和基础。
5. 数据库技术
数据库技术是建立在数据库基础之上的，研究如何科学地 组织和存储数据，如何高效地检索数据和进行数据处理的一门 学科，它是当代信息系统的基础。
1.2 数据库系统体系结构
1.2.1 单用户数据库系统 单用户数据库系统是一种最简单的数据库系统。在单用户
系统中，整个数据库系统包括应用程序、DBMS、数据等，都装 在一台计算机上，由一个用户独占，如图1-1所示，不同计算机 之间不能共享数据。
3. 数据独立性
数据独立性指后台数据库的数据结构和前台应用程序之间 的关系是彼此独立的，即不论后台采用什么数据库管理系统平 台，也不论前端开发工具采用何种可视化语言，通过中间层开 放数据库接口(ODBC、OLE DB、JDBC等)都能够实现二者的无 缝对接，从而为数据的管理和使用提供了极大的灵活性。
应用
工具
…
接口
应用 工具 接口
客户机
接口 DB
DBMS功 能
图1-4 集中的服务器结构
服务器
应用 工具 … 接口
应用 工具 接口
客户机
接口
接口
服务器
DBMS功 能
DBMS功 能
wk.baidu.com
DB
局 部 数 据 管 理 局 部 数 据 管 理 DB
图1-5 分布的服务器结构
1.2.5 浏览器/服务器结构的数据库系统
3. DB2
DB2是IBM公司的数据库管理系统产品，它支持从PC到 UNIX，从中小型机到大型主机，从IBM到非IBM(HP及 SUNUNIX系统等)各种不同的平台。DB2数据库核心又称作DB2 公共服务器，它采用多进程多线程体系结构，能够运行于多种 操作系统之上，并分别依照相应的平台环境作了调整和优化， 以便能够达到较好的性能。
早期的数据库系统都采用格式化模型。IMS系统(层次型)和 1969年美国CODASYL委员会提出的DBTG系统(网络型)，确实是 格式化模型的典型代表。1970年，美国E.F.Codd提出了关系模型 的概念，首次运用数学方法来研究数据库的结构(把每个数据库 文件看作一个关系)和数据操作(看作关系运算)，将数据库的设计 从以经验为主提高到以理论为指导。不仅如此，关系模型将人们 适应使用的二维表格形式作为存储结构模式，易学易用，使它从 一开始就吸引了公众的注意，成为广大用户特别是微机用户乐于 接受的数据模型。
(2) 操作简单。前端客户程序采用浏览器为载体，操作上与 浏览器风格相同，用户会使用浏览器，就能够特别快地学会应 用软件的操作。
(3) 系统扩展性强，易于与Internet的信息交互。
1.3 常用数据库开发平台简介
20世纪70年代是关系数据库理论研究和原型开发的时代， 关系模型提出后，由于其突出的优点，迅速被商用数据库系统 所采用。据统计，70年代末以来开发的DBMS产品中，近90%采 用关系数据库模型，其中涌现出了许多性能良好的商品化关系 数据库管理系统。例如支持网络数据库开发的大型数据库开发 平台Oracle、 DB2、 SQL Server、Sybase、 Informix等，这些大 型数据库功能强大，具有完备的用户权限管理，支持分布式的 数据库开发和高端数据库应用。
1.1.3 数据库相关的概念 1. 数据管理 数据管理是指对数据的组织、编目、定位、存储、检索和
维护等，它是数据处理的中心问题。
2. 数据库 数据库是以一定的组织方式存储在一起，能为多个用户所 共享，与应用程序彼此独立、相互关联的数据集。通俗地讲， 数据库是组织、存储、管理数据的电子仓库。
3. 数据库管理系统 数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据管理 软件，它帮助用户建立、使用和管理数据库，简称为 DBMS(DataBase Management System)。DBMS使用户能方便地定 义和操纵数据，并能够保证数据的安全性、完整性、并发性及 发生故障后的系统恢复。DBMS通常由以下3部分构成：
主从式结构是指一个主机带多个终端的多用户结构。在这 种结构中，数据库系统，包括应用程序、DBMS、数据等，都集 中存放在主机上，所有处理任务都由主机来完成，各个用户通 过主机的终端并发地存取数据库中的数据，共享数据资源，如 图1-2所示。
主从式结构的优点是简单，数据易于管理与维护；缺点是 当终端用户数目增加到一定程度后，主机的任务会过于繁重， 成为瓶颈，从而使系统性能大幅度下降，另外，当主机出现故 障时，整个系统不能使用，因此系统的可靠性不高。
第1章数据库基础
1.1 数据库的差不多概念
1.1.1 数据库系统的特点 1. 数据结构化 数据库的数据模型以模拟和表征物理世界自然和社会系统
特征为目的，同一数据库的文件相互关联，在整体上也服从一 定的结构形式，能适应大量数据管理的客观需要。
2. 数据共享
共享是数据库系统的目的之一，也是它的重要特点。一个 数据库中的数据，通过计算机网络连接，不仅能够为同一企业 或组织的内部各部门共享，还能够为不同组织、地区、甚至不 同国家的用户所共享。
2. SQL Server
SQL Server是微软公司的数据库产品，它建立在Microsoft Windows NT操作系统的基础之上，是一个功能强大的、综合的 数据库环境。它提供了一个客户/服务器平台，是能同时支持多 个并发用户的关系数据库系统。它具有严密的多用户访问、海 量数据存储、内置安全性、可靠的事务处理和日志以及ODBC 数据源或服务器的本地语法等功能。SQL Server从其7.0版开始， 附加了桌面版，使得PC机上也能够安装SQL Server的数据库引 擎，大大方便了PC机用户客户/服务器结构数据库应用程序的开 发。除了以上特点外，SQL Server还具有易学易用、便于掌握 管理的特点，受到了广大数据库用户的支持和拥护。
分布式结构的数据库系统是计算机网络发展的必然产物， 它适应了地理上分散的公司、团体和组织对于数据库应用的需 求。但数据的分布存放，给数据的处理、管理与维护带来困难。 此外，当用户需要经常访问远程数据库时，系统效率会明显地 受到网络交通的制约。
主 机
DB
主 机
DB
网络
主 机
DB
图1-3 分布式数据库系统
1.2.4 客户/服务器结构的数据库系统
主从式数据库系统中的主机和分布式系统中的每个节点基 本上一个通用计算机，既执行DBMS功能，又执行应用程序。 随着工作站功能的增强和广泛使用，人们开始把DBMS功能和 应用分开，网络中某个(些)节点上的计算机专门用于执行 DBMS功能，称为数据库服务器，简称服务器；其他节点上的 计算机安装DBMS的外围应用开发工具，支持用户的应用，称 为客户机，这确实是客户/服务器(Client/Server，简称为C/S)结 构的数据库系统。
1.4 数据库技术的发展前景
1.4.1 数据库研究领域不断拓展 随着计算机技术和相应技术的发展以及计算机应用需求的
拓广，20世纪80年代以来，数据库研究领域得到了极大的拓展， 其特征表现在：各种学科技术的内容与数据库的交叉结合，从 而使数据库领域中新内容、新应用、新技术层出不穷，形成了 当今的数据库系列，如图1-6所示。
(1) 数据描述语言(DDL)，用来描述数据库的结构，供用户 建立数据库。
(2) 数据操作语言(DML)，供用户对数据库进行数据的查询 (包括检索与统计)和存储(包括增、删、改)等操作。
(3) 其他管理和控制程序，例如安全、通讯控制以及工作日
4. 数据库系统
数据库系统是指在计算机中引入数据库后的系统构成，一 般由数据库、数据库管理系统(及其开发工具)、应用系统、数 据库管理员和用户构成。
DB
图1-1 单用户数据库系统
例如，一个学校的各个分院系都使用本部门的计算机来管 理本部门的数据，各个部门的计算机是相互独立的。由于不同 部门之间不能共享数据，因此学校内部存在大量的冗余数据。 例如，教务处、学生处、各个分院系必须重复存放每一名学生 的一些差不多信息 (学号、姓名、成绩等)。
1.2.2 主从式结构的数据库系统
浏览器/服务器(Browser/Server，简称为B/S)结构的数据库系 统在C/S结构的基础上，将客户端的应用程序全部移到服务器端， 前端采用浏览器即可方便地调用后台的数据库处理程序，B/S结 构的数据库系统相比C/S结构的数据库系统来说，具有以下优点：
(1) 简化系统的管理。由于客户端不用安装程序，当系统改 动或升级时，只需在服务器端设置，客户端不需作任何设置， 因此简化了系统的维护费用和工作量。
DB2第一版具有业务管理、数据完整性维护、数据恢复及 系统安全等功能，支持工业标准的SQL，用户可以用它开发可 移植的应用程序。DB2第二版功能进一步加强，支持面向对象 编程、多媒体应用等。
除了以上大型DBMS产品外，单机桌面关系型数据库产品 有FoxPro、 Access(微软Office套件中的一员)、Paradox等，这 些产品短小精悍，支持简单的单机数据库产品的开发。在具体 开发数据库产品时，要求依照实际情况和产品性价比选择具体 的数据库产品。