第2章 數據庫系統概述
2.1 數據庫（DB）
2.1.1 三級模式結構
模式是數據庫的抽象描述。
模式的主體是數據模型。
模式的表示分為圖示與語言描述
用語言書寫的模式稱為源模式。
把源模式翻譯成機器代碼，變為機器可使用的模式，稱為目標模式。
數據庫的結構分為外部級、概念級和內部級三級，每一級都有對應的模式，所以數據庫的體系結構稱為三級模式結構。
概念模式（Conceptual Schema）
概念模式通常簡稱為模式，或全局視圖，或DBA視圖。
從某個角度看到的數據特性稱為數據視圖（View）。
概念模式是數據庫中全部數據的整體邏輯結構的描述。
目的是為了把用戶視圖有機地結合成一個邏輯整體，統一地考慮所有用戶的要求。
模式數據描述語言（Schema Data Description Language，簡稱模式DDL）的作用就是用來書寫數據庫的概念模式，也稱為數據定義語言（Data Definition Language）。
外模式（External Schema）
外模式又稱為子模式（Subschema）或用戶模式，或用戶視圖。
外模式是用戶與數據庫系統的接口，是用戶用到的那部分數據（全局邏輯數據的子集）的描述。
外模式是模式的一個邏輯子集。
用戶使用數據操縱語言（Data Manipulation Language，DML）對數據庫的數據進行操作。
外模式數據描述語言（External Schema Data Description Language，外模式DDL）也稱子模式數據描述語言（Subschema Data Description Language，子模式DDL或SDDL），它的作用就是用來書寫數據庫的外模式。
內模式（Internal Schema）
內模式是數據庫在物理存儲方面的描述，也稱為程序員視圖，或存儲視圖。
位（Bit）、字節（Byte）、字（Word）、塊（Block）。
數據庫的數據是用一定的文件組織方式構造起來的一個個物理文件
內模式數據描述語言（Internal Schema Data Description Language，內模式DDL）的作用就是用來書寫數據庫的內模式。
三級模式結構的優點
接口簡單，使用方便
實現數據共享
數據獨立性強
數據安全性強
2.1.2 四種數據記錄格式
物理記錄
計算機內存與外存間進行一次數據交換的最小單位是一個物理記錄。
物理記錄的長度是由系統程序員決定的。
內部記錄
內部記錄不僅包含實際所需要的數據，還包含DBMS在管理數據時所需要的“系統數據”。
內部記錄不等同于物理記錄，也不涉及設備的約束。
概念記錄
概念記錄是模式的一個邏輯數據單位。
概念記錄強調的是數據的邏輯結構
外部記錄
外部記錄即用戶所需要的數據記錄。
2.1.3 兩層映射和兩級數據獨立性
映射（Mapping）
映射又稱映像，它實質是一種對應規則，指出映射雙方如何進行轉換。
模式∕內模式映射
模式∕內模式映射定義模式與內模式之間的對應性，一般在內模式中描述的。
外模式∕模式映射
外模式∕模式映射定義外模式與模式之間的對應性，一般在外模式中描述的。
數據獨立性
數據獨立性是要維護數據與應用程序之間的無關性。
分類
物理數據獨立性
如果數據庫內部級的存儲設備和存儲方法有所變化，那么只需要對模式∕內模式映射做相應的修改，使概念模式盡可能地保持不變，進而使外模式和應用程序也保持不變。這樣，稱數據庫達到了物理數據獨立性。
邏輯數據獨立性
如果數據庫的概念模式需要進行修改，那么只需要對外模式∕模式映射做相應的修改，使外模式盡可能地保持不變，進而使應用程序也保持不變。這樣，稱數據庫達到了邏輯數據獨立性。
2.1.4 DBA及數據語言
數據庫管理員（DBA）
DBA的主要任務
創建并維護模式
建立外模式
確定數據庫的存儲結構和訪問策略
決定數據庫的保護策略
監視系統的運作
DBA的主要工具
裝載程序
重組織程序
工作日志
數據字典
數據語言
數據描述語言（DDL）
數據描述語言又稱數據定義語言，用于描述和定義數據的各種特性。
分類
模式DDL：用于描述概念級的邏輯結構。
描述數據模型中各個數據邏輯單位的特征
描述各數據邏輯單位之間的聯系
描述訪問規則
外模式DDL：用于描述外部級數據的邏輯結構。
描述數據模型中各個數據邏輯單位的特征
描述各數據邏輯單位之間的聯系
描述訪問規則
內模式DDL：用于描述內部級數據的物理特征。
描述數據的存儲結構
描述邏輯數據到物理數據的映射
數據操縱語言（DML）
DML是用戶操作數據庫中數據的工具。
分類依據
基于對數據的處理
存取數據為主的處理
檢索（或查詢）
更新（包括插入、刪除、修改）
分析運算為主的處理
基于語言使用的形式
自含型DML：是一種同時具有描述存取數據處理和描述分析運算處理兩方面功能的DML
嵌入型DML：自成一體，有專門的編譯程序，由DBMS提供用戶所需要的一切服務。又稱宿主型DML，或數據子語言（Data Sub-Language，DSL）
基于過程性
過程性DML：早期層次、網狀的DML
非過程性DML：關系型DML，簡單易學，操作方便
數據庫控制語言（Database Control Language，DCL）：用于建立和維護數據庫。
設備介質控制語言（Device Medium Control Language，DMCL）：與操作系統接口的作用，它把數據庫的數據映射到物理存儲設備上。
2.2 數據庫管理系統（DBMS）
DBMS是DBS的核心組成部分，是管理數據的綜合性軟件。
2.2.1 DBMS的主要功能及其組成
DBMS的主要功能
數據庫的定義功能
定義數據庫的外模式、模式和內模式三級模式及其兩層映射。
定義數據的完整性和安全控制等約束。
數據庫的操縱功能
DBMS提供DML及其相應的DML編譯程序或解釋程序，用戶使用DML對數據庫中的數據實施各種操作。
數據庫的存儲管理功能
檢查用戶訪問數據是否合法
事務管理
把各種DML語句轉換成OS的命令和參數，讓OS執行相應的I/O操作。
管理系統緩沖區。
數據庫的保護功能
數據庫的恢復
數據庫的完整性控制
數據庫的并發控制
數據的安全性控制
數據庫的維護功能
備份程序
性能監控程序
數據字典（Data Dictionary，DD）
DBMS把DDL所描述的各項內容從源形式轉換成目標形式，存放在DD中供系統查閱。
DBMS的組成
語言處理部分
DDL編譯程序
DML編譯或解釋程序
嵌入型DML預處理程序
終端訪問命令解釋程序
DCL解釋程序
系統運行控制部分
系統總控程序
存儲管理器
數據查詢運行程序
管理DD的實用程序
安全性控制程序
通信控制程序
數據庫的建立和維護部分
裝載程序
工作日志程序
備份程序
性能監控程序
數據庫重新組織程序
系統恢復程序
2.2.2 用戶這DBMS查詢數據的過程
圖2.2 用戶通過DBMS查詢數據的過程
用戶發出查詢請求
DBMS確定外部記錄
DBMS確定概念記錄
DBMS確定內部記錄
請求OS讀物理記錄
DBMS接收內部記錄
DBMS提取概念記錄
UWA接收外部記錄
DBMS填寫工作日志
DBMS填寫狀態碼
用戶分析查詢結果
2.3 數據庫系統（DBS）
2.3.1 DBS的組成
數據庫（DB）：一個結構化的數據集合
硬件：數據庫賴以存在的物理設備。
軟件：DBMS、OS、各種宿主語言和應用開發軟件工具等。
數據庫管理員（DBA）：創建、監控和維護數據庫，并使之始終處于最佳狀態的技術人員。
2.3.2 DBS的主要特征
有很好的效益
數據集中控制
有很高的靈活性
方便程序設計和維護
有利推廣標準化
備注：
《數據庫技術基礎與應用（第2版）》的豆瓣鏈接https://book.douban.com/subject/2995584/