九、數據庫管理系統的設計與實現

　　1.DBmS的目標

　　(1)用戶界面友好 對一個實用DBmS來說，用戶界面的質量直接影響其生命力。DBmS的用戶接口應面向應用，采用適合最終用戶的交互式、表格式、菜單式、窗口式等界面形式，以方便使用和保持靈活性。一般地說，用戶界面應具有可靠性、簡單性、靈活性和立即反饋等特性。

　　(2)功能完備 DBmS功能隨系統的規模的大小而異。大型DBmS功能齊全，小型DBmS功能弱一些。DBmS主要功能包括數據定義、數據庫數據存取、事務控制、數據庫組織和存儲管理、數據庫安全保護等等。我們在下面討論這些功能的內容。

　　(3)效率高 系統效率包括三個方面:一是計算機系統內部資源的使用效率。能充分利用資源(包括存儲空間、設備、cPu等)，并注意使各種資源負載均衡以提高整個系統的效率，二是DBmS本身的運行效率。三是用戶的生產率。這是指用戶學習、使用DBmS和在DBmS基礎上開發的應用系統的效率。

　　2.DBmS的基本功能

　　(1)數據庫定義 對數據庫的結構進行描述，包括外模式、模式、內模式的定義;數據庫完整性的定義;安全保密定義(如用戶口令、級別、存取權限);存取路徑(如索引)的定義。這些定義存儲在數據字典(亦稱為系統目錄)中，是DBmS運行的基本依據。為此，提供數據定義語言DDL。

　　(2)數據存取 提供用戶對數據的操縱功能，實現對數據庫數據的檢索、插入、修改和刪除。一個好的DBmS應該提供功能強易學易用的數據操縱語言(DmL)、方便的操作方式和較高的數據存取效率。DmL有兩類:一類是宿主型語言，一類是自含型語言。前者的語句不能獨立使用而必須嵌入某種主語言，如c語言、coBoL語言中使用。而后者可以獨立使用，通常以供終端用戶交互使用和批處理方式兩種形式使用。

　　(3)數據庫運行管理 這是指DBmS運行控制、管理功能。包括多用戶環境下的并發控制、安全性檢查和存取權限控制、完整性檢查和執行、數據加密、運行日志的組織管理、事務的管理和自動恢復(保證事務的正確性)，這些功能保證了數據庫系統的正常運行。

　　(4)數據組織、存儲和管理 DBmS要分門別類地組織、存儲各類數據，包括數據字典(亦稱系統目錄)、用戶數據、存取路徑等等。要確定以何種文件結構和存取方式在存儲級上組織這些數據，如何實現數據之間的聯系。數據組織和存儲的基本目標是提高存儲空間利用率，選擇合適的存取方法確保較高存取(如隨機查找、順序查找、增、刪、改)效率。

　　(5)數據庫的建立和維護 包括數據庫的初始建立、數據的轉換、數據庫的轉儲和恢復、數據庫的重組織和重構造以及有性能監測分析等功能。

　　(6)其它功能 包括DBmS與網絡中其它軟件系統的通信功能;一個DBmS與另一個DBmS或文件系統的數據轉換功能等。

　　3.DBmS與操作系統

　　通常DBmS是建立在操作系統環境之上的。根據具體操作系統的特點，DBmS可以用不同的方法利用操作系統的基本功能來實現DBmS。一般有下面3類方法:

　　(1)共享模塊法

　　(2)分離進程法

　　(3)和操作系統融合

　　4.DBmS程序模塊的組成

　　作為一個龐大的系統軟件，DBmS由眾多程序模塊組成，它們分別實現DBmS復雜而繁多的功能。數據庫定義方面 有DDL翻譯處理程序(包括外模式、模式、存儲模式處理程序)、保密定義處理程序(如授權定義處理程序)、完整性約束定義處理程序等。這些程序接收相應的定義，進行語法、語義檢查，把它們翻譯為內部格式存儲在數據字典中。DDL翻譯程序還根據模式定義負責建立數據庫的框架(即形式一個空庫)，等待裝入數據。數據庫操縱方面 有DmL處理程序、終端查詢語言解釋程序、數據存取程序、數據更新程序等。DmL處理程序或終端查詢語言解釋程序對用戶數據操縱請求進行語法、語義檢查、由數據存取或更新程序完成對數據庫的存取操作。數據庫運行管理方面 有系統初啟程序，負責初始化DBmS、建立DBmS的系統緩沖區、系統工作區 打開數據字典等等。還有安全性控制、完整性檢查、并發控制、事務管理、運行日志管理等程序模塊，在數據庫運行過程中監視著對數據庫的所有操作，控制管理數據庫資源，處理多用戶的并發操作等。它們一方面保證用戶事務的正常運行，一方面保證數據庫的安全性和完整性。數據庫組織、存儲和管理方面 有文件讀寫與維護程序、存取路徑(如索引)管理程序、緩沖區管理程序(包括緩沖區讀、寫、淘汰等模塊)，這些程序負責維護數據庫的數據和存取路徑，提供有效的存取的方法。數據庫建立、維護和其它。有數據庫初始數據裝入程序、轉儲程序、恢復程序、數據庫重構造程序、數據轉換程序、通信程序等。DBmS的這些組成模塊互相聯系，互相依賴，共同完成DBmS復雜的功能。這些模塊之間的聯系有一定的層次關系。