5.數據庫的物理設計

　　物理設計的內容主要包括:

　　(1)確定數據的存儲結構 從DBMS所提供的存儲結構中選取一種合適的加以實現。確定存儲結構的主要因素是存取時間、存儲空間利用率和維護代價三個方面。設計者常常要對這些因素進行權衡。一般的DBMS也總是具有一定靈活性供你選擇。例如，若引入某些冗余數據，則可能減少物理I/O次數提高檢索效率。相反節約存儲空間檢索代價就會增加。當然應該盡量尋找優化方法，使這三方面的性能都較好。折衷有時是必須的。

　　(2)存取路徑的選擇和調整 數據庫必須支持多個用戶的多種應用，因而必須提供對數據庫的多個存取入口，也就是對同一數據存儲要提供多條存取路徑。物理設計的任務應確定建立哪些存取路徑。設計者應該進行定量的分析，根據計算結果確定存取路徑。

　　(3)確定數據存放位置 首先按數據的應用情況劃分為不同的組，然后確定存放位置。一般的應把數據的易變部分和穩定部分分開，把經常存取和不常存取的數據分開。經常存取或存取時間要求高的記錄應存放在高速存儲器上，如硬盤。存取頻率小或存取時間要求低的放在低速存儲器上，如軟盤磁帶。對于同一數據文件也可根據情況進行水平劃分或垂直劃分。

　　(4)確定存儲分配 許多DBMS提供了存儲分配的參數供設計者物理優化處理用。例如溢出空間的大小和分布參數，塊的長度，塊因子的大小，裝填因子，緩沖區的大小和個數等等，它們都要在物理設計中確定。這些參數的大小影響存取時間和存儲空間的分配。物理設計過程需要對時間、空間效率、維護代價和各種用戶要求進行權衡，其結果可以產生多種方案。在實施數據庫前對這些方案進行方案進行細致的評價，以選擇一個較優的方案是十分必要的。

　　6.數據庫應用系統的實施和維護

　　對數據庫的物理設計初步評價完成后就可建立數據庫了。數據庫應用系統實施對應于軟件工程的編碼、調試階段。設計人員運用DBMS提供的數據定義語言將邏輯設計和物理設計的結果嚴格地描述出來，成為DBMS可接受的源代碼。經過調試產生目標模式。然后組織數據入庫。組織數據入庫是數據庫應用系統實施階段最主要的工作。

　　(1)數據庫數據的載入和應用程序的開發由于數據庫數據量一般都非常大，并且這些數據來源于一個組織的各個部門，分散在各種數據文件或原始憑證中。這些數據的結構和格式一般也不符合數據庫的要求，還要進行轉換。因此組織數據入庫是一件耗費大量人力物力的工作。數據的轉換和組織對于小系統可以用人工方法完成。但是，人工轉換效率低、質量差。一般來說，應設計一個數據輸入子系統讓計算機完成這個工作。輸入子系統的主要功能是:原始數據的輸入、抽取、校驗、分類、轉換和綜合，最終把數據組織成符合數據庫結構的形式。然后把數據存入數據庫中。數據的轉換、分類和綜合常常要經過多次才能完成，因而輸入子系統的設計和實施亦是比較復雜的，要編寫許多應用程序。輸入子系統的設計不能等物理設計完成后才動手，應該和數據庫設計工作并行開展。為了保證數據庫數據正確無誤，必須高度重視數據的檢驗工作。在輸入子系統進行數據轉換的過程中應該進行多次檢驗，每次檢驗的方法亦不要相同。對于重要數據的校驗更應該反復多次，確認正確后方可入庫。數據庫應用系統中應用程序的設計應該和數據庫模式設計并行。數據庫應用系統的實施階段的另一項工作便這是這些應用程序的編碼、調試工作。有了裝載實際數據的數據庫和應用程序，就建立了數據庫應用系統，可以試運行了。

　　(2)數據庫應用系統的試運行在完成上述工作之后，便可進入數據庫的試運行階段，或者稱聯合調試階段。這階段的主要工作是:

　　①實際運行應用程序，執行對數據庫的各種操作，測試應用程序的功能。

　　②測量系統的性能指標，分析是否符合設計目標。雖然已在物理設計過程中進行了性能預測，但是僅僅估價了時間和空間指標，而且在性能估價的過程中作了許多簡化和假設，忽略了許多次要因素，因而估價是粗糙的并可能失真。必須在試運行階段進行實際測量和評價。有些參數的最佳值往往是經過運行調試后才找到的。如果實際結果不符合設計目標，則需返回物理設計階段，調整物理結構，修改參數。有時，也許還需要返回邏輯設計階段，調整邏輯結構。最后還須指出兩點。

　　第一，上面已看到組織數據入庫是十分費事的，如果運行調試后又要修改數據庫設計則又要重新組織數據入庫。因此應分批分期輸入數據，逐步完成運行評價。

　　第二，數據庫的實施和調試不是一朝一夕能完成的，在此期間軟硬件的錯誤隨時可能發生。加上數據庫剛剛建立，工作人員對系統還不熟悉，對其規律更缺乏深入了解，容易發生操作錯誤。因此必須做好數據庫的轉儲和恢復工作，這就要求設計人員了解DBMS的這個功能，并根據調試方式和特點首先實施，盡量減少對數據庫的破壞并簡化故障恢復。

　　(3)數據庫應用系統的運行和維護數據庫應用系統投入運行標志著開發任務的基本完成和維護工作的開始，但并不意味著設計過程結束。任何數據庫應用系統只要它存在一天，它的設計就得不斷地進行評價、調整、修改，甚至完全改革。因此數據庫應用系統的維護不僅是維護其正常活動而且是設計工作的繼續和提高。維護階段的主要工作是:

　　①數據庫的安全性、完整性控制及系統的轉儲和恢復;

　　②性能的監督、分析和改進;

　　③數據庫的重組織和重構造。下面簡單介紹數據庫的重組織和重構造。數據庫運行一段時間后，由于記錄的不斷增、刪、改，會使數據庫的物理存儲變壞。例如，邏輯上屬于同一記錄型或同一關系的數據被分散到了不同的文件或文件的多個碎片上。從而降低了數據庫存儲空間的利用率和數據的存取效率，數據庫的性能下降。這時，DBA就要進行數據庫的重組織，DBMS一般都提供重組織用的實用程序。在重組過程中，按原設計要求重新安排記錄的存儲位置，調整數據區和溢出區，回收“垃圾”，減少指針鏈等。數據庫的重組織不改變原設計的數據邏輯結構和物理結構。而數據庫的重構造則不同。部分修改原數據庫的模式或內模式稱為數據庫的重構造。由于數據庫應用環境的變化，數據庫重構的程度是有限的。只能作部分的修改和調整。若應用變化太大，重構也無濟于事了，則表明數據庫應用系統生命周期的結束，應該重新設計數據庫應用系統。新的數據庫應用系統新的生命周期開始了。