資料庫管理系統(DBMS)

資料庫管理系統(Database Management System,DBMS)是一種操縱和管理資料庫的大型軟體,是用於建立、使用和維護資料庫。它對資料庫進行統一的管理和控制,以保證資料庫的安全性和完整性。用戶通過dbms訪問資料庫中的數據,資料庫管理員也通過dbms進行資料庫的維護工作。它提供多種功能,可使多個應用程式和用戶用不同的方法在同時或不同時刻去建立,修改和詢問資料庫。它使用戶能方便地定義和操縱數據,維護數據的安全性和完整性,以及進行多用戶下的並發控制和恢複數據庫。

基本信息

“資料庫”作為短語最早使用的是在1963年6月,SystemDevelopmentCorporation贊助舉辦了一個題為“開發計算機管理中心資料庫”(“DevelopmentandManagementofaComputer-centeredDataBase”)的研討會。資料庫作為一個獨立的單詞大量出現在70年代初的歐洲,直到二十世紀末才被美國各大報紙使用。

定義

資料庫管理系統(databasemanagementsystem)是一種操縱和管理資料庫的大型軟體,是用於建立、使用和維護資料庫,簡稱dbms。它對資料庫進行統一的管理和控制,以保證資料庫的安全性和完整性。用戶通過dbms訪問資料庫中的數據,資料庫管理員也通過dbms進行資料庫的維護工作。它提供多種功能,可使多個應用程式和用戶用不同的方法在同時或不同時刻去建立,修改和詢問資料庫。它使用戶能方便地定義和操縱數據,維護數據的安全性和完整性,以及進行多用戶下的並發控制和恢複數據庫。

資料庫管理系統組成部分

按功能劃分,資料庫管理系統大致可分為6個部分:

(1)模式翻譯:提供數據定義語言(ddl)。用它書寫的資料庫模式被翻譯為內部表示。資料庫的邏輯結構、完整性約束和物理儲存結構保存在內部的數據字典中。資料庫的各種數據操作(如查找、修改、插入和刪除等)和資料庫的維護管理都是以資料庫模式為依據的。

(2)應用程式的編譯:把包含著訪問資料庫語句的應用程式,編譯成在dbms支持下可運行的目標程式。

(3)互動式查詢:提供易使用的互動式查詢語言,如sql。dbms負責執行查詢命令,並將查詢結果顯示在螢幕上。

(4)數據的組織與存取:提供數據在外圍儲存設備上的物理組織與存取方法。

⑸事務運行管理:提供事務運行管理及運行日誌,事務運行的安全性監控和數據完整性檢查,事務的並發控制及系統恢復等功能。

(6)資料庫的維護:為資料庫管理員提供軟體支持,包括數據安全控制、完整性保障、資料庫備份、資料庫重組以及性能監控等維護工具。

基於關係模型的資料庫管理系統已日臻完善,並已作為商品化軟體廣泛套用於各行各業。它在各戶伺服器結構的分散式多用戶環境中的套用,使資料庫系統的套用進一步擴展。隨著新型數據模型及數據管理的實現技術的推進,可以預期dbms軟體的性能還將更新和完善,套用領域也將進一步地拓寬。

它所提供的功能有以下幾項:

(1)數據定義功能。DBMS提供相應數據語言來定義(DDL)資料庫結構,它們是刻畫資料庫框架,並被保存在數據字典中。

(2)數據存取功能。DBMS提供數據操縱語言(DML),實現對資料庫數據的基本存取操作:檢索,插入,修改和刪除。

(3)資料庫運行管理功能。DBMS提供數據控制功能,即是數據的安全性、完整性和並發控制等對資料庫運行進行有效地控制和管理,以確保數據正確有效。

(4)資料庫的建立和維護功能。包括資料庫初始數據的裝入,資料庫的轉儲、恢復、重組織,系統性能監視、分析等功能。

(5)資料庫的傳輸。DBMS提供處理數據的傳輸,實現用戶程式與DBMS之間的通信,通常與作業系統協調完成。

資料庫管理系統的層次結構

根據處理對象的不同,資料庫管理系統的層次結構由高級到低級依次為套用層、語言翻譯處理層、數據存取層、數據存儲層、作業系統。

(1)套用層。套用層是DBMS與終端用戶和應用程式的界面層,處理的對象是各種各樣的資料庫套用。

(2)語言翻譯處理層。語言翻譯處理層是對資料庫語言的各類語句進行語法分析、視圖轉換、授權檢查、完整性檢查等。

(3)數據存取層。數據存取層處理的對象是單個元組,它將上層的集合操作轉換為單記錄操作。

(4)數據存儲層。數據存儲層處理的對象是數據頁和系統緩衝區。

(5)作業系統。作業系統是DBMS的基礎。作業系統提供的存取原語和基本的存取方法通常是作為和DBMS存儲層的接口。

資料庫的歷史

第一資料庫管理系統開發於1960。這個領域的先鋒是CharlesBachman。Bachman早日檔案證明其目的是更有效地利用新型直接訪問存儲設備:在此之前,數據處理是基於穿孔卡片和磁帶,這系列的動作主要是加工活動。兩大數據模型從那時起延續至今:CODASYL根據Bachman的思想開發的網路模型以及(顯然獨立)套用於NorthAmericanRockwell開發的一個系統中的等級模型,後來被IBM作為他們IMS產品的基礎。關係模型由E.F.Codd於1970年提出。他批評當時的模型結構混亂了信息結構的摘要描述和物力訪問機制的描述。而長期以來,關係模型依然只引起學術上的興趣。同時CODASYL系統和IMS被視為實際的工程學解決方案,當時採取的關係模型更處於理論觀點階段,(正確的)主張軟、硬體技術應及時跟進。首先的實現有伯克利大學的MichaelStonebraker的Ingres和IBM的SystemR項目。這兩者均是研究圓形,在1976年公開。第一商業產品,甲骨文和DB2在1980年左右面市。第一個成功的微機資料庫產品是運行於CP/M和PC-DOS/MS-DOS作業系統上的dBASE。20世紀80年代,研究活動的重點在分散式資料庫系統和資料庫機,但這些進展對市場幾乎沒有影響。另一個重要的理論思想是功能型數據模型,但在除了專業套用如遺傳、分子生物學、欺詐調查等方面,在全球幾乎沒有引起注意。

在90年代,重點轉向面向對象資料庫。在需要處理比關係資料庫處理更加複雜的數據的領域去了了一些成功,如空間資料庫、數據工程(包括軟體工程庫)、多媒體數據。一些思想被關係資料庫的供應商所接納,整合chneg為產品中的新功能。

在2000年代,創新的流行的區域是XML資料庫。同關係資料庫一道,產生了許多新的創業板公司,但同時重要思想也被納入已有的關係資料庫產品中。XML資料庫的目標是消除傳統資料庫分中檔案和資料的分離,允許一個組織的信息資源在同樣的地方進行存儲,而不必在意他們是否是高度系統化的資源。

常見資料庫管理系統介紹

FileMakerPro8.5

4thDimension或者叫4D,是一套從MacOS發展出來的資料庫系統

MicrosoftAccess從微軟公司兼併的一家公司的產品發展而來

AdabasSoftwareAG(德國)開發的的資料庫

askSam,結合了資料庫和文本編輯mitvieleninnovativenEigenschaften

BerkeleyDB加州大學Berkeley分校研究成果Caché,postrelationaleDatenbankderFirmaintersystems

Conzept16

c-treePlusFairCom公司的ISAM和關係資料庫。參看http://www.faircom.com.C語言編寫。

DB1IBM產品

DB2IBM產品,當前版本9

dBase在DOS時代十分重要的資料庫,Windows版本是VisualdBase

eXistnativeXML開放原始碼資料庫

FileMakerursprünglichvonClaris,einesehrbenutzerfreundlicherelationaleDatenbank,funktioniertmitdergleichenSoftwaresowohlunterMacOS,wieauchunterWindows,dieneuesteVersionist7.0

FoxBase被微軟收購,繼續開發出微軟FoxPro,2.6版之前有DOS和Windows版。

GuptaSQLBase,當前版本9.0

IDMS,IMS,Ingres,InterBase,MaxDB參看SAPDB

微軟Access,微軟公司Office組件之一,當前版本2003(另外還有XP)

微軟VisualFoxPro,當前版本8.0

MSSQL-Server,當前版本2005

Sybase,早期版本被微軟購買開發出SQL-Server。

mSQL

MySQL英特網上十分流行的資料庫伺服器,結合PHP腳本技術和ApacheWeb伺服器使用。維基採用的就是MySQL資料庫。

Oracle,當前版本10g

ParadoxBorland開發後轉手Corel(WordPerfectOffice)繼續開發PostgreSQL,當前版本8.0.4(2005年2月)PrimeBase,rrdtool,RoundRobinDatabase,SAPDBursprünglichvonSAP,wurdeaberMySQLzurweiterenEntwicklungundPflegeübergebenundfirmiertjetztunterMaxDB.

TaminoXML資料庫k,基於Adabas的版本由SoftwareAG開發,

Teradata,einesehrleistungsfähigeDatenbankderFirmaNCR.WirdfürgroßeDatenmengen,sog.DataWarehouseverwendet.

VisualdBase,dieletzteVersionwar5.0,dannverschwanddBasevomMarkt

XindicenativeXML-DatenbankderApacheSoftwareFoundation

SQLiteCBibliothekfürkomplettesSQLbasiertesDatenbanksystemimkommandozeilenorientiertenProgramms

資料庫管理系統選擇原則

選擇資料庫管理系統時應從以下幾個方面予以考慮:

(1) 構造資料庫的難易程度。

需要分析資料庫管理系統有沒有範式的要求,即是否必須按照系統所規定的數據模型分析現實世界,建立相應的模型;資料庫管理語句是否符合國際標準,符合國際標準則便於系統的維護、開發、移植;有沒有面向用戶的易用的開發工具;所支持的資料庫容量,資料庫的容量特性決定了資料庫管理系統的使用範圍。

(2) 程式開發的難易程度。

有無計算機輔助軟體工程工具CASE——計算機輔助軟體工程工具可以幫助開發者根據軟體工程的方法提供各開發階段的維護、編碼環境,便於複雜軟體的開發、維護。有無第四代語言的開發平台——第四代語言具有非過程語言的設計方法,用戶不需編寫複雜的過程性代碼,易學、易懂、易維護。有無面向對象的設計平台——面向對象的設計思想十分接近人類的邏輯思維方式,便於開發和維護。對多媒體數據類型的支持 ——多媒體數據需求是今後發展的趨勢,支持多媒體數據類型的資料庫管理系統必將減少應用程式的開發和維護工作。

(3) 資料庫管理系統的性能分析。

包括性能評估(回響時間、數據單位時間吞吐量)、性能監控(內外存使用情況、系統輸入/輸出速率、SQL語句的執行,資料庫元組控制)、性能管理(參數設定與調整)。

(4) 對分散式套用的支持。

包括數據透明與網路透明程度。數據透明是指用戶在套用中不需指出數據在網路中的什麼節點上,資料庫管理系統可以自動搜尋網路,提取所需數據;網路透明是指用戶在套用中無需指出網路所採用的協定。資料庫管理系統自動將數據包轉換成相應的協定數據。

(5) 並行處理能力。

支持多CPU模式的系統(SMP,CLUSTER,MPP),負載的分配形式,並行處理的顆粒度、範圍。

(6) 可移植性和可括展性。

可移植性指垂直擴展和水平擴展能力。垂直擴展要求新平台能夠支持低版本的平台,資料庫客戶機/ 伺服器機制支持集中式管理模式,這樣保證用戶以前的投資和系統;水平擴展要求滿足硬體上的擴展,支持從單CPU模式轉換成多CPU並行機模式( SMP, CLUSTER, MPP)

(7) 數據完整性約束。

數據完整性指數據的正確性和一致性保護,包括實體完整性、參照完整性、複雜的事務規則。

(8) 並發控制功能。

對於分散式資料庫管理系統,並發控制功能是必不可少的。因為它面臨的是多任務分布環境,可能會有多個用戶點在同一時刻對同一數據進行讀或寫操作,為了保證數據的一致性,需要由資料庫管理系統的並發控制功能來完成。評價並發控制的標準應從下面幾方面加以考慮:

保證查詢結果一致性方法

數據鎖的顆粒度(數據鎖的控制範圍,表、頁、元組等)

數據鎖的升級管理功能

死鎖的檢測和解決方法

(9) 容錯能力。

異常情況下對數據的容錯處理。評價標準:硬體的容錯,有無磁碟鏡象處理功能軟體的容錯,有無軟體方法異常情況的容錯功能

(10) 安全性控制

包括安全保密的程度(帳戶管理、用戶許可權、網路安全控制、數據約束)

(11) 支持漢字處理能力

包括資料庫描述語言的漢字處理能力(表名、域名、數據)和資料庫開發工具對漢字的支持能力。

(12)當突然停電、出現硬體故障、軟體失效、病毒或嚴重錯誤操作時,系統應提供恢複數據庫的功能,如定期轉存、恢復備份、回滾等,使系統有能力將資料庫恢復到損壞到以前的狀態。

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