三级模式两级映像数据库系统结构.pdf

三级模式两级映像数据库系统结构 引⾔ 考察数据库的结构可以有多种不同的层次或⾓度。（这⾥说的数据库不局限于关系型数据库） 1. 如果从DBMS⾓度来看，数据库通常采⽤三级模式结构，也就是说DBMS内部的系统结构是三级模式结构 2. 如果从数据库最终⽤户⾓度来看，数据库系统的结构可分为：单⽤户结构、主从式结构、分布式结构、客户/服务器、浏览 器/应⽤服务器/数据库服务器多层结构等。这是数据库系统外部体系结构。 1. 数据库系统的模式（Schema） 数据模型中有"型"和"值"的概念，如：学⽣（学号，性别，班级）是"型"，⽽：张三（20160310001，1，3年2班）是"值"。 模式（Schema）是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，它仅仅描述型，⽽并不包括值。模式的值称为模式的⼀个实例 （Instance），同⼀个模式可以有多个实例。 虽然实际的DBMS系统种类很多，他们⽀持的数据模式不尽相同，使⽤不同的语⾔，建⽴在不同的OS上，数据的存储结构也各不相同，但 他们在体系结构上通常具有相同的特征，即采⽤三级模式结构并提供两级影像功能 2. 三级模式 数据库的三级模式结构是指：数据库系统是由外模式、模式和内模式三级构成，如图： 1. 模式（Schema） 模式也称为：逻辑模式，它是DB中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有⽤户的公共数据视图。模式层是数据库模式结构的中间层， 既不涉及到数据的物理存储细节和硬件环境，也与具体的应⽤程序、应⽤开发⼯具以及⾼级程序设计语⾔⽆关（C、C++、JAVA等）。 模 式就是数据库数据在逻辑上的视图，且⼀个数据库只有⼀个模式。实际⼯作中，模式就等同于程序员创建⼀个具体的数据库的全部操作， 如：这是⼀个MySQL数据库，有2张表，每个表的名字，属性的名字、类型、取值范围，主键，外键，索引，其他完整性约束等等。 DBMS提供模式描述语⾔（模式DDL）来严格地定义模式。 2. 外模式 外模式也称为：⼦模式(subschema)/⽤户模式，它是数据库⽤户（应⽤程序员、最终⽤户）能够看到的使⽤的局部数据的逻辑结构和特征 的描述，是数据库的数据视图，是与某⼀个应⽤有关的数据的逻辑表⽰。 外模式通常是模式的⼦集。⼀个数据库可以有多个外模式。同⼀ 个外模式可以为某⼀⽤户的多个应⽤系统所使⽤，但⼀个应⽤系统只能使⽤⼀个外模式。 外模式是保证数据库安全性的⼀个有⼒措施。每 个⽤户只能看见和访问所对应的外模式中的数据，数据库中的其余数据是不可见的。 DBMS提供⼦模式描述语⾔（⼦模式DDL）来严格地 定义⼦模式。 3. 内模式 内模式也称为：存储模式(Storage schema)，⼀个数据库只有⼀个内模式。它是数据库物理结构和存储⽅式的描述，是数据在数据库内部 的表⽰⽅式。如：记录的存储⽅式是堆存储，还是按照某些属性值的升（降）存储，还是按照属性值聚簇（cluster）存储；索引按照什么 ⽅式组织，是B+树索引，还是hash索引等等。 DBMS提供内模式描述语⾔（内模式DDL/存储模式DDL）来严格定义内模式。 三级模式在关系型数据库的对应实现 1. 三级模式是数据库系统通常采⽤的结构，但这并不意味着你必须按照三级模式结构设想的那样来编程。这是因为，各种类型数据库 （层次、⽹状、关系）和各个具体数据库对三级模式的提供的⽀持是不完善和不⼀致的。 2. 可以看到三级模式都是DDL（Data Definition language）来定义的，那么在RDBMS中三种模式的定义都包含在可以使⽤的DDL语 句中： 1. 外模式（DDL中的Subschema DDL部分） 在RDBMS中就只有⼀个视图（View）来⽀持 当然视图提供的也只是⼀定程度的数据逻辑独⽴性。因为对于视图的更新是有条 件的，因此当应⽤程序有需要修改数据的语句时，仍然不得不去操作基本表。所以如果基本表改变了，那么应⽤程序还是要变… 2. 模式（DDL中的Schema DDL部分） 模式就是基本表，但我觉得除了视图和索引组织⽅式等等之外都是模式的范围。表、字段、索引、存储过程、触发器等等 3. 内模式（DDL中的Storage DDL部分） 内模式是存储⽂件，但存储⽂件的存储⽅式和结构可以被定义，这⼀部分能操作的情况⽐较少，举⼀个例⼦如MySQL中创建 table并且制定使⽤MEMORY引擎、使⽤hash索引 3. ⼆级映像功能和数据的独⽴性 数据库的3级模式是对数据的3个抽象级别。它使得⽤户能够逻辑地抽象地处理数据，⽽不必再去关⼼数据在计算机中的具体表⽰⽅式与存 储⽅式。实际上，为了能够实现在这3个抽象层次之间的联系和转换，DBMS在这三级模式之间设计了两层映像： 外模式/模式映像 模式/内模式映像 这两层映像保证了数据库中的数据能够具有较⾼的逻辑独⽴