数据库系统的内部结构体系简介

数据库系统的内部结构体系简介

计算机安全是计算机技术的一个分支，其目标包括保护信息免受未经授权的访问、中断和修改，同时为系统的预期用户保持系统的可访问性和可用性。下面是我收集的数据库系统的内部结构体系，希望大家认真阅读!

数据库系统的内部具有三级模式与二级映射。

1)数据库系统的三级模式

数据模式是数据库系统中数据结构的一种表示形式，它具有不同的层次与结构方式。

(1)概念模式

概念模式是数据库系统中全局数据逻辑结构的描述，是全体用户公共数据视图。概念模式主要描述数据的概念记录类型以及它们之间的关系，还包括一些数据间的语义约束。

(2)外模式

外模式又称子模式或用户模式，是用户的数据视图，即用户见到的数据模式。

概念模式给出系统全局的数据描述而外模式则给出每个用户的局部数据描述。

(3)内模式

内模式又称物理模式，它给出数据库物理存储结构与物理存储方法，如数据存储的文件结构、索引、集簇及hash等存取方式与存取路径，内模式的物理性主要体现在 *** 作系统及文件级上。

内模式对一般的用户是透明的.，但它的设计直接影响到数据库系统的性能。

模式的三个级别层次反映了模式的三个不同环境以及它们的不同要求，其中内模式处于最底层，它反映数据在计算机物理结构中的实际存储形式，概念模式牌中层，它反映了设计者的数据全局逻辑要求，而外模式处于最外层，通过两种映射由物理数据库映射而成它反映用户对数据的要求。

2)数据库系统的二级映射

数据库系统的三级模式是对数据的三个级别抽象，它把数据的具体物理实现留给物理模式，使得全局设计者不必关心数据库的具体实现与物理背景通过两级映射建立了模式间的联系与转换，使得概念模式与外模式虽然并不物理存在，但也能通过映射获得实体。同时，两级映射也保证了数据库系统中数据的独立性。

两级模式的映射：

概念模式到内模式的映射：该映射给出概念模式中数据的全局逻辑结构到数据的物理存储结构间的对应关系

外模式到概念模式的映射：该映射给出了外模式与概念模式之间的对应关系

【拓展】外部结构

从数据库最终用户角度看，数据库系统的结构分为集中式(单用户结构、主从式结构)、分布式(客户机/服务器结构)和多层结构，这是数据库系统外部的体系结构。

(1)单用户应用结构：是运行在个人计算机上的结构模式，常称为桌面(Desktop)DBMS。属于单用户DBMS的主要产品有：Microsoft Access、Paradox、Fox系列。单用户的DBMS的功能在数据的一致性维护、完整性检查及安全性管理上是不完善的。桌面数据库管理系统中比较好的有Access、Paradox等，它基本实现了DBMS应该具有的功能。

(2)主机/终端结构：是以大型主机为中心(Mainframe．Centric)的结构模式，也称为分时共享(Time—Sharing)模式，它是面向终端的多用户计算机系统(主从式结构)。该结构以一台主机为核心，将 *** 作系统、应用程序、DBMS、数据库等数据和资源均放在该主机上，所有的应用处理均由主机承担，每个与主机相连接的终端都是作为主机的一种I/O设备。由于是集中式管理，主机的任何错误都有可能导致整个系统的瘫痪。因此，这种结构对系统的主机的性能要求比较高，维护费用也较高。

(3)客户机/服务器(Client—Server，C/S)结构：是随着计算机网络的广泛使用而出现的结构模式。该结构是将一个数据库分解为客户机(称为前端，Front—End)、应用程序和服务器(称为后端，Back-End)三部分，通过网络连接应用程序和服务器。由于C/S结构的本质是通过对服务功能的分布实现分工服务，因而又称为分布式服务模式。人们将C/S称为二层结构的数据库应用模式。

(4)多层数据库应用结构：将应用程序放在服务器端执行，客户机端安装统一的前端运行环境——浏览器，在客户机和服务器之间增加一层用于转换的服务器，形成三层结构的数据库应用模式，这就是Intemet/Intranet环境下数据库的应用模式。三层结构是由二层(C/S)结构扩展而来的，这种三层结构也称为浏览器/Web 服务器/数据库服务器(B/W/S)结构。

软件系统的体系结构经历了主机终端模式、客户机/服务器（C/S）模式、浏览器/服务器（B/S）和多层分布式结构。

主机/终端结构：

早期计算机系统多是单机系统，多个用户是通过联网终端来访问的，没有网络的概念。即所谓的主机分时系统。连接的终端完成没有事务处理的能力，只是输入和显示信息。所有的事务处理功能完全放在主机上进行。因此主机的负载很重，整个系统的事务处理能力全部取决于主机。目前主机/终端模式逐渐被淘汰。

两层结构——客户/服务器体系结构：

早期的C/S结构是一种典型的两层结构，按照各自实现功能的不同，将应用程序分为两大部分：一部分是用于处理数据库，称其为服务器部分；另一部分用于处理应用程序、请求服务，被称为客户部分。客户部分负责执行前台功能，如管理用户接口、数据处理和报告请求等，而服务器部分执行后台服务，如管理外设、控制对共享数据库的 *** 纵、接受并应答客户机的请求等。

C/S结构的工作原理是：用户通过应用程序向客户机提出数据请求，客户机通过网络将用户数据提交给服务器，服务器的数据库管理系统执行数据处理任务，然后把经过处理后的用户需要的那部分数据，传输到客户机上，最后由客户机完成对其数据的加工，并将加工结果提交的服务器。

浏览器/服务器结构（B/S结构）：

B/S本质上也是一种C/S结构，它是传统的两层C/S结构在Web上的发展。相对于C/S结构而言，B/S结构是把原来在客户机一侧的应用程序模块与显示功能分开，将应用程序模块放在Web服务器上，客户端只需要安装浏览器就可以了，这样将系统业务处理部分统一放在Web服务器上，客户端只起到与用户交互的作用。

B/S结构的工作原理是：Web服务器接受浏览器的Web请求，并处理Web页面请求，同时将数据请求通过数据库接口转换成数据库服务器能接受的形式（如SQL），只会送到数据库服务器，数据库服务器根据数据请求执行相应的数据库 *** 作（如查询、统计、修改）

三级结构的组织形式称为数据库的体系结构或数据抽象的三个级别。这个结构是于1975年在美国ANSI/X3/SPARC（美国国家标准协会的计算机与信息处理委员会中的标准计划与需求委员会）数据库小组的报告中提出的。

1.1.4.1三级数据视图

数据抽象的三个级别又称为三级数据视图，是不同层次用户（人员）从不同角度所看到的数据组织形式。

(1) 外部视图 第一层的数据组织形式是面向应用的，是应用程序员开发应用程序时所使用的数据组织形式，是应用程序员所看到的数据的逻辑结构，是用户数据视图，称为外部视图。外部视图可有多个。这一层的最大特点是以各类用户的需求为出发点，构造满足其需求的最佳逻辑结构。

(2) 全局视图 第二层的数据组织形式是面向全局应用的，是全局数据的组织形式，是数据库管理人员所看到的全体数据的逻辑组织形式，称为全局视图，全局视图仅有一个。这一层的特点是对全局应用最佳的逻辑结构形式。

(3) 存储视图　第三层的数据组织形式是面向存储的，是按照物理存储最优的策略所组织形式，是系统维护人员所看到的数据结构，称为存储视图。存储视图只有一个。这一层的特点是物理存储最佳的结构形式。

外部视图是全局视图的逻辑子集，全局视图是外部视图的逻辑汇总和综合，存储视图是全局视图的具体实现。三级视图之间的联系由二级映射实现。外部视图和全局视图之间的映射称为逻辑映射，全局视图和存储视图之间的映射称为物理映射。

1.1.4.2 三级模式

三级视图是用图、表等形式描述的，具有简单、直观的优点。但是，这种形式目前还不能被计算机直接识别。为了在计算机系统中实现数据的三级组织形式，必须用计算机可以识别的语言对其进行描述。DBMS提供了这种数据描述语言（Data Description Language 简记为DDL）。我们称用DDL精确定义数据视图的程序为模式（Scheme）。与三级视图对应的是三级模式。

（1） 子模式 　定义外部视图的模式称外模式，也称子模式。它由对用户数据文件的逻辑结构描述以及和全局视图中文件的对应关系的描述组成，用DBMS提供的子模式DDL定义。一个子模式可以由多个用户共享，而一个用户只能使用一个子模式。

（2） 模式　 定义全局视图的模式称逻辑模式，简称模式。它由对全局视图中全体数据文件的逻辑结构描述以及和存储视图中文件的对应关系的描述组成，用DBMS提供的模式DDL定义。逻辑结构的描述包括记录的型（组成记录的数据项名、类型、取值范围等），还有记录之间的联系，数据的完整性、安全保密要求等。

（3） 内模式　 定义存储视图的模式称内模式，又称物理模式。它由对存储视图中全体数据文件的存储结构的描述和对存储介质参数的描述组成，用DBMS提供的内模式DDL定义。存储结构的描述包括记录值的存储方式（顺序存储、hash方法、B树结构等），索引的组织方式等。

三级模式的结构如图1.8所示。

三级模式所描述的仅仅是数据的组织框架，而不是数据本身。在内模式这个框架填上具体数据就构成物理数据库，它是外部存储器上真实存在的数据集合。模式框架下的数据集合是概念数据库，它仅是物理数据库的逻辑映像。子模式框架下的数据集合是用户数据库，它是概念数据库的逻辑子集。

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