【導(dǎo)讀】工程;軟件工程;信息技術(shù)。是對事物之間相互聯(lián)系、相互作用的描述。信息具有可感知、可存儲、可加工、可傳遞和可再生的自然屬性。不同的物理符號體現(xiàn)出數(shù)據(jù)的不同表現(xiàn)形式。儲，進(jìn)而從已數(shù)據(jù)出發(fā)，抽取或推導(dǎo)出新的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)表示了新的信息。存儲、檢索和維護(hù)，是數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)的重要環(huán)節(jié)。還可通過數(shù)據(jù)管理得到的數(shù)據(jù)進(jìn)一步深加工，從中獲取新的數(shù)據(jù)和信息。散數(shù)學(xué)集合論中“關(guān)系”這一基本概念上發(fā)展起來的;層次、網(wǎng)狀、關(guān)系數(shù)模。允許執(zhí)行的操作和操作規(guī)則組成的集合。語義約束，也規(guī)定了數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)內(nèi)部及數(shù)據(jù)之間聯(lián)系所必須滿足的語義約束。關(guān)的安全性和完整性要求;

　　

【正文】 術(shù) 。 文件組織 數(shù)據(jù)庫與文件的對應(yīng)關(guān)系 (1) 在外存中，數(shù)據(jù)庫以文件形式組織，文件由邏輯記錄組成，記 錄由多個域組成 。 (2) 一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫包括一張或多張關(guān)系表，關(guān)系表與文件的對應(yīng)關(guān)系有如下方式： (A) 每張關(guān)系表單獨用一個文件來存儲，由 DBMS 通過 OS 的文件管理功能來管理 。 (B) 現(xiàn)代中大型 DBMS 是由 OS 直接分配一塊大的磁盤空間， DBMS 將該磁盤空間作為數(shù)據(jù)庫磁盤文件直接管理， DB 的所有關(guān)系表都存儲在該文件中 。 (1) 關(guān)系表在邏輯上由一系列元組組成，元組由多個屬性組成，每個元組可以用磁盤文件中的一個邏輯記錄來存儲，記錄包括多個域，對應(yīng)元組的多個屬性 。 文件記錄格式： (1) 數(shù)據(jù)庫文件通常采用兩種邏輯記錄格式：定長記錄格式和變長記錄格式 。 文件結(jié)構(gòu)與存取 堆文件 堆文件也稱無序文件，記錄隨機(jī)在存儲在文件物理空間是，新插入的記錄存儲在文件的末尾 。 堆文件常常用作存儲那些將來使用，但目前不清楚如何使用的記錄，為了實現(xiàn)文件記錄的有效存取，堆文件經(jīng)常與附加的存取路徑一起使用 。 查找操行平均需要搜索 (B+1)/2 個磁盤塊，效率比較低 。 插入操作十分簡單，先讀文件頭，找到最末磁盤地址，將最末磁盤塊讀入內(nèi)存，將需插入 的新記錄寫入磁盤塊的末端，最后將修改過的磁盤塊寫回磁盤 。 刪除比較復(fù)雜，可以先找到被刪除記錄所在的磁盤塊，讀入內(nèi)存后在內(nèi)存緩沖區(qū)刪除記錄，最后再寫回磁盤 。也可以在每個記錄的磁盤空間增加一個刪除標(biāo)志位，當(dāng)需要刪除記錄時，將標(biāo)示位置 1。 順序文件 順序文件按照文件記錄在查詢碼上的取值的大小順序排列各個記錄 。 順序文件的每個記錄中有一個指針字段，根據(jù)查詢碼大小用指針將各個記錄按序連接起來 。 文件建立時，應(yīng)盡量使記錄的物理順序與查找碼的順序一致，以減少訪問磁盤 塊的次數(shù) 。 根據(jù)查詢條件對順序文件進(jìn)行查詢時，如查詢條件定義在查找碼上，則使用二分法查找技術(shù)快速找到記錄，如條件不在查找碼上，則必須從頭到尾依次掃描磁盤塊，與堆文件一致，所以順序文件的訪問效率也不高 。 順序文件插入工作包括定位和插入： (1) 定位：在指針鏈中找到插入的位置，即插入記錄在哪個記錄的前面 。 (2) 插入：如有自由空間，則在該位置插入新記錄，如沒有自由空間，則只能插入溢出塊中，重新調(diào)整記錄指針鏈關(guān)系，保證記錄順序 。 聚集文件 聚集文件是一種具 有多種記錄類型文件，存儲了來自多個關(guān)系表的數(shù)據(jù)，每個關(guān)系表對應(yīng)文件中的一種記錄類型 。 當(dāng)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)量效大時，對數(shù)據(jù)庫查詢需要多次訪問磁盤文件，嚴(yán)重影響性能指標(biāo)，為了降低多表操作時的磁盤訪問次數(shù)，提高多表查詢速度，可采用聚集文件 。 聚集文件將不同關(guān)系表中有關(guān)聯(lián)關(guān)系的記錄存儲在同一磁盤塊內(nèi)，從而減少多表查詢時磁盤塊的訪問次數(shù)，提高處理速度 。 索引文件 是一種利用索引技術(shù)技術(shù)快速文件訪問的文件組織和存取方法 。 散列文件 是一種利用散列函數(shù)支持快速文 件訪問的文件組織和存取方法 。 索引技術(shù) 基本概念 索引技術(shù)：是一種快速文件訪問技術(shù)，它將一個文件的每個記錄在某個或某些域 (屬性 )上的取值與該記錄的物理地址直接聯(lián)系起來，提供了一種根據(jù)記錄域的取值快速訪問文件記錄的機(jī)制 。它的關(guān)鍵是建立取值域到記錄的物理地址劉的映射關(guān)系，這種映射關(guān)系叫索引 。 索引技術(shù)分類： (1) 有序索引技術(shù)：利用索引文件實現(xiàn)記錄域 (查找碼 )取值到記錄物理地址間的映射關(guān)系，索引文件由索引記錄組成，每個記錄中記載一個索引項，索引項記錄了某個特 定的查找碼值和具有該值的數(shù)據(jù)文件記錄的物理地址 。 (2) 散列技術(shù)：利用一個散列函數(shù)實現(xiàn)記錄域取值到記錄物理地址間的直接映射關(guān)系 。 (3) 有序索引：有序索引作為基于索引文件的索引技術(shù)，需要考慮兩個問題：(1)如何組織索引文件中的索引記錄 。(2)如何從索引文件出發(fā)，訪問數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)記錄 。 (A) 當(dāng)需要采用有序索引機(jī)制快速訪問數(shù)據(jù)文件時，首先要為該數(shù)據(jù)文件建立一個索引文件，它是索引記錄和索引項的集合 。 (B) 索引文件建立的方法：首先選定某些記錄域作為查找碼，然后建立數(shù)據(jù)記錄在查找碼上的 取值與物理地址間的映射關(guān)系，組成索引項。所有索引項作為索引記錄存儲在索引文件中，索引文件根據(jù)某個特定的查找碼值的順序組織為順序文件 。 (C) 一個數(shù)據(jù)文件可以有多個查找碼和索引文件 。 有序索引的分類及特點 聚集索引與非聚集索引 (1) 對數(shù)據(jù)文件和它的一個特定的索引文件，如果數(shù)據(jù)文件中數(shù)據(jù)記錄的排列順序與索引文件中索引項的排列順序相一致，則該索引文件稱為聚集索引，否則稱為非聚集索引 。 (2) 在一個數(shù)據(jù)文件上除了建立一個聚集索引外，還可建立多個非聚集索引 。 稠密 索引和稀疏索引 如果數(shù)據(jù)文件中的每個查找碼都在索引文件中都對應(yīng)一個索引記錄，稱為稠密索引，如果只一部分對應(yīng)，則稱為稀疏索引 。 主索引和輔索引 在數(shù)據(jù)文件包含主碼的屬性集上建立索引稱為主索引，在非主碼屬性上建立的索引稱為輔索引 。 單層索引和多層索引 (1) 單層索引 (線性索引 )：索引項根據(jù)鍵值在索引文件中順序排列，組織成一維線性結(jié)構(gòu)，每個索引項直接指向數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)記錄 。 (2) 當(dāng)數(shù)據(jù)文件很大時，即使采用稀疏索引，建成的索引文件也很大，導(dǎo)致效率低下，為解決該問題，可對索引 文件中的索引項本身再建立一級稀疏索引，組成 2層索引結(jié)構(gòu) 。進(jìn)一步地，可建立多層樹型索引結(jié)構(gòu)來快速定位 。 散列技術(shù) 散列文件 散列是一種快速查找技術(shù)，它利用定義在文件記錄上的查找碼，通過計算一個散列函數(shù)，以散列函數(shù)值作為記錄的物理地址，實現(xiàn)對文件記錄直接快速訪問。 首先指定文件記錄的一個域作為查找碼 (散列域 )，然后定義一個查找碼上的函數(shù) (散列函數(shù) )，函數(shù)的輸入為查找碼值，輸出為物理地址 。 一般使用桶作為基本的存儲單位，一個桶可存放多個文件記錄，物理地址可 以是記錄所在的桶號，散列函數(shù)的輸出可以是桶號 。 散列函數(shù) 散列方法依賴于好的散列函數(shù)，它應(yīng)該盡可能均勻地將查找碼分布到各個桶中，具體要滿足如下兩個條件： (1) 地址的分布是均勻的 。 (2) 地址的分布是隨機(jī)的 。 桶溢出 產(chǎn)生桶溢出的兩個原因： (1) 文件初始設(shè)計時，為文件記錄預(yù)留的存儲空間不足 。 (2) 散列函數(shù)的均勻分布性不好 。 設(shè)計散列函數(shù)時，應(yīng)根據(jù)文件大小決定物理空間，一般應(yīng)有 20%余量，再設(shè)計合適的桶數(shù)目和桶大小，盡可 能留有一些空閑桶，降低桶溢出的可能性 。 桶溢出的現(xiàn)象是難免的，需要 DBS 采用相應(yīng)的桶溢出處理機(jī)制 。 散列方法的缺點：為了避免桶溢出。必須選一合適的散列函數(shù)，但這比較復(fù)雜，而且不象索引文件那樣可以據(jù)數(shù)據(jù)記錄變化動態(tài)調(diào)整。 數(shù)據(jù)字典 數(shù)據(jù)字典 (系統(tǒng)目錄 )中存儲了數(shù)據(jù)庫對象的各類描述信息和 DBMS 所需的控制信息，全稱數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù) 。 數(shù)據(jù)庫對象的各類描述信息：包括外模式、模式、內(nèi)模式以及它們之間的映射的描述 。 DBMS 所需的控制信息：包括查詢優(yōu)化、安全性 檢查、用戶權(quán)限驗證等 。 數(shù)據(jù)字典主要包括： (1) 關(guān)系模式信息 。 (2) 與視圖描述有關(guān)的信息 。 (3) 關(guān)系的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法信息 。 (4) 完整性約束信息 。 (5) 安全性有關(guān)信息 。 (6) 數(shù)據(jù)庫運(yùn)行統(tǒng)計信息 。 數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計 設(shè)計步驟和內(nèi)容 數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計：在具體的硬件環(huán)境、 OS、 DBMS 約束下，根據(jù)數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計結(jié)果，設(shè)計合適的數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)。目標(biāo)是存儲空間占用少、訪問效率高和維護(hù)代價低 。 一旦選定了硬件平臺 、 OS 和 DBMS，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲和存取方式等可用的物理模式也就隨之確定了 。 數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計主要包括以下步驟： (1) 數(shù)據(jù)庫邏輯模式調(diào)整：將數(shù)據(jù)庫邏輯模式及其視圖轉(zhuǎn)換為 DBMS 支持的基本表和視圖，并利用 DBMS 提供的完整性機(jī)制設(shè)計業(yè)務(wù)規(guī)則 。 (2) 文件組織與存取設(shè)計：配置基本表的文件組織形式，據(jù)實際情況為基本表設(shè)計合適的存取方法和路徑 。 (3) 數(shù)據(jù)分布設(shè)計： (4) 安全模式設(shè)計： (5) 確定系統(tǒng)配置： (6) 物理模式評估： 數(shù)據(jù)庫邏輯模式調(diào)整 物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計首先需要根據(jù)數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)信息，設(shè)計目標(biāo) DBMS 平臺支持的基本表的模式信息，這些模式信息代表了所要開發(fā)的具體目標(biāo)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)，這個過程稱為數(shù)據(jù)庫邏輯模式調(diào)整，主要包括如下設(shè)計內(nèi)容： (1) 實現(xiàn)目標(biāo)數(shù)據(jù)庫基本表和視圖：采用目標(biāo) DBMS 所支持的建表方法，設(shè)計基本表及其面向模型的完整性約束 。 (2) 設(shè)計基本表業(yè)務(wù)規(guī)則 。 DB 文件組織與存取設(shè)計 分析事務(wù)的數(shù)據(jù)訪問特性 (1) 使用事務(wù) 基本表交叉引用矩陣，分析系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)庫事務(wù)對各個基本表的訪問情況，確定 事務(wù)訪問了哪些基本表，對這些基本表執(zhí)行了何種操作，并進(jìn)一步分析各操作涉及到的基本表屬性 。 (2) 估計各事務(wù)的執(zhí)行頻率 。 (3) 對每張基本表，匯總所有作用于該表上的各事務(wù)的操作頻率信息 。 了解并選擇數(shù)據(jù)庫文件結(jié)構(gòu) (1) 如果數(shù)據(jù)庫中的一個基本表中的數(shù)據(jù)量很少，并且操作非常頻繁，該基本表可采用堆文件組織方式 。 (2) 順序文件支持基于查找碼的順序訪問，也支持快速二分查找 。 (3) 如果用戶查詢是基于散列域值的等值匹配，特別是如果訪問順序是隨機(jī)的，散列文件比較合適。但散列文件組 織不適合以下情況： (A) 基于散列值域的非精確查詢 。 (B) 基于非散列域進(jìn)行查詢時 。 (4) B樹和 B+樹文件是實際數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中使用非常廣泛的索引文件結(jié)構(gòu)，適合于定義在大數(shù)據(jù)量基本表上、基于查找碼的等值查詢等 。 (5) 如果某此重要而頻繁的用戶查詢經(jīng)常需要進(jìn)行多表連接操作，可考慮將這些基本表組織為聚集文件 。 設(shè)計存取路徑： (1) 為數(shù)據(jù)庫文件設(shè)計合理的物理存儲位置 。 (2) 為基本表設(shè)計索引機(jī)制：索引可以提高文件存取速度，改善訪問性能，但索引由 DBMS 管理，它的建立 、維護(hù)需要一定的系統(tǒng)開銷，數(shù)據(jù)的操作會引起索引的重新調(diào)整，還占用一定的存儲空間，可根據(jù)如下原則決定是否為一個基本表建立索引： (A) 對于經(jīng)常需要查詢、連接、統(tǒng)計操作，且數(shù)據(jù)量大的基本表可考慮建立索引，而對于經(jīng)常執(zhí)行插入、刪除、更新操作或小數(shù)據(jù)量的基本表應(yīng)盡量不建立索引 。 (B) 一個基本表上除了可以建立一個聚集索引外，還可以建立多個非聚集索引，但索引越多，對表內(nèi)數(shù)據(jù)更新所需的開銷越大，對于一個更新頻繁的表應(yīng)少建或不建索引 。 (C) 索引可以由用戶根據(jù)需要隨時創(chuàng)建或刪除，以提高數(shù)據(jù)查詢性能 。 數(shù)據(jù)分布設(shè)計 不同類型數(shù)據(jù)的物理分布 (1) 各種數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的作用不同，使用的頻率也不一樣，應(yīng)根據(jù)實際使用情況放在合適的物理介質(zhì)上 。 (2) 使用頻率低但數(shù)據(jù)量大的，可以放在磁帶中，而使用頻繁，要求響應(yīng)時間短的，必須放在支持直接存取的磁盤存儲介質(zhì)上 。 應(yīng)用數(shù)據(jù)的劃分和分布 (1) 根據(jù)數(shù)據(jù)的使用特征劃分：可將基本表劃分為頻繁使用分區(qū)和非頻繁使用分區(qū)，分別存放在不同的磁盤上，對前者可考慮建立 B+樹等多層索引，而后者不建立或只建立單層索引 。 (2) 根據(jù)時間、地 點劃分 。 (3) 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)劃分： 派生屬性數(shù)據(jù)分布 (1) 派生屬性指該屬性的取值可根據(jù)表中其他屬性的取值惟一確定 。 (2) 對帶有派生屬性的基本表可采用兩種實現(xiàn)方式： (A) 將派生屬性作為基本表內(nèi)單獨一列，稱為派生列 。 (B) 派生屬性不出現(xiàn)在基本表中 。 關(guān)系模式的去規(guī)范化 (1) 在數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計階段，可以對考慮數(shù)據(jù)庫中某些 3NF、 BCNF 模式是否可以降低其規(guī)范化程度，以提高查詢效率，這稱為關(guān)系模式的去規(guī)范化處理，但不滿足 3NF 的關(guān)系模式又可能 導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫訪問異常，因此，設(shè)計基本表時，需在規(guī)范化和查詢效率間權(quán)衡 。 安全模式設(shè)計 系統(tǒng)安全設(shè)計 (1) 是指為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器合法用戶分配用戶名和口令，使其能夠正常登錄服務(wù)器訪問所需的數(shù)據(jù)，還可采用基于 CA認(rèn)證的系統(tǒng)安全控制機(jī)制 。 數(shù)據(jù)安全設(shè)計 (1) 是指通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)視圖機(jī)制和授權(quán)機(jī)制為用戶對數(shù)據(jù)庫對象訪問的權(quán)限 。 (2) 引用數(shù)據(jù)視圖機(jī)制，只給用戶需求的那部分?jǐn)?shù)據(jù)訪問權(quán)限，防止由合法用戶造成信息泄密，另外數(shù)據(jù)視圖還可