【導(dǎo)讀】信息具有可感知、可存儲(chǔ)、可加工、可傳遞和可再生的自然屬性。的內(nèi)涵，信息以數(shù)據(jù)的形式表現(xiàn)出來(lái)，并為人們理解和接受。業(yè)務(wù)的重要環(huán)節(jié)。一步深加工，從中獲取新的數(shù)據(jù)和信息。開(kāi)發(fā)一些大型的DBS或DBMS的過(guò)程，要遵循軟件工程的開(kāi)發(fā)模式。據(jù)內(nèi)部及數(shù)據(jù)之間聯(lián)系所必須滿(mǎn)足的語(yǔ)義約束。

　　

【正文】 系有如下方式： (A) 每張關(guān)系表單獨(dú)用一個(gè)文件來(lái)存儲(chǔ)，由 DBMS 通過(guò) OS 的文件管理功能來(lái)管理 。 (B) 現(xiàn)代中大型 DBMS 是由 OS 直接分配一塊大的磁盤(pán)空間， DBMS 將該磁盤(pán)空間作為數(shù)據(jù)庫(kù)磁盤(pán)文件直接管理， DB 的所有關(guān)系表都存儲(chǔ)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(gè)屬性組成，每個(gè)元組可以用磁盤(pán)文件中的一個(gè)邏輯記錄來(lái)存儲(chǔ)，記錄包括多個(gè)域，對(duì)應(yīng)元組的多個(gè)屬性 。 文件記錄格式： (1) 數(shù)據(jù)庫(kù)文件通常采用兩種邏輯記錄格式：定長(zhǎng)記錄格式和變長(zhǎng)記錄格式 。 文件結(jié)構(gòu)與存取 堆文件 堆文件也稱(chēng)無(wú)序文件，記錄隨機(jī)在存儲(chǔ)在文件物理空間是，新插入的記錄存儲(chǔ)在文件的末尾 。 堆文件常常用作存儲(chǔ)那些將來(lái)使用，但目前不清楚如何使用的記錄，為了實(shí)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(gè)磁盤(pán)塊，效率比較低 。 插入操作十分簡(jiǎn)單，先讀文件頭，找到最末磁盤(pán)地址，將最末磁盤(pán)塊讀入內(nèi)存，將需插入的新記錄寫(xiě)入磁盤(pán)塊的末端，最后將修改過(guò)的磁盤(pán)塊寫(xiě)回磁盤(pán) 。 刪除比較復(fù)雜，可以先找到被刪除記錄所在的磁盤(pán)塊，讀入內(nèi)存后在內(nèi)存緩沖區(qū)刪除記錄，最后再寫(xiě)回磁盤(pán) 。也可以在每個(gè)記錄的磁盤(pán)空間增加一個(gè)刪除標(biāo)志位，當(dāng)需要?jiǎng)h除記錄時(shí)，將標(biāo)示位置 1。 順序文件 順序文件按照文件記錄在查詢(xún)碼上的取值的大小順序排列各個(gè)記錄 。 順序文件的每個(gè)記 錄中有一個(gè)指針字段，根據(jù)查詢(xún)碼大小用指針將各個(gè)記錄按序連接起來(lái) 。 文件建立時(shí)，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(wèn)磁盤(pán)塊的次數(shù) 。 根據(jù)查詢(xún)條件對(duì)順序文件進(jìn)行查詢(xún)時(shí)，如查詢(xún)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(pán)塊，與堆文件一致，所以順序文件的訪問(wèn)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(gè)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(méi)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(lèi)型文件，存儲(chǔ)了來(lái)自多個(gè)關(guān)系表的數(shù)據(jù)，每個(gè)關(guān)系表對(duì)應(yīng)文件中的一種記錄類(lèi)型 。 當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)量效大時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)需要多次訪問(wèn)磁盤(pán)文件，嚴(yán)重影響性能指標(biāo)，為了降低多表操作時(shí)的磁盤(pán)訪問(wèn)次數(shù)，提高多表查詢(xún)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(chǔ)在同一磁盤(pán)塊內(nèi)，從而減少多表查詢(xún)時(shí)磁盤(pán)塊的訪問(wèn)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(wèn)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(wèn)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(wèn)技術(shù)，它將一個(gè)文件的每個(gè)記錄在某個(gè)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(lái)，提供了一種根據(jù)記錄域的取值快速訪問(wèn)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(lèi)： (1) 有序索引技 術(shù)：利用索引文件實(shí)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(gè)記錄中記載一個(gè)索引項(xiàng)，索引項(xiàng)記錄了某個(gè)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(gè)散列函數(shù)實(shí)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(gè)問(wèn)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(wèn)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(wèn)數(shù)據(jù)文件時(shí)，首先要為該數(shù)據(jù)文件建 立一個(gè)索引文件，它是索引記錄和索引項(xiàng)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(xiàng)。所有索引項(xiàng)作為索引記錄存儲(chǔ)在索引文件中，索引文件根據(jù)某個(gè)特定的查找碼值的順序組織為順序文件 。 (C) 一個(gè)數(shù)據(jù)文件可以有多個(gè)查找碼和索引文件 。 有序索引的分類(lèi)及特點(diǎn) 聚集索引與非聚集索引 (1) 對(duì)數(shù)據(jù)文件和它的一個(gè)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(xiàng)的排列順序相一致，則 該索引文件稱(chēng)為聚集索引，否則稱(chēng)為非聚集索引 。 (2) 在一個(gè)數(shù)據(jù)文件上除了建立一個(gè)聚集索引外，還可建立多個(gè)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(gè)查找碼都在索引文件中都對(duì)應(yīng)一個(gè)索引記錄，稱(chēng)為稠密索引，如果只一部分對(duì)應(yīng)，則稱(chēng)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(chēng)為主索引，在非主碼屬性上建立的索引稱(chēng)為輔索引 。 單層索引和多層索引 (1) 單層索引 (線(xiàn)性索引 )：索引項(xiàng)根據(jù)鍵值在索引文件中順序排列，組織成一維線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，每個(gè)索引項(xiàng) 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(shí)，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(wèn)題，可對(duì)索引文件中的索引項(xiàng)本身再建立一級(jí)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(shù)型索引結(jié)構(gòu)來(lái)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(guò)計(jì)算一個(gè)散列函數(shù)，以散列函數(shù)值作為記錄的物理地址，實(shí)現(xiàn)對(duì)文件記錄直接快速訪問(wèn)。 首先指定文件記錄的一個(gè)域作為查找碼 (散列域 )，然后定義一個(gè)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(chǔ)單位，一個(gè)桶可存放多個(gè)文件記錄，物理地址可以是記錄所在的桶號(hào)，散列函數(shù)的輸出可以是桶號(hào) 。 散列函數(shù) 散列方法依賴(lài)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(gè)桶中，具體要滿(mǎn)足如下兩個(gè)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(gè)原因： (1) 文件初始設(shè)計(jì)時(shí)，為文件記錄預(yù)留的存儲(chǔ)空間不足 。 (2) 散列函數(shù)的均勻分布性不好 。 設(shè)計(jì)散列函數(shù)時(shí)，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(jì)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(diǎn)：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(dòng)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(chǔ)了數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的各類(lèi)描述信息和 DBMS 所需的控制信息，全稱(chēng)數(shù)據(jù)庫(kù)元數(shù)據(jù) 。 數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的各類(lèi)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(xún)優(yōu)化、安全性檢查、用戶(hù)權(quán)限驗(yàn)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(chǔ)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(kù)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)信息 。 數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容 數(shù)據(jù)庫(kù)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：在具體的硬件環(huán)境、 OS、 DBMS 約束下，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)結(jié)果，設(shè)計(jì)合適的數(shù)據(jù)庫(kù)物理結(jié)構(gòu)。目標(biāo)是存儲(chǔ)空間占用少、訪問(wèn)效率高和維護(hù)代價(jià)低 。 一旦選定了硬件平臺(tái)、 OS 和 DBMS，數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(kù)物理設(shè)計(jì)主要包括以下步驟： (1) 數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模式調(diào)整：將數(shù)據(jù)庫(kù)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(jì)業(yè)務(wù)規(guī)則 。 (2) 文件組織與存取設(shè)計(jì)：配置基本表的文件組織形式，據(jù)實(shí)際情況為基本表設(shè)計(jì)合適的存取方法和路徑 。 (3) 數(shù) 據(jù)分布設(shè)計(jì)： (4) 安全模式設(shè)計(jì)： (5) 確定系統(tǒng)配置： (6) 物理模式評(píng)估： 數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模式調(diào)整 物理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)首先需要根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)信息，設(shè)計(jì)目標(biāo) DBMS 平臺(tái)支持的基本表的模式信息，這些模式信息代表了所要開(kāi)發(fā)的具體目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模式調(diào)整，主要包括如下設(shè)計(jì)內(nèi)容： (1) 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)基本表和視圖：采用目標(biāo) DBMS 所支持的建表方法，設(shè)計(jì)基本表及其面向模型的完整性約束 。 (2) 設(shè)計(jì)基本表業(yè)務(wù)規(guī)則 。 DB 文件組 織與存取設(shè)計(jì) 分析事務(wù)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)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(kù)事務(wù)對(duì)各個(gè)基本表的訪問(wèn)情況，確定事務(wù)訪問(wèn)了哪些基本表，對(duì)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(jì)各事務(wù)的執(zhí)行頻率 。 (3) 對(duì)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(kù)文件結(jié)構(gòu) (1) 如果數(shù)據(jù)庫(kù)中的一個(gè)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(wèn)，也支持快速二分查找 。 (3) 如果用戶(hù)查詢(xún)是基于散列域值的等值匹配，特別是如果訪問(wèn)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(xún) 。 (B) 基于非散列域進(jìn)行查詢(xún)時(shí) 。 (4) B樹(shù)和 B+樹(shù)文件是實(shí)際數(shù)據(jù)庫(kù)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(xún)等 。 (5) 如果某此重要而頻繁的用戶(hù)查詢(xún)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(jì)存取路徑： (1) 為數(shù)據(jù) 庫(kù)文件設(shè)計(jì)合理的物理存儲(chǔ)位置 。 (2) 為基本表設(shè)計(jì)索引機(jī)制：索引可以提高文件存取速度，改善訪問(wèn)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(kāi)銷(xiāo)，數(shù)據(jù)的操作會(huì)引起索引的重新調(diào)整，還占用一定的存儲(chǔ)空間，可根據(jù)如下原則決定是否為一個(gè)基本表建立索引： (A) 對(duì)于經(jīng)常需要查詢(xún)、連接、統(tǒng)計(jì)操作，且數(shù)據(jù)量大的基本表可考慮建立索引，而對(duì)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(gè)基本表上除了可以建立一個(gè)聚集索引外，還可以建立多個(gè)非聚集索引，但索引越多，對(duì)表內(nèi)數(shù) 據(jù)更新所需的開(kāi)銷(xiāo)越大，對(duì)于一個(gè)更新頻繁的表應(yīng)少建或不建索引 。 (C) 索引可以由用戶(hù)根據(jù)需要隨時(shí)創(chuàng)建或刪除，以提高數(shù)據(jù)查詢(xún)性能 。 數(shù)據(jù)分布設(shè)計(jì) 不同類(lèi)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(shí)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(shí)間短的，必須放在支持直接存取的磁盤(pán)存儲(chǔ)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(pán)上，對(duì)前者可考慮建立 B+樹(shù)等多層索引，而后者不建立或只建立單層索引 。 (2) 根據(jù)時(shí)間、地點(diǎn)劃分 。 (3) 分布式數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)帶有派生屬性的基本表可采用兩種實(shí)現(xiàn)方式： (A) 將派生屬性作為基本表內(nèi)單獨(dú)一列，稱(chēng)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(kù)物理設(shè)計(jì)階段，可以對(duì)考慮數(shù) 據(jù)庫(kù)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(xún)效率，這稱(chēng)為關(guān)系模式的去規(guī)范化處理，但不滿(mǎn)足 3NF 的關(guān)系模式又可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)異常，因此，設(shè)計(jì)基本表時(shí)，需在規(guī)范化和查詢(xún)效率間權(quán)衡 。 安全模式設(shè)計(jì) 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì) (1) 是指為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器合法用戶(hù)分配用戶(hù)名和口令，使其能夠正常登錄服務(wù)器訪問(wèn)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(jì) (1) 是指通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)視圖機(jī)制和授權(quán)機(jī)制為用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象訪問(wèn)的權(quán)限 。 (2) 引用數(shù) 據(jù)視圖機(jī)制，只給用戶(hù)需求的那部分?jǐn)?shù)據(jù)訪問(wèn)權(quán)限，防止由合法用戶(hù)造成信息泄密，另外數(shù)據(jù)視圖還可以防止基本表發(fā)生改變時(shí)，影響用戶(hù)的訪問(wèn) 。 (3) 權(quán)限是允許用戶(hù)對(duì)一給定的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象可執(zhí)行的操作 。 (4) 數(shù)據(jù)庫(kù)安全設(shè)計(jì)需要根據(jù)用戶(hù)需求，采用授權(quán)機(jī)制，為用戶(hù)分配合法訪問(wèn)的權(quán)限 。 確定系統(tǒng)配置 要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行情況配置系統(tǒng)參數(shù) 。 物理模式評(píng)估 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)時(shí)間效率、空間效率、維護(hù)代價(jià)和