【導(dǎo)讀】本科畢業(yè)設(shè)計(jì)外文文獻(xiàn)翻譯

　　

【正文】 的 DB2,Oracle 8,Informix UDS） 10 櫻井?dāng)U展了它們的系統(tǒng)，使之具有存儲(chǔ)諸如圖像，文本等新數(shù)據(jù)類型的能力，以及回答更復(fù)雜查詢的能力。大量的廠商已經(jīng)為創(chuàng)建數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，繼承多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)以及實(shí)現(xiàn)專業(yè)化分析而開(kāi)發(fā)了專用系統(tǒng)。 一個(gè) 有趣的現(xiàn)象是隨著一些企業(yè)資源規(guī)劃（ ERP）和管理自愿規(guī)劃（ MRP）軟件包的出現(xiàn)，他們?cè)?DBMS 之上增加了一層面向應(yīng)用的特征。廣泛使用的軟件包有Baan,Oracle,PeopleSoft,SAP 和 Siebel 等系統(tǒng)，它們先確定大多數(shù)組織機(jī)構(gòu)所遇到的共同任務(wù)（例如，庫(kù)存管理，人力資源規(guī)劃，財(cái)務(wù)分析等），并提供一個(gè)通用的應(yīng)用層以完成這些任務(wù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在關(guān)系型 DBMS 中，可以為不同公司分別定制應(yīng)用層。與從頭開(kāi)始創(chuàng)建應(yīng)用層的開(kāi)銷(xiāo)相比，這樣可以降低公司的總體開(kāi)銷(xiāo)。 也許，在 DBMS 的發(fā)展中，最重要的事是 DBMS 已經(jīng)進(jìn) 入了因特網(wǎng)時(shí)代。第一代Web 站點(diǎn)是把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在操作系統(tǒng)的文件中，而現(xiàn)在，使用 DBMS 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并通過(guò) Web瀏覽器瀏覽數(shù)據(jù)已變得越來(lái)越普遍。通過(guò) Web 可存取的表單界面來(lái)產(chǎn)生查詢請(qǐng)求，并使用諸如 HTML 的標(biāo)記語(yǔ)言將查詢結(jié)果格式化，從而便于在瀏覽器中顯示。所有數(shù)據(jù)庫(kù)提供商都在增加它們的 DBMS 功能，使之更適于在因特網(wǎng)上部署。 隨著越來(lái)越多在線數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，并且通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越容易獲得，數(shù)據(jù)庫(kù)也變得更加重要了。今天，眾多領(lǐng)域的發(fā)展需求，例如，多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)，互動(dòng)視頻，流數(shù)據(jù)，數(shù)字圖書(shū)館等精彩視頻節(jié)目，人類基因圖和 NASA 的地球觀測(cè)系統(tǒng)等科學(xué)項(xiàng)目，以及公司對(duì)鞏固它們的決策支持處理和有用信息挖掘的渴望，正推動(dòng)著數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域的發(fā)展。在商業(yè)上，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)代表著最大和最具活力的市場(chǎng)之一。所以，有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的研究回報(bào)豐厚！ （二）物理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 與數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的其他方面一樣，我們要根據(jù)數(shù)據(jù)的性質(zhì)和用途來(lái)進(jìn)行物理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。特別是，我們必須了解數(shù)據(jù)庫(kù)所必須支持的典型的工作負(fù)載，工作負(fù)載是查詢和更新的混合體。用戶有一些特定的要求，如，某些查詢或更新的執(zhí)行速度應(yīng)該有多快，或者每秒鐘必須處理多少個(gè)事務(wù)等。在物理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，工作 負(fù)載的描述和用戶的需求是作出許多決策的基礎(chǔ)。 為了獲得一個(gè)好的物理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，我們還要調(diào)整系統(tǒng)的性能以滿足用戶的需求。設(shè)計(jì)者需要明白 DBMS 工作的細(xì)節(jié)，特別是 DBMS 所支持的索引和查詢處理技術(shù)。 11 如果數(shù)據(jù)庫(kù)允許多個(gè)用戶并發(fā)訪問(wèn)，或者是分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，那么這是設(shè)計(jì)任務(wù)就變得更復(fù)雜了，還需要考慮 DBMS 的其他特點(diǎn)。 （三）數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)載 一個(gè)好的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是對(duì)所希望的負(fù)載有準(zhǔn)確的描述。一個(gè)工作負(fù)載的描述包括以下幾個(gè)部分： ，一個(gè)查詢的頻率指該查詢?cè)谒械牟樵兒透轮兴嫉谋壤?。 。 。 對(duì)于在工作負(fù)載中的每個(gè)查詢，我們必須確定： 需要訪問(wèn)哪些關(guān)系。 需要保留那些屬性（在 SELECT 子句中）。 在那些屬性上有選擇或連接條件（在 WHERE 子句中），以及這些條件具有多大的選擇性。 類似地，對(duì)工作負(fù)載中每個(gè)更新，我們必須確定： 在哪些屬性上有選擇或連接條件（在 WHERE 語(yǔ)句中），以及有多大的選擇性。 更新的類型（ INSERT,DELETE,UPDATE）以及所要更新的關(guān)系。 對(duì)于 UPDATE 命令，要更新哪些字段。 典型的 查詢和更新都帶有參數(shù)，例如，借款或存款操作都涉及某個(gè)特定的帳號(hào)。這些參數(shù)的值決定了選擇和連接條件的選擇性。 更新中包括一個(gè)查詢部分，用來(lái)找到目標(biāo)元組。這個(gè)部分可以得益于一個(gè)好的物理設(shè)計(jì)和索引。另一方面，更新操作一般還要做一些額外的工作，以維護(hù)所修改的屬性上的索引。這樣，盡管查詢總可以從索引受益，但是索引也可能使一個(gè)給定的更新加快或變慢。在生成索引時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)該在頭腦中進(jìn)行一下權(quán)衡。 （四）數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)整的必要性 準(zhǔn)確地講，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初始階段，我們很難得到工作負(fù)載的詳細(xì)信息。所以在 12 系統(tǒng)設(shè)計(jì)完以后，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)整就變得很重要，我們必須按照實(shí)際的使用模式來(lái)對(duì)初始的設(shè)計(jì)進(jìn)行求精，以便獲得好的性能。 對(duì)于如何區(qū)別數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)整，人們有不同的看法。一種看法認(rèn)為，一旦初始模式、索引和聚簇決策已經(jīng)確定，那么設(shè)計(jì)過(guò)程也就結(jié)束了。接下去對(duì)概念模式或索引的任何改變，都被認(rèn)為是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行調(diào)整的活動(dòng)。另一種看法是，對(duì)于概念模式的進(jìn)一步求精（和受這些改進(jìn)影響的物理設(shè)計(jì)決策）也應(yīng)該是物理設(shè)計(jì)過(guò)程的一部分。 如何區(qū)分設(shè)計(jì)和調(diào)整并不是很 重要的 （五）數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)整簡(jiǎn)介 當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)初始設(shè)計(jì)完成后，數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)際使用提供了一些有用的詳細(xì)信息，它們可以用來(lái)對(duì)初始設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步求精。先前對(duì)工作負(fù)載的很多假設(shè)都可以用觀察到的模式來(lái)代替；一般來(lái)講，一些初始的關(guān)于工作負(fù)載的說(shuō)明將得到驗(yàn)證，其中有一些可能是錯(cuò)誤的。關(guān)于數(shù)據(jù)大小的初始猜測(cè)可以用實(shí)際的數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字來(lái)代替（盡管這個(gè)信息會(huì)隨著系統(tǒng)的不斷進(jìn)化而變化）。對(duì)于查詢的仔細(xì)監(jiān)測(cè)可龕發(fā)現(xiàn)一些預(yù)測(cè)不到的問(wèn)題，例如，優(yōu)化器可能不使用某些索引，盡管這些索引可以產(chǎn)生好的計(jì)劃。 為了獲得可 能的最好的性能，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連續(xù)的調(diào)整是很重要的。 （六）調(diào)整概念模式 在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)期間，我們也許會(huì)意識(shí)到，在給定工作負(fù)載和任何一組可行的物理設(shè)計(jì)選擇的情況下，當(dāng)前選擇的關(guān)系模式并不能滿足性能目標(biāo)。如果是這樣，我們也許必須重新設(shè)計(jì)概念模式（而且還要重新檢查那些受到影響的物理設(shè)計(jì)決策）。 在系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行了一段時(shí)間后，我們也許會(huì)認(rèn)識(shí)到在初始設(shè)計(jì)期間或之后重新設(shè)計(jì)的必要性。一旦數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)完成并且已經(jīng)被裝載數(shù)據(jù)了，如果要改變概念模式，就需要做出很大的努力去映射受到影響的關(guān)系的內(nèi)容。然而，有時(shí)需要根據(jù)使用系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)來(lái) 對(duì)概念模式進(jìn)行修正?，F(xiàn)在，我們從性能的角度來(lái)考慮概念模式（重新）設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題。 在對(duì)概念模式進(jìn)行調(diào)整時(shí)我們必須考慮以下幾點(diǎn)： 13 我們也許應(yīng)當(dāng)采用 3NF 設(shè)計(jì)來(lái)代替 BCNF 設(shè)計(jì)。 如果將一個(gè)關(guān)系分解為 3NF 或 BCNF 有兩種方式，那么應(yīng)該根據(jù)工作負(fù)載來(lái)進(jìn)行選擇。 有時(shí)我們需要對(duì)一個(gè)應(yīng)景是 BCNF 的關(guān)系進(jìn)一步分解。 在某些情況下可能進(jìn)行反規(guī)范化。也就是，可能將一組由一個(gè)大關(guān)系分解而得到的關(guān)系用它們的原大關(guān)系代替，盡管這樣會(huì)引起一些冗余的問(wèn)題。而且，我們可能在特定的關(guān)系上加上一些字段來(lái)加速一些重要的查詢，即使這樣會(huì) 導(dǎo)致對(duì)一些信息的冗余存儲(chǔ)（從而使得模式既不是 3NF 也不是 BCNF）。 關(guān)于規(guī)范化的討論集中在分解技術(shù)上，實(shí)際上就是對(duì)關(guān)系的垂直劃分。另一個(gè)技術(shù)是對(duì)關(guān)系進(jìn)行水平劃分，這將導(dǎo)致兩個(gè)具有相同模式的關(guān)系。這里需要注意的是，這里討論的不是一個(gè)關(guān)系元組的物理劃分；而是想創(chuàng)建兩個(gè)不同的關(guān)系（可能具有不同的約束和索引）。 另外，在重新設(shè)計(jì)概念模式時(shí)，特別是如果調(diào)整一個(gè)現(xiàn)存數(shù)據(jù)庫(kù)的模式時(shí)，我們需要考慮是否定義視圖來(lái)向用戶隱藏這些改變，因?yàn)閷?duì)于用戶來(lái)說(shuō)原始的模式可能更自然一些。 （ 七 ） 調(diào)整查詢和視圖 如果一個(gè)查詢比預(yù)計(jì)的要慢得 多，那么我們就必須仔細(xì)檢查并找出問(wèn)題。通過(guò)對(duì)查詢進(jìn)行重寫(xiě)，并且進(jìn)行一些索引的調(diào)整，常常能夠解決問(wèn)題。如果在視圖上的一些查詢運(yùn)行得很慢，也可以進(jìn)行類似的調(diào)整。 當(dāng)調(diào)整一個(gè)查詢時(shí)，第一件事就是確定系統(tǒng)是否使用了你所希望的執(zhí)行計(jì)劃。由于一些原因，有時(shí)系統(tǒng)可能沒(méi)有找到最好的執(zhí)行計(jì)劃。下面是很多優(yōu)化器都不能有效處理的一些情況： 含有空值的選擇條件； 選擇條件含有算數(shù)或字符串表達(dá)式，或者使用 OR 進(jìn)行條件連接。例如，如果在WHERE 語(yǔ)句中有一個(gè)條件 =2*，那么優(yōu)化器可能會(huì)正確利用現(xiàn)有的在 上的 索引，但是不能正確利用在 上的索引。當(dāng)將條件變?yōu)?時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)相反的情況。 不能識(shí)別出一個(gè)復(fù)雜的執(zhí)行計(jì)劃，例如不能發(fā)現(xiàn)在 GROUP BY 語(yǔ)句中含有的 14 聚集操作的查詢中的只讀索引掃描計(jì)劃。 如果優(yōu)化器不太聰明，不能發(fā)現(xiàn)最好的執(zhí)行計(jì)劃（使用 DBMS 支持的一些訪問(wèn)方法和執(zhí)行策略），一些系統(tǒng)允許用戶通過(guò)提供給優(yōu)化器一些提示來(lái)指導(dǎo)計(jì)劃的選擇。例如，用戶可能強(qiáng)迫系統(tǒng)使用特定的索引或連接的方法和順序。如果一個(gè)用戶希望以這種方式來(lái)指導(dǎo)優(yōu)化，那么他應(yīng)該對(duì)優(yōu)化和給定的 DBMS 的能力有一個(gè)全面的理 解。 （八）其他專題 移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù) 便攜計(jì)算機(jī)和無(wú)線通信的應(yīng)用創(chuàng)建了一批移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)用戶。一方面，這些用戶只是簡(jiǎn)單地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，類似于分布式 DBMS。另一方面，不論是網(wǎng)絡(luò)，還是數(shù)據(jù)和用戶，都有一些新的特性，這就影響了 DBMS 中的許多構(gòu)件，包括查詢引擎，事務(wù)管理程序和虎伏管理程序。 通過(guò)無(wú)線連接的用戶帶寬是以太網(wǎng)的 1/10 左右，是 ATM 網(wǎng)的 1/100 左右。因此通信開(kāi)銷(xiāo)比 I/O 和 CPU 開(kāi)銷(xiāo)更高。 用戶的位置通常是變動(dòng)的，而且移動(dòng)計(jì)算機(jī)的電池壽命是有限的。因此，除內(nèi)容傳輸開(kāi)銷(xiāo)以及因位置的頻繁變動(dòng)而產(chǎn)生的開(kāi)銷(xiāo) 外，真正的通信開(kāi)銷(xiāo)體現(xiàn)在連接時(shí)間和電池的使用上。通常將數(shù)據(jù)生成多個(gè)副本，以使從不同位置的訪問(wèn)開(kāi)銷(xiāo)最小化。 當(dāng)一個(gè)用戶移動(dòng)的時(shí)候，一個(gè)事務(wù)可能需要從多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中訪問(wèn)數(shù)據(jù)，此時(shí)丟失連接的可能性比傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)要大。因此，集中式的事務(wù)管理也是不實(shí)際的，尤其是有些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在移動(dòng)計(jì)算機(jī)上更是這樣。事實(shí)上，我們可能不得不放棄具有 ACID特性的事務(wù)，而是為用戶程序開(kāi)發(fā)其他的一致性方法。 主存數(shù)據(jù)庫(kù) 由于主存的價(jià)格已經(jīng)很便宜了，許多應(yīng)有可以購(gòu)買(mǎi)足夠的主存來(lái)保存整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。而且，現(xiàn)代的 CPU 使用 64 位的尋址，有了很大的尋址 空間。一些商用的數(shù)據(jù)庫(kù)已有幾個(gè) GB 的主存。這促使重新考慮一些基本的 DBMS 設(shè)計(jì)決策，因?yàn)閷?duì)于駐留內(nèi)存的數(shù)據(jù)庫(kù)，磁盤(pán)訪問(wèn)不再是主要的處理時(shí)間。 主存也不能幸免于系統(tǒng)崩潰，所以仍然需要實(shí)現(xiàn)日志和恢復(fù)機(jī)制，以保證事務(wù)的原子性和持久性。在提交事務(wù)的時(shí)候，日志記錄必須寫(xiě)到固定的存儲(chǔ)中。這個(gè)處理可能會(huì)變成一個(gè)瓶頸。為了使該問(wèn)題最小化，不是每完成一個(gè)事務(wù)就進(jìn)行提交，而是收 15 集已完成的事務(wù)，然后批量提交它們，這稱為組提交?；謴?fù)算法同樣也需要優(yōu)化，因?yàn)楹苌龠@種情況：某頁(yè)因需要為其他頁(yè)省出空間而不得不被移出。 應(yīng)認(rèn)真優(yōu)化主存中的 操作實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榇疟P(pán)存取不再是限制性能的要素。 在優(yōu)化查詢時(shí)必須考慮新的標(biāo)準(zhǔn)，即執(zhí)行一個(gè)計(jì)劃時(shí)所需要的空間數(shù)量。最小化空間開(kāi)銷(xiāo)是很重要的，因?yàn)槿绻臻g開(kāi)銷(xiāo)超出物理內(nèi)存，會(huì)使交換頁(yè)保存到磁盤(pán)（通過(guò)操作系統(tǒng)的虛擬存儲(chǔ)機(jī)制），這將大大降低執(zhí)行效率。 基于頁(yè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不再重要了（因?yàn)轫?yè)不再是數(shù)據(jù)檢索的單位），同時(shí)，聚簇也不重要了（因?yàn)樵L問(wèn)主存的任何區(qū)域的開(kāi)銷(xiāo)是一致的）。