【正文】 第七章 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)功能設(shè)計 軟件體系結(jié)構(gòu)與設(shè)計過程 軟體體系結(jié)構(gòu) 軟件體系結(jié)構(gòu)又稱軟件架構(gòu)，軟件體系結(jié)構(gòu) ={構(gòu)件，連接件，約束 }。 (4) 數(shù)據(jù)庫安全設(shè)計需要根據(jù)用戶需求，采用授權(quán)機制，為用戶分配合法訪問的權(quán)限 。 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 認證的系統(tǒng)安全控制機制 。 (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 。 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 。 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 。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 。 (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 。 (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 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)目標數(shù)據(jù)庫基本表和視圖：采用目標 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 。目標是存儲空間占用少、訪問效率高和維護代價低 。 (4) 完整性約束信息 。 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 。 散列方法的缺點：為了避免桶溢出。 桶溢 出 產(chǎn)生桶溢出的兩個原因： (1) 文件初始設(shè)計時，為文件記錄預留的存儲空間不足 。 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 。 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 。 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 。 (A) 當需要采用有序索引機制快速訪問數(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 。 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 。 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 。 (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 。 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 。 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 。 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 。 從數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)角度需要解決如下問題： (1) 文件的組織 。 根據(jù)不同用戶對數(shù)據(jù)庫存取特點定義相關(guān)的外模式 。 數(shù)據(jù)值滿足條件分為： (1) 域約束：限制指定列的取值及范圍 。 (B) 當一個關(guān)系被分解后會出現(xiàn)幾種結(jié)果，既有無損連接，又能保持函數(shù)依賴是較理想的分解結(jié)果，意味著在分解的過程中沒有丟失原有模式的任何信息 。 (C) 若聯(lián)系為 m： n，則關(guān)系的碼為各實體集碼的組合 。 數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計 初始關(guān)系模式的設(shè)計 把 ER 圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式： (1) 把 ER 模型中的每個實體集轉(zhuǎn)換成一個同名的關(guān)系，實體集的屬性就是關(guān)系的屬性，實體集的碼就是關(guān)系的碼 。 (2) 利用范式進行規(guī)范化設(shè)計的目的是消除數(shù) 據(jù)冗余，避免出現(xiàn)異常，使結(jié)構(gòu)更合理 。即是從 BCNF 范式中消除主碼內(nèi)的獨立依賴集(非平凡多值依賴 )可達 4NF。B、 A224。即 2NF 的基礎(chǔ)上，消除非主屬性對主碼的傳遞函數(shù)依賴可達到 3NF。 (3) 具體做法是將大的關(guān)系分解成多個小的關(guān)系，使分解后的關(guān)系滿足更高級范式的要求。元組或?qū)傩缘呐帕信c順序無關(guān)，每個元組必須通過一個屬性或?qū)傩越M惟一識別 。Z，而 A(包含于 )Z。Y 是否成立，只要計算 X 關(guān)于函數(shù)依賴集 F 的閉包，若 Y 是 X 閉包中的一個元素則 X224。Z，則 XW224。Y 和 Z(包含于 )Y 成立，則 X224。Y， X224。Y， Y224。 (2) 增廣律：若 X224。 (2) 若一個關(guān)系的候選碼不止一個，則選定其中一個作為關(guān)系 R 的主碼 。 (2) 即平凡函數(shù)依賴，僅當其右邊的屬性集是左邊屬性集的子集時成立 。Y。Y 成立，并且對 X 的任何真子集 X’不能函數(shù)決定Y，則稱 Y 對 X 是完全函數(shù)依賴，被記作 Xf224。 函數(shù)依賴： (1) 設(shè) R(U)為一關(guān)系模式， X 和 Y 為屬性全集 U 的子集，若對于 R(U)的任意一個可能的關(guān)系 r， r 中不可能存在兩個元組在 X 上的屬性值相等，而在 Y 上的屬性 值不等，則稱“ X 函數(shù)決定 Y”或“ Y 函數(shù)依賴于 X”，并記作 X Y，其中 X 稱為決定因素，因為根據(jù)函數(shù)依賴定義，給定一個 X，就能惟一決定一個 Y。動態(tài)完整性約束是基于企業(yè)的業(yè)務(wù)規(guī)則的。 關(guān)系數(shù)據(jù)庫 關(guān)系數(shù)據(jù)庫是按照二維表組織和存儲的相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系的集合，關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式是關(guān)系模式的集合 。 [3] 按屬性名引用時屬性左右無序 。 (7) 關(guān)系的數(shù)學定義：關(guān)系模式是建立在集合集論的基礎(chǔ)上的，用數(shù)學的概念定義關(guān)系有 。 (3) 關(guān)系模式和關(guān)系：描述模式描述關(guān)系的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，由模式名、關(guān)系模式所包含的屬性及屬性值所滿足的條件組成模式定義。 (D) 非主屬性也可以寫在矩形框內(nèi)水平線的下面 。 (4) 繪制局部數(shù)據(jù)視圖 。 (B) 主碼屬性才能被遷移，如主碼由多個屬性組成，則要全部遷移 。 (3) 構(gòu)造實體級數(shù)：實體級圖的范圍和數(shù)目 ,依賴于建模的規(guī)模和建模問題涉及的實體集數(shù)目。 (2) 定義聯(lián)系：包括表示依賴、命名聯(lián)系、關(guān)于聯(lián)系的說明 。 (3) 組織隊伍：包括項目負責人、建模者、信息源、課題專家、評審委員會 第二階段：定義實體集 (1) 目標是標識和定義應(yīng)用領(lǐng)域中的實體集，方法是分類標識原始材料中的所有名詞 。 (E) 定義碼屬性 。 (2) 建模計劃 (A) 項目說明 。 (2) 屬性 的語法 (A) 主碼和非主碼屬性語法：在一個實體集中屬性要有惟一的名字，屬性名由名詞表示，主碼屬性名后加 (PK)標注，被列在屬性列表的頂端，并用水平線將主碼和其他屬性分開。 (C) 分類聯(lián)系語法：一般實體集的一個實例只能與分類實體集的一個實例相對應(yīng) 。 (C) 分類聯(lián)系：是兩個或多個實體集之間的聯(lián)系，且在這些實體集中存在一個一般實體集，它的每一個實例都恰好與一個且僅一個分類實體集的一個實例相聯(lián)系。否則就叫從屬實體集 。 實體集之間的聯(lián)系分為： (1)標定型聯(lián)系 。IDEF1X 側(cè)重分析、抽象和概括應(yīng)用領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)建模方法 。(3)多對多聯(lián)系 ER 方法語法 ER 方法中用矩形框表示實體集，矩形框內(nèi)寫上實體集的名稱 。 碼：實體集中能惟一標識每一個實例的屬性或?qū)傩越M 。 (5) 這種數(shù)據(jù)模型容易轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計階段需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 數(shù)據(jù)建模方法 數(shù)據(jù)建模方法的共同特點是： (1) 能夠真實客觀地描述現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)之間的關(guān)系 。 (2) 確定聯(lián)系和聯(lián)系類型 。 支持用戶的各種數(shù)據(jù)處理需求 。 描述清楚數(shù)據(jù)的屬性特征 。 (4) 從模型規(guī)范上來講， IDEF 方法更加規(guī)范 。 (2) 從表達形式上看， DFD 圖與 IDEF0 圖都是用箭頭和處理表達一個企業(yè)或組織的業(yè)務(wù)流程。 (6) 檢查確認圖形 。 (4) 開發(fā) IDEF0 層次結(jié)構(gòu)圖：對 A0 圖中的每個矩形框進行分解，就形成了基本的圖形層次結(jié)構(gòu)。基本名字與子名字間用“ /”隔開，如 A/B/C， A 是主題、 B 是模型號、 C 是結(jié)點號。 IDEF0 用專門的記號 ICOM 碼來說明父子圖中的箭頭關(guān)系。 IDEF0 模型 (1) 一個 IDEF0 模型由一組圖形組成，這些圖形組成一個由父到子的層次結(jié)構(gòu)圖，這組圖 形把一個復雜事物按自頂向下逐步細化的方式分解成一個個簡單的或多個組成部分 。 IDEF 方法的優(yōu)點：具有模型元素單一、語義豐富、更易于從全局角度分析考察問題，模型容易理解。 (4) 處理描述 。 DFD 方法應(yīng)以軟件項目的功能為中心進行抽象和分解，以數(shù)據(jù)流的變換來分析數(shù)據(jù)對企業(yè)中各類業(yè)務(wù)活動的影響 。 處理：表示對數(shù)據(jù)的加工和變換，在圖中用矩形框表示。性能 。環(huán)境需求 。 (4) 需求描述主要由需求模型和需求說明書組成，說明 書側(cè)重文字說明，內(nèi)容如下：需求概述 。 (E) 模型對象不涉及太多的技術(shù)術(shù)語，便于用戶理解 。 (4) 結(jié)構(gòu)化分析及建模方法的主要優(yōu)點： (A) 不過早陷入具體的細節(jié) 。 建立需求模型： (1) 模型是對現(xiàn)實原形所作的一種抽象，其本質(zhì)是只關(guān)心與研究內(nèi)容有關(guān)的因素，而忽略無關(guān)的因素，其目的是把復雜的事物變得簡單，便于認識和分析 。(4)查閱資源 。 (3) 技術(shù) 素養(yǎng) 。 需求分析工作是系統(tǒng)分析員與用戶不斷交互的過程中完成的。 (2) 需求的可變性 。 DBMS 和 OS 版本升級 第 3 章 需求分析及功能建模方法 需求分析概述 需求分析概念 所謂需求分折：就是對待開發(fā)的系統(tǒng)要做什么，完成什么功能的全面描述。 模式調(diào)整主要涉及邏輯模式調(diào)整，可以從下考慮： (1) 已達到第三范式的基本表，不要進一步規(guī)范化為 BCNF。 事務(wù)和應(yīng)用程序的編碼及測試 。 (6) 物理模式評估 。 (2) 選擇或配置基本關(guān)系表的文件組織形式 。 應(yīng)用程序概要設(shè)計 (II)。 (2) 對初始關(guān)系模式進行優(yōu)化 。 (3) 應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計 (4) 對需求分析階段識別出的業(yè)務(wù)規(guī)則進行初步設(shè)計，細化業(yè)務(wù)規(guī)則流程，明確采用的關(guān)鍵技術(shù)和算法 。(2)分別設(shè)計各個局部 ER 圖 。 (2) 所需備份的數(shù)據(jù)是全部數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，還是一部分 。 安全性需求分析： (1) DBAS 系統(tǒng)應(yīng)達到的安全控制級別 。 (6) 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序自身。 (2) 網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備性能 。 性能需求分析 DBAS 的性能指標： (1) 數(shù)據(jù)操作響應(yīng)時間 (或數(shù)據(jù)訪問響應(yīng)時間 )：從提交請求到返回結(jié)果的時間 。(2)事務(wù)描述 。 (4) 分析數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在性能、存儲、安全、備份與恢復等方面的要求 。 需求分析過程由需求獲取、需求分析、需求描述和規(guī)范說明、需求驗證等組成 。 (3) 估算完成該項目的規(guī)模和所需各種資源 。 (4) 開發(fā)方案選擇：目的是提出并評價實現(xiàn)系統(tǒng)的各種開發(fā)方案，從中選出一種適用于 DBAS 軟件的開發(fā)方案 。 A、 硬件可行性研究是分析 DBAS 的硬件平臺環(huán)境和設(shè)置 。DBAS 的成本主要包括： A、軟硬件購置費用 。 (2) 確定任務(wù)目標 。 (3) 根據(jù) DBAS 的軟件組成和各自功能，細化 DBAS 需求分析和設(shè)計階段，引入了數(shù)據(jù)組織與存儲設(shè)計、數(shù)據(jù)訪問與處理設(shè)計、應(yīng)用設(shè)計三條設(shè)計主線，分別用于設(shè)計 DBAS 中的數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫事務(wù)和應(yīng)用程序 。 (2) 與數(shù) 據(jù)訪問無直接關(guān)聯(lián)的應(yīng)用模塊：在許多與數(shù)據(jù)處理有關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)中，對數(shù)據(jù)庫的訪問只是整體中的一部分，其他功能則與數(shù)據(jù)庫訪問無直接關(guān)系，這部分模塊粒度可以比較大。 軟件項目管理：為了能使軟件開發(fā)按預定的質(zhì)量、進度和成本進行，而對成本、質(zhì)量、進度、人員、風險等進行分析和有效管理的一系列活動。90 年代，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 第二章