【正文】 經(jīng)。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)實施對應(yīng)于軟件工程的編碼、調(diào)試階段。在實施數(shù)據(jù)庫前對這些方案進(jìn)行方案進(jìn)行細(xì)致的評價，以選擇一個較優(yōu)的方案是十分必要的。這些參數(shù)的大小影響存取時間和存儲空間的分配。（4）確定存儲分配 許多DBMS提供了存儲分配的參數(shù)供設(shè)計者物理優(yōu)化處理用。存取頻率小或存取時間要求低的放在低速存儲器上，如軟盤磁帶。一般的應(yīng)把數(shù)據(jù)的易變部分和穩(wěn)定部分分開，把經(jīng)常存取和不常存取的數(shù)據(jù)分開。設(shè)計者應(yīng)該進(jìn)行定量的分析，根據(jù)計算結(jié)果確定存取路徑。（2）存取路徑的選擇和調(diào)整 數(shù)據(jù)庫必須支持多個用戶的多種應(yīng)用，因而必須提供對數(shù)據(jù)庫的多個存取入口，也就是對同一數(shù)據(jù)存儲要提供多條存取路徑。當(dāng)然應(yīng)該盡量尋找優(yōu)化方法，使這三方面的性能都較好。例如，若引入某些冗余數(shù)據(jù)，則可能減少物理I/O次數(shù)提高檢索效率。設(shè)計者常常要對這些因素進(jìn)行權(quán)衡。物理設(shè)計的內(nèi)容主要包括:（1）確定數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu) 從DBMS所提供的存儲結(jié)構(gòu)中選取一種合適的加以實現(xiàn)?，F(xiàn)在，不管選用的DBMS是支持哪種數(shù)據(jù)模型的，均先把概念結(jié)構(gòu)向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換。第二，在設(shè)計概念結(jié)構(gòu)階段，用規(guī)范化理論為工具消除初步ER圖中冗余的聯(lián)系。根據(jù)應(yīng)用要求，選出合適的模型是一項復(fù)雜的工作。性能有動態(tài)性能和靜態(tài)性能兩種。轉(zhuǎn)化后的模型必須進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計人員必須熟知所用DBMS的功能及限制。具有相同碼的關(guān)系模式可合并。若聯(lián)系為1∶n，關(guān)系的碼為n端實體的碼。②一個聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式，與該聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系的屬性轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性。①一個實體轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。首先把概念結(jié)構(gòu)向一般的關(guān)系模型轉(zhuǎn)換，然后向特定的DBMS支持下的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換，最后進(jìn)行模型的優(yōu)化。現(xiàn)行的DBMS一般只支持關(guān)系、網(wǎng)狀或?qū)哟稳N模型中的某一種，對某一種數(shù)據(jù)模型，各個機器系統(tǒng)又有許多不同的限制，提供不同的環(huán)境與工具。設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)按理應(yīng)選擇對某個概念結(jié)構(gòu)最好的數(shù)據(jù)模型，然后對支持這種數(shù)據(jù)模型的各種DBMS進(jìn)行比較，選出最合適的DBMS。第二步是修改和重構(gòu)，消除不必要的冗余，生成基本ER圖。無論哪種方式，每次集成可分兩步走。②逐步集成。（2）視圖的集成視圖集成就是把上一步得到的各個部分ER圖綜合成一個總體的ER圖。當(dāng)然，子類可以增加自己的某些特殊屬性。概括具有一個很重要的性質(zhì):繼承性。③概括（Generalization） 定義類型之間的一種子集聯(lián)系。它抽象了對象內(nèi)部屬性類型和整體與部分之間“is a part of”的語義。在ER模型中，實體型就是這種抽象。這些對象具有某些共同的特性和行為。這些概念組成了現(xiàn)實世界的一種模型表示。一般地講，所謂抽象是對實際的人、物、事和概念的人為處理。按照這種策略，概念結(jié)構(gòu)的設(shè)計可按下面步驟進(jìn)行。用自頂向下策略設(shè)計一個全局概念結(jié)構(gòu)的框架，以它為骨架集成由自底向上策略中設(shè)計的各局部概念結(jié)構(gòu)。（2）自底向上 首先定義各局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)，然后將它們集成，得到全局概念結(jié)構(gòu)。描述概念結(jié)構(gòu)的有力工具是ER模型。（4）易于向關(guān)系、網(wǎng)狀或?qū)哟蔚雀鞣N數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。（3）易于更動。（2）易于理解，從而可以和不熟悉計算機的用戶交換意見。概念結(jié)構(gòu)獨立于數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)，獨立于支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的DBMS，也獨立于具體計算機軟件和硬件系統(tǒng)。如同軟件工程中重視需求分析與規(guī)范說明的思想一樣，數(shù)據(jù)庫設(shè)計中同樣十分重視數(shù)據(jù)分析、抽象與概念結(jié)構(gòu)的設(shè)計。常常是手工憑證、手工文檔或計算機文件。表示某一處理過程的輸入輸出。（2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是若干數(shù)據(jù)項有意義的集合。對數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計來講，數(shù)據(jù)字典是進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析所獲得的主要結(jié)果。處理過程的處理邏輯常常用判定表或判定樹來描述。形成若干層次的數(shù)據(jù)流圖。然后把一個處理功能的具體內(nèi)容分解為若干子功能，每個子功能繼續(xù)分解，直到把系統(tǒng)的工作過程表達(dá)清楚為止。SA方法用自頂向下、逐層分解的方式分析系統(tǒng)。而要設(shè)計好概念結(jié)構(gòu)，就必須在需求分析階段用系統(tǒng)的觀點來考慮問題、收集和分析數(shù)據(jù)及其處理。這一階段收集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和一組數(shù)據(jù)流圖（Data Flow Diaˉgram———DFD）是下一步設(shè)計概念結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。需求收集和分析是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的第一階段。（5）數(shù)據(jù)庫實施。（3）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計。八、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計按規(guī)范設(shè)計的方法可將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為以下六個階段（1）需求分析。然后組織數(shù)據(jù)入庫。設(shè)計人員運用DBMS提供的數(shù)據(jù)定義語言將邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果嚴(yán)格地描述出來，成為DBMS可接受的源代碼。對數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計初步評價完成后就可建立數(shù)據(jù)庫了。物理設(shè)計過程需要對時間、空間效率、維護(hù)代價和各種用戶要求進(jìn)行權(quán)衡，其結(jié)果可以產(chǎn)生多種方案。例如溢出空間的大小和分布參數(shù)，塊的長度，塊因子的大小，裝填因子，緩沖區(qū)的大小和個數(shù)等等，它們都要在物理設(shè)計中確定。對于同一數(shù)據(jù)文件也可根據(jù)情況進(jìn)行水平劃分或垂直劃分。經(jīng)常存取或存取時間要求高的記錄應(yīng)存放在高速存儲器上，如硬盤。（3）確定數(shù)據(jù)存放位置 首先按數(shù)據(jù)的應(yīng)用情況劃分為不同的組，然后確定存放位置。物理設(shè)計的任務(wù)應(yīng)確定建立哪些存取路徑。折衷有時是必須的。相反節(jié)約存儲空間檢索代價就會增加。一般的DBMS也總是具有一定靈活性供你選擇。確定存儲結(jié)構(gòu)的主要因素是存取時間、存儲空間利用率和維護(hù)代價三個方面。然后，充分運用規(guī)范化理論的成果優(yōu)化關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式的設(shè)計。第三，由ER圖向數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換過程中用模式分解的概念和算法指導(dǎo)設(shè)計。（2）規(guī)范化理論的應(yīng)用規(guī)范化理論是數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的指南和工具，具體地講可應(yīng)用在下面幾個具體的方面:第一，在數(shù)據(jù)分析階段用數(shù)據(jù)依賴的概念分析和表示各數(shù)據(jù)項之間的關(guān)系。靜態(tài)性能分析容易實現(xiàn)。對數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化是指調(diào)整數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)，以提高數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的性能。這一步轉(zhuǎn)換是依賴于機器的，不能給出一個普遍的規(guī)則。形成了一般的數(shù)據(jù)模型后，下一步就向特定的DBMS規(guī)定的模型轉(zhuǎn)換。若聯(lián)系為n∶m，則關(guān)系的碼為諸實體碼的組合。該關(guān)系的碼則有三種情況:若聯(lián)系為1∶1，則每個實體的碼均是該關(guān)系的候選碼。實體的屬性就是關(guān)系的屬性，實體的碼就是關(guān)系的碼。（1）ER圖向關(guān)系數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換下面給出把ER圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換規(guī)則。因而我們把設(shè)計過程分三步進(jìn)行。但實際情況常常是已給定了某臺機器，設(shè)計人員沒有選擇DBMS的余地。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)就是把概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為選用的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型的過程。第一步是合并，解決各部分ER圖之間的沖突問題，生成初步ER圖。用累加的方式一次集成兩個部分ER圖。視圖集成可以有兩種方式:①多個部分ER圖一次集成。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的第一步就是利用上面介紹的抽象機制對需求分析階段收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，形成實體、實體的屬性，標(biāo)識實體的碼，確定實體之間的聯(lián)系類型（1∶1，1∶n，n∶m），設(shè)計成部分ER圖。子類繼承超類上定義的所有抽象性質(zhì)。它抽象了類型之間的“is a subset of”的語義。在ER模型中若干屬性的聚集組成了實體型，就是這種抽象。②聚集（Aggregation） 定義某一類型的組成成分。它抽象了對象值和型之間的“is a member of”的語義。有3種抽象方法形成了抽象機制，來對數(shù)據(jù)進(jìn)行組織:①分類（Classification） 定義某一概念作為現(xiàn)實世界中一組對象的類型。它抽取人們關(guān)心的共同特性，忽略非本質(zhì)的細(xì)節(jié)，并把這些特性用各種抽象的概念精確地加以描述。（1）數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計ER模型是對現(xiàn)實世界的一種抽象?，F(xiàn)介紹自底向上設(shè)計概念結(jié)構(gòu)的策略。（3）混合策略 自頂向下和自底向上相結(jié)合的方法。設(shè)計概念結(jié)構(gòu)的策略有3種:（1）自頂向下 首先定義全局概念結(jié)構(gòu)的框架，然后逐步細(xì)化。概念結(jié)構(gòu)是各種數(shù)據(jù)模型的共同基礎(chǔ)，它比任意一種數(shù)據(jù)模型更獨立于機器，更抽象，從而更加穩(wěn)定。當(dāng)現(xiàn)實世界改變時容易修改和擴充，特別是軟件、硬件環(huán)境變化時更應(yīng)如此。用戶的積極參與是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計成功與否的關(guān)鍵。歸納總結(jié)，其主要特點是:（1）能充分地反映現(xiàn)實世界，包括實體和實體之間的聯(lián)系，能滿足用戶對數(shù)據(jù)處理的要求，是現(xiàn)實世界的一個真實的模型，或接近真實的模型。概念結(jié)構(gòu)的設(shè)計，是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵之一。（5）處理過程。（4）數(shù)據(jù)存儲，處理過程中存取的數(shù)據(jù)。（3）數(shù)據(jù)流，可以是數(shù)據(jù)項，也可以是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)字典是各類數(shù)據(jù)描述的集合，它通常包括以下5個部分:（1）數(shù)據(jù)項，是數(shù)據(jù)最小單位。數(shù)據(jù)字典（Data Dictionary，簡稱DD）則是對系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的詳盡描述，是各類數(shù)據(jù)屬性的清單。數(shù)據(jù)流圖表達(dá)了數(shù)據(jù)和處理過程的關(guān)系。在處理功能逐步分解的同時，它們所用的數(shù)據(jù)也逐級分解。用數(shù)據(jù)流圖，數(shù)據(jù)字典描述系統(tǒng)。如何分析和表達(dá)用戶需求呢?在眾多的分析方法中，結(jié)構(gòu)化分析（Structured Analysis，簡稱SA方法）是一個簡單實用的方法。概念結(jié)構(gòu)對整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計具有深刻影響。明確地把它作為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的第一步是十分重要的。（6）數(shù)據(jù)庫運行和維護(hù)。（4）數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計。（2）概念結(jié)構(gòu)設(shè)計。這樣不必重新運行那些在轉(zhuǎn)儲前已完成的事務(wù)程序就可把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到故障前某一時刻的正確狀態(tài)。在靜態(tài)轉(zhuǎn)儲方式中，也可以建立日志文件。（3）日志文件日志文件是用來記錄對數(shù)據(jù)庫每一次更新活動的文件。增量轉(zhuǎn)儲則指每次只轉(zhuǎn)儲上次轉(zhuǎn)儲后更新過的數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)儲還可以分為海量轉(zhuǎn)儲和增量轉(zhuǎn)儲。為此，必須把轉(zhuǎn)儲期間事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的修改活動登記下來，建立日志文件（log file）。但是，轉(zhuǎn)儲結(jié)束時后援副本上的數(shù)據(jù)并不能保證正確有效。顯然，這會降低數(shù)據(jù)庫的可用性。靜態(tài)轉(zhuǎn)儲簡單，但轉(zhuǎn)儲必須等待用戶事務(wù)結(jié)束才能進(jìn)行。動態(tài)轉(zhuǎn)儲是指轉(zhuǎn)儲期間允許對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存取或修改。轉(zhuǎn)儲可分為靜態(tài)轉(zhuǎn)儲和動態(tài)轉(zhuǎn)儲。轉(zhuǎn)儲是十分耗費時間和資源的，不能頻繁進(jìn)行。當(dāng)數(shù)據(jù)庫遭到破壞后就可以利用后備副本把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)。所謂轉(zhuǎn)儲即DBA定期地將整個數(shù)據(jù)庫復(fù)制到磁帶或另一個磁盤上保存起來的過程。④計算機病毒。②系統(tǒng)范圍內(nèi)的故障。有時甚至采用雙工制。故障恢復(fù)是否考慮周到和行之有效，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)性能的一個重要指標(biāo)。因此數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須具有把數(shù)擾庫從錯誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)（亦稱為完整狀態(tài)或一致狀態(tài)）的功能，這就是數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)。盡管系統(tǒng)中采取了各種保護(hù)措施來保證數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性不被破壞，保證并行事務(wù)的正確執(zhí)行，但是計算機系統(tǒng)中硬件的故障、軟件的錯誤、操作員的失誤以及故意的破壞仍是不可避免的。為了確保事務(wù)并行執(zhí)行的正確性，許多系統(tǒng)采用兩段鎖協(xié)議。第二階段是釋放封鎖，也稱為收縮階段。所謂“兩段”鎖的含義是:事務(wù)分為兩個階段。這個準(zhǔn)則規(guī)定，一給定的交叉調(diào)度，當(dāng)且僅當(dāng)它是可串行化的，才認(rèn)為是正確的。定義 當(dāng)且僅當(dāng)某組事務(wù)的一定交叉調(diào)度產(chǎn)生的結(jié)果和這些事務(wù)的某一串行調(diào)度的結(jié)果相同，則這個交叉調(diào)度是可串行化的。若事務(wù)T對數(shù)據(jù)R加上S鎖，則其它事務(wù)對R的X鎖請求不能成功，而對R的共享請求可以得到。其它一切事務(wù)對R的任何（包括封鎖）請求都不成功，直至T釋放R上的X鎖為止?；镜姆怄i類型有兩種:排它鎖（Exclu sive locks簡記為X鎖）和共享鎖（Share locks簡記為S鎖）。例如，其它事務(wù)不能更新此數(shù)據(jù)直到T釋放（unlock）它的鎖為止。封鎖（Locking）就是事務(wù)T可以向系統(tǒng)發(fā)出請求，對某個數(shù)據(jù)對象（最常用的是記錄）加鎖。（2）數(shù)據(jù)一致性級別的概念。事務(wù)和程序是兩個概念。這里的操作指對數(shù)據(jù)庫的更新操作。COMMIT即提交，提交事務(wù)中所有的操作，事務(wù)正常結(jié)束。這些操作作為一個序列形成一個整體要么都做，要么都不做，是一個不可分割的工作單位。（1）事務(wù)的概念 事務(wù)（Transaction）是并發(fā)控制的基本單位。若對并發(fā)操作不加控制就會存取和存儲不正確的數(shù)據(jù)，破壞數(shù)據(jù)庫的完整性（這里也稱為一致性）。在單CPU計算機上，為了充分利用數(shù)據(jù)庫資源，應(yīng)該允許多個用戶程序并行的存取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫是一個共享資源，可以由多個用戶使用。例如在模式中定義屬性名、類型、長度、碼屬性名并標(biāo)明其值是唯一的、非空的等等。完整性的實現(xiàn)應(yīng)包括兩個方面，一是系統(tǒng)要提供定義完整性約束條件的功能，二是提供檢查完整性約束條件的方法。（3）立即執(zhí)行約束和延遲執(zhí)行約束立即執(zhí)行約束是指在執(zhí)行用戶事務(wù)時，對事務(wù)中某一更新語句執(zhí)行完后馬上對此數(shù)據(jù)所應(yīng)滿足的約束條件進(jìn)行完整性檢查。以上所講的約束都屬靜態(tài)約束。同時，由于數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的，不同的關(guān)系之間也可以有聯(lián)系，因而不同關(guān)系的屬性之間也可滿足一定的約束條件。關(guān)于對數(shù)據(jù)值的約束 這類約束條件是指對數(shù)據(jù)取值類型、范圍、精度等的規(guī)定。特別從系統(tǒng)實現(xiàn)的方法來看，往往是一種機制常常既可用于安全性保護(hù)亦可用于完整性保證。而后者是保護(hù)數(shù)據(jù)庫防止惡意的破壞和非法的存取。數(shù)據(jù)的完整性和安全性是兩個不同的概念。這種條件在數(shù)據(jù)庫中稱為完整性約束條件。DBMS必須提供一種功能來保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的完整性。加密有程序加密和硬件加密卡兩種形式。另外，在操作系統(tǒng)中對文件、目標(biāo)等的存取還有一些安全保護(hù)措施。有的系統(tǒng)還允許存取謂詞中引用系統(tǒng)變量，如一天中的時刻，終端設(shè)備號。授權(quán)編譯程序和合法權(quán)限檢查機制一起組成了安全性子系統(tǒng)。每當(dāng)用戶發(fā)出存取數(shù)據(jù)庫的操作請求后，DBMS查找數(shù)據(jù)字典，根據(jù)用戶權(quán)限進(jìn)行合法權(quán)限檢查（Authorization Check）。對于存取權(quán)限的定義稱為授權(quán)（Authorization）。在關(guān)系系統(tǒng)中DBA可以把建立、修改基本表的權(quán)力授予用戶，用戶獲得此權(quán)力后可以建立基本表、索引、視圖。一類是數(shù)據(jù)本身，如關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的表、字段，非關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的記錄、字段（亦稱為數(shù)據(jù)項）。它由兩部分組成，一是數(shù)據(jù)對象，二是操作類型。（2）存取控制對于獲得上機權(quán)的用戶還要根據(jù)預(yù)先定義好的用戶權(quán)限進(jìn)行存取控制，保證用戶只能存取他有權(quán)存取的數(shù)據(jù)。用戶名的登錄只由系統(tǒng)管理員進(jìn)行，一般用戶不能實施用戶名登錄。若是，則可以進(jìn)入下一步的核實。常用的方法有:用一個用戶名或者用戶標(biāo)識號來標(biāo)明用戶身份。（1）用戶標(biāo)識和鑒定首先，系統(tǒng)提供一定的方式讓用戶標(biāo)識自己的名字或身份。對此所采取的措施是將數(shù)據(jù)編為密碼，加強警衛(wèi)以識別用戶身份和保護(hù)存儲設(shè)備等措施。對于數(shù)據(jù)庫的安全保密方式可以有系統(tǒng)處理的和物理的兩個方面。從而使安全性問題變得更為突出。安全性問題不是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所獨有的，計算機系統(tǒng)都有這個問