浅谈数据库系统

2022-09-11

1 数据库系统的含义概念

数据库系统的个体含义是指一个具体的数据库管理系统软件和用它建立起来的数据库;它的学科含义是指研究、开发、建立、维护、应用数据库系统所涉及的理论、方法、技术所构成的学科。数据库系统是软件研究领域的一个重要分支, 常称数据库领域。数据库研究跨越于计算机应用、系统软件和理论三个领域, 其中应用促进新系统的研制开发, 新系统带来新的理论研究, 而理论研究又对前两个领域起着指导作用。数据库系统的出现是计算机应用的一个里程碑, 它使计算机应用从以科学计算为主转向以数据处理为主, 并使计算机得以在各行业的人普遍使用。在此前的文件系统虽能处理持久数据, 但是不提供对任意部分数据的快速访问。为了实现对任意部分数据的快速访问, 就要研究许多优化技术。这些优化技术往往很复杂, 是普通用户难以实现的, 所以就由系统软件 (数据库管理系统) 完成, 用户只需简单易用的数据库语言。由于对数据库的操作都由数据库管理系统完成, 所以数据库就可独立于具体应用程序而存在, 从而数据库又可为多个用户所共享。因此, 数据的独立性和共享性是数据库系统的重要特征。数据共享节省了大量人力物力, 为数据库系统的广泛应用奠定了基础。数据库系统使得普通用户能够方便地将日常数据存入计算机, 并在需要时快速访问它们。

2 数据库系统的研究内容

数据库系统作为一门学科, 主要研究内容分为:数据库理论、数据模型、数据库语言、查询处理及其优化技术、数据的安全性 (存取控制、可恢复性) 、事务管理 (并发控制) 。

2.1 数据库理论

主要是关系数据库理论 (依赖理论、泛关系理论、超图理论等) 、事务理论、逻辑与数据库、面向对象数据库理论。数据依赖是定义在关系上的约束条件, 或者说数据依赖用于定义合法的数据库, 以维护数据的完整性和一致性。泛关系理论将数据库中的所有关系都看作为包含所有属性的大关系的投影, 这隐含了这样的假设脱离具体的关系讨论属性是有意义的。泛关系思想为关系模式规范化提供了基础, 而规范化是关系数据库设计的依据。但是, 泛关系数据库系统的含义是:用户对数据库的操作都是在泛关系上进行的。到目前为止还没有出现商品化的泛关系数据库系统。超图理论将数据库模式描述法, 例如:把无环超图用于分布式数据库的查询优化。事务理论的研究内容是如何维护数据的一致性。当某些操作被意外中断后会造成数据的不一致, 例如同一数据在某关系中作了修改而在另一关系中确没改。为了避免这种情况, 引入了事务。一个事务是一组数据库操作命令, 它们或者没有执行或者全部执行完毕。在有多个用户同时访问数据库的情况下, 就要考虑并发控制, 例如二段加锁、事务的串行化。逻辑与数据库理论主要研究如何将逻辑程序设计技术与数据库技术有机结合, 例如演绎数据库系统的研究。面向对象数据库理论主要处理大规模的复杂对象。

2.2 数据模型

任一数据库管理系统至少提供一种数据模型。数据模型是数据库的基础。根据某种数据模型, 人们可用数据世界表示现实世界的某一部分, 并且将数据世界映照成一个意识世界 (用户界面) 。数据模型有两方面含义:数据以何种形式存储、用户以何种形式看待数据。常见的数据模型有层次模型、网状模型、关系模型、逻辑模型、实体联系 (E-R) 模型和面向着对象模型等。

2.3 数据库语言

描述性部分和过程性部分是分开的。过程性部分是一个通用的程序设计语言, 称为宿主语言。描述性部分包括数据定义语言和数据操纵语言。数据定义语言用于说明数据库的逻辑模式。数据操纵语言, 亦称为查询语言, 用于说明对数据库的操作。为了提高对数据库的操作效率, 采用了大量的查询优化技术, 查询处理及其优化技术的研究成为数据库研究的重要内容, 主要工作包括索引技术和连接技术。对传统数据库而言这二项技术已趋完善。由于数据库查询语言和宿主语言之间存在阻抗不匹配问题, 所以新型数据库系统中 (如:面向对象数据库系统和知识库系统) , 倾向于二者的有机集成, 从而构成一个数据库程序设计语言或持久性程序设计语言。

2.4 数据的安全性 (存取控制、可恢复性)

它指数据不被非法使用、在意外事件中不被破坏或丢失, 这是法是:为不同用户设置不同的数据存取特权, 并设立视图机制, 使得每个用户只能访问到允许他访问的数据。可恢复性是指在意外事件 (软件或硬件方面) 破坏了当前数据库状态后, 系统有能力恢复数据库, 使损失减少到最低限度。数据恢复采用的方法通常是:建立“日志”和经常性地做数据库的备份。

2.5 事务管理 (并发控制)

在多用户共享的系统中, 许多事务可能同时对同一数据进行操作 (并发操作) ;这样数据库的完整性就可能遭到破坏, 主要有丢失更新问题、不一致分析问题、尚未提交的更新问题等。因此, 要对事务进行管理、控制并发操作;基本作法是对数据实行加锁及事务调度。

3 数据库系统的发展趋势

从最早用文件系统存储数据算起, 数据库的发展已有50多年了, 经历了20世纪60年代的层次数据库 (IBM的IMS) 和网状数据库 (GE的IDS) 的并存, 70年代至80年代关系数据库的异军突起, 90年代对象技术的影响。现今, 关系数据库依然处于主流地位。目前的新形势下, 数据库应该如何发展?又有哪些重要趋势呢?可概括为: (1) 对XML (扩展标记语言) 的支持; (2) 网格支持; (3) 整合数据仓库/B I; (4) 管理自动化。

新一代的数据管理技术将会呈现以下特征:例如降低管理成本、数据库引擎的整合等。在大的发展趋势上, 未来数据库还将朝两个方向发展, 一是超大容量, 支持海量数据处理, 支持数据仓库、数据挖掘、分析等;二是更小, 例如嵌入式数据库, 作为一个完整的商用数据库更灵活更方便地使用。尽管全面部署和实现尚需时日, 但是这些发展趋势已是显而易见的。

摘要：数据库系统是一个实际可运行的存储、维护和应用系统提供数据的软件系统, 是存储介质、处理对象、管理系统的集合体。通常它由软件、数据库、数据管理员组成。本文笔者从数据库系统的含义入手从而研究数据库理论, 数据模型, 数据库语言, 数据库安全性和数据库管理等问题。仅供行业参考, 不足之处望请同行指出。

关键词：数据库系统,数据理论,数据模型,数据库语言,安全性