2011年軟考數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)工程師知識(shí)點(diǎn)講解(9)

　　6.語(yǔ)言處理

　　語(yǔ)言翻譯處理層的任務(wù)就是把用戶在這兩種方式下提交給DBMS的數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)句轉(zhuǎn)換成對(duì)DBMS內(nèi)層可執(zhí)行的基本存取模塊的調(diào)用序列。數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言通常包括DDL，DML，DCL三部分語(yǔ)句。DDL語(yǔ)句處理相對(duì)獨(dú)立和簡(jiǎn)單。DML和DCL則較為復(fù)雜。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)DDL語(yǔ)句，語(yǔ)言翻譯處理層首先把它翻譯成內(nèi)部表示，然后把它存儲(chǔ)在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典中。對(duì)DCL語(yǔ)句的定義部分，如安全保密定義、存取權(quán)限定義、完整性約束條件定義等處理與DDL相同。在RDBMS中數(shù)據(jù)字典通常采用和普通數(shù)據(jù)同樣的表示方式。數(shù)據(jù)字典包括關(guān)系定義表、屬性表、視圖表、視圖屬性表、視圖表達(dá)式表、用戶表、存取權(quán)限表、……。

　　(1)解釋方法一些數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(如dBASEⅢ)對(duì)上述方法進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)盡量推遲聚束過(guò)程來(lái)贏得數(shù)據(jù)獨(dú)立性。具體做法是:直到執(zhí)行前，數(shù)據(jù)庫(kù)DML語(yǔ)句都以原始字符串的形式保存。隨著數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展，這種方法已逐步為預(yù)編譯技術(shù)所取代。

　　(2)預(yù)編譯方法已經(jīng)看到，將聚束過(guò)程提前，固然可達(dá)到系統(tǒng)的高效率，但失去了數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)———數(shù)據(jù)獨(dú)立性;將聚束時(shí)間推遲，贏得了數(shù)據(jù)性，卻增加了執(zhí)行高效率的代價(jià)。預(yù)編譯方法就是為了克服它們的缺點(diǎn)，保持兩者的優(yōu)點(diǎn)而提出的。其基本思想是，在用戶提供了DML語(yǔ)句后，在運(yùn)行前對(duì)它進(jìn)行翻譯處理，保存產(chǎn)生好的執(zhí)行代碼，運(yùn)行時(shí)加以執(zhí)行。但是，使用這種方法會(huì)遇到這樣的問題:在聚束過(guò)程中進(jìn)行優(yōu)化所依據(jù)的條件可能在運(yùn)行前已不存在，或者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被修改，因而導(dǎo)致已作出的規(guī)劃在執(zhí)行時(shí)不再有效。例如，假設(shè)在聚束過(guò)程中決定使用某一索引來(lái)加快存取速度，而在程序編譯完成之后，運(yùn)行之前，該索引被刪除了。那么，運(yùn)行時(shí)就會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)測(cè)的現(xiàn)象。為了解決這類問題，采用了重編譯方法。即當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)中某些成分的改變而使一些程序的編譯結(jié)果無(wú)效時(shí)，再對(duì)它們執(zhí)行一次編譯。重編譯可在不同時(shí)刻進(jìn)行。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的效率，不應(yīng)在數(shù)據(jù)庫(kù)某一成分改變后就馬上對(duì)受影響的那些源程序重編譯，較好的方法是將受影響的編譯結(jié)果置“無(wú)效”標(biāo)志，在其被執(zhí)行時(shí)才進(jìn)行自動(dòng)重編譯。自動(dòng)重編譯技術(shù)使得編譯方法既擁有了編譯時(shí)進(jìn)行束縛所帶來(lái)的高效率，又具備了執(zhí)行時(shí)束縛所帶來(lái)的數(shù)據(jù)獨(dú)立性。實(shí)踐證明，預(yù)編譯方法的效率比其它方法高兩倍以上。

　　7.數(shù)據(jù)存取層

　　數(shù)據(jù)存取層介于語(yǔ)言處理層和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之間。它向上提供單元組接口，即導(dǎo)航式的一次一個(gè)元組的存取操作。向下則以系統(tǒng)緩沖區(qū)的存儲(chǔ)器接口作為實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。

　　(1)提供一次一個(gè)元組的查找、插入、刪除、修改等基本操作。

　　(2)提供元組查找所循的存取路徑以及對(duì)存取路徑的維護(hù)操作。如對(duì)索引記錄的查找、插入、刪除、修改。

　　(3)對(duì)記錄和存取路徑的封鎖、解鎖操作。

　　(4)日志文件的登記和讀取操作。

　　(5)輔助操作。如掃描、合并/排序，其操作對(duì)象有關(guān)系、有序表、索引等。為了完成上述功能，通常把存取層又劃分為若干功能子系統(tǒng)加以實(shí)現(xiàn)。

　　8.緩沖區(qū)管理

　　數(shù)據(jù)存取層的下面是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層(簡(jiǎn)稱存儲(chǔ)層)。存儲(chǔ)層的主要功能是存儲(chǔ)管理。包括緩沖區(qū)管理、內(nèi)外存交換、外存管理等。其中緩沖管理是最主要的。存儲(chǔ)層向存取層提供的接口是由定長(zhǎng)頁(yè)面組成的系統(tǒng)緩沖區(qū)。系統(tǒng)緩沖區(qū)的設(shè)立是出于兩方面的原因:一是它把存儲(chǔ)層以上各系統(tǒng)成分和實(shí)在的外存設(shè)備隔離。外存設(shè)備的變更不會(huì)影響其它系統(tǒng)成分，使DBMS具有設(shè)備獨(dú)立性。二是提高存取效率。DBMS利用系統(tǒng)緩沖區(qū)滯留數(shù)據(jù)。當(dāng)存取層需要讀取數(shù)據(jù)時(shí)存儲(chǔ)子系統(tǒng)首先到系統(tǒng)緩沖區(qū)中查找。只有當(dāng)緩沖區(qū)不存在該數(shù)據(jù)時(shí)才真正從外存讀入該數(shù)據(jù)所在的頁(yè)面。當(dāng)存取層寫回一元組到數(shù)據(jù)庫(kù)中時(shí)，存儲(chǔ)子系統(tǒng)并不把它立即寫回外存，僅把該元組所在的緩沖區(qū)頁(yè)面作一標(biāo)志，表示可以釋放。只有當(dāng)該用戶事務(wù)結(jié)束或結(jié)束緩沖區(qū)已滿需要調(diào)入新頁(yè)時(shí)才按一定的淘汰策略把緩沖區(qū)中已有釋放標(biāo)志的頁(yè)面寫回外存。這樣可以減少內(nèi)外存交換的次數(shù)，提高存取效率。系統(tǒng)緩沖區(qū)可由內(nèi)存或虛存組成。由于內(nèi)存空間緊張，緩沖區(qū)的大小、緩沖區(qū)內(nèi)存和虛存部分的比例要精心設(shè)計(jì)。針對(duì)不同的應(yīng)用和環(huán)境按一定的模型進(jìn)行調(diào)整。既不能讓緩沖區(qū)占據(jù)太大內(nèi)存空間，也不能因空間太小而頻頻缺頁(yè)調(diào)頁(yè)，造成“抖動(dòng)”，影響效率。緩沖區(qū)由控制信息和若干定長(zhǎng)頁(yè)面組成。緩沖區(qū)管理模塊向上層提供的操作是緩沖區(qū)的讀(READBUF)、寫(WRITEBUF)。緩沖區(qū)內(nèi)部的管理操作有:查找頁(yè)、申請(qǐng)頁(yè)、淘汰頁(yè)。緩沖區(qū)管理調(diào)用OS的操作有:讀(READ)、寫(WEITE)。

　　9.數(shù)據(jù)庫(kù)的物理組織

　　數(shù)據(jù)庫(kù)是大量數(shù)據(jù)的有結(jié)構(gòu)的綜合性的集合，如何將這樣一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)集合以最優(yōu)的形式組織起來(lái)存放在外存上是一個(gè)非常重要的問題。所謂“優(yōu)”應(yīng)包括兩方面:一是存儲(chǔ)效率高，節(jié)省存儲(chǔ)空間;二是讀取效率高，速度快、代價(jià)小。數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是文件，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的任何操作最終要轉(zhuǎn)化為對(duì)文件的操作。所以在數(shù)據(jù)庫(kù)物理組織中，基本的問題是如何設(shè)計(jì)文件組織或者利用操作系統(tǒng)提供的基本的文件組織方法。但是，在數(shù)據(jù)庫(kù)中表和文件不必具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。這和操作系統(tǒng)中不一樣。DBMS可以建立只能自己讀寫的文件，在其中存儲(chǔ)多個(gè)表的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)系統(tǒng)是文件系統(tǒng)的發(fā)展。文件系統(tǒng)中每個(gè)文件存儲(chǔ)同質(zhì)實(shí)體的數(shù)據(jù)，各文件是孤立的，沒有體現(xiàn)實(shí)體之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的物理組織必須體現(xiàn)實(shí)體之間的聯(lián)系，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)———各種數(shù)據(jù)模型。因此數(shù)據(jù)庫(kù)中要存儲(chǔ)4個(gè)方面的數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)描述。即數(shù)據(jù)外模式、模式、內(nèi)模式。數(shù)據(jù)本身。數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。存取路徑。這4個(gè)方面的數(shù)據(jù)內(nèi)容都要采用一定的文件組織方式組織、存儲(chǔ)起來(lái)。

　　(1)數(shù)據(jù)字典(DD)的組織 有關(guān)數(shù)據(jù)的描述存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)字典中。數(shù)據(jù)字典的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量比較小(與數(shù)據(jù)本身比)、使用頻繁，因?yàn)槿魏螖?shù)據(jù)庫(kù)操作都要參照數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容。數(shù)據(jù)字典在網(wǎng)狀、層次數(shù)據(jù)中常常用一個(gè)特殊的文件來(lái)組織。所有關(guān)于數(shù)據(jù)的描述信息存放在一個(gè)文件中。

　　(2)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)聯(lián)系的組織 關(guān)于數(shù)據(jù)自身的組織，DBMS可以根據(jù)處理的要求自己設(shè)計(jì)文件結(jié)構(gòu)，也可以從操作系統(tǒng)提供的文件結(jié)構(gòu)中選擇合適的加以實(shí)現(xiàn)。目前，操作系統(tǒng)提供的常用文件結(jié)構(gòu)有:順序文件、索引文件、索引順序文件、HASH文件(雜湊文件)和B樹類文件等等。數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)組織與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系是緊密結(jié)合的。在數(shù)據(jù)的組織和存儲(chǔ)中必須直接或間接、顯式或隱含地體現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，這是數(shù)據(jù)庫(kù)物理組織中主要考慮和設(shè)計(jì)的內(nèi)容。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)表示的單一性。實(shí)體及實(shí)體之間的聯(lián)系都用一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)———“表”來(lái)表示。在數(shù)據(jù)庫(kù)的物理組織中，每一個(gè)表通�？梢詫�(duì)應(yīng)一種文件結(jié)構(gòu)。因此數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系兩者組織方式相同。

　　(3)存取路徑的組織 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，存取路徑和數(shù)據(jù)是分離的，對(duì)用戶是隱蔽的。存取路徑可以動(dòng)態(tài)建立、刪除。存取路徑的物理組織通常采用B樹類文件結(jié)構(gòu)和HASH文件結(jié)構(gòu)。在一個(gè)關(guān)系上可以建立若干個(gè)索引。有的系統(tǒng)支持組合屬性索引，即在兩個(gè)或兩個(gè)以上的屬性上建立索引。索引可以由用戶用CRETR INDEX語(yǔ)句建立，用DROP INDEX語(yǔ)句刪除。在執(zhí)行查詢時(shí)，DBMS查詢優(yōu)化模塊也會(huì)根據(jù)優(yōu)化策略自動(dòng)地建立索引，以提高查詢效率。由此可見，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中存取路徑的建立是十分靈活的。