1.5 数据库管理系统概述

1.5.1 数据库管理系统的工作模式

在前面1.1.2节中，已介绍过数据库管理系统（DBMS）的概念，是对数据库进行统一操纵和管理的大型数据管理软件，主要功能是建立、使用和维护数据。它是数据库系统的核心和关键，用于统一管理控制数据库系统中的各种操作，包括数据定义、查询、更新及各种管理与控制，都是通过DBMS进行的。DBMS的工作模式示意图如图1-18所示。

DBMS的查询操作工作模式如下。

1）接收应用程序的数据请求和处理请求。

2）将用户的查询数据请求（高级指令）转换成复杂的低层指令。

3）低层指令实现对数据库的具体操作。

4）接收数据库操作得到的查询结果。

5）对查询结果进行处理，包括相应的格式转换。

6）将处理结果返回给用户。

DBMS是数据库系统核心，需要借助操作系统对数据进行统一管理和控制。

1）当用户执行应用程序，查询一条数据库记录时，就会向DBMS发出select命令。

2）DBMS接到命令后，首先对命令进行语法检查。语法检查通过后，对其语义检查和存取权限进行检查。

3）DBMS对查询进行优化。

4）DBMS在缓冲区中查找记录，如果找到则转到步骤9）；否则，转到步骤5）。

5）DBMS与数据字典进行交互，得到数据存储模式信息。

6）DBMS向操作系统发出读取记录命令。

7）操作系统接到DBMS的文件读取命令后，读取相应的文件。

8）操作系统将读到的数据送到缓冲区。

9）DBMS导出用户所要的数据。

10）应用程序将缓存区的数据送到工作区。

11）DBMS将命令执行的状态返回给应用程序，应用程序根据返回状态判断命令执行是否成功。

1.5.2 数据库管理系统的功能和机制

1．DBMS的主要功能

在计算机系统中，对数据的管理是通过DBMS和数据库实现的。其主要功能如下。

1）数据定义功能。DBMS提供了数据定义语言（Data Definition Language，DDL）。用户通过DDL完成对数据库中数据对象的定义，如定义对象（数据库、表和视图）等。

2）数据存取功能。DBMS提供了数据操作语言（Data Manipulation Language，DML）。用户可用DML实现对数据库的基本操作，如检索、插入、删除和修改等。

3）运行管理功能。DBMS提供了数据控制和管理功能，可对数据库进行有效的控制和管理，实现数据的安全性、完整性、并发性控制和故障恢复，确保数据正确有效。

4）数据组织、管理和存储。DBMS要对各种数据进行分类组织、管理和存储，包括用户数据、数据字典和数据存取路径等。确定文件结构种类、存取方式（索引查找、哈希查找和顺序查找等）和数据的组织，实现数据之间的联系等，提高了存储空间的利用率和存取效率。

5）数据库的建立和维护功能。包括数据库的初始建立、数据的转换、数据库的转储和恢复、数据库的重新组织功能、性能监视和分析功能等。上述功能主要由一些实用软件或管理工具完成。

6）其他功能。主要包括DBMS与其他软件系统的数据通信功能；不同DBMS或文件系统的数据转换功能，异构数据库之间的互访和互操作功能等。

2．DBMS的工作机制

DBMS的工作机制是将用户对数据的操作转化为对系统存储文件的操作，有效地实现数据库三级模式结构之间的转化。通过DBMS可以进行数据库及数据的定义和建立、数据库和数据的操作（输入、查询、修改、删除、统计和输出等）与管理，以及数据库的控制与维护、故障恢复和交互通信等。

1.5.3 数据库管理系统的模块组成

DBMS是一个复杂的软件系统，由许多模块组成。由于DBMS的用途、版本及复杂程度各异，其程序不尽相同，按程序实现的功能可分为4部分。

1）语言编译处理程序。包含数据定义语言（Data Definition Language，DDL）、数据操作语言（Data Manipulation Language，DML）、数据控制语言（Data Control Language，DCL）和事务管理语言（Transact Management Language，TML）的功能及其编译程序。

2）系统运行控制程序。主要包括系统总控程序、安全性控制程序、完整性控制程序、并发控制程序、数据存取和更新程序，以及通信控制程序。

3）系统建立与维护程序。主要包括装配程序、重组程序和系统恢复程序。

4）数据字典。对于用户来说，数据字典为一组只读的表，其内容包括数据库中所有模式对象特征的描述信息，如表、视图及索引等；还包括来自用户的信息、系统状态信息和数据库的统计信息等。