1.5 數據庫管理系統概述

1.5.1 數據庫管理系統的模塊組成

數據庫管理系統（DBMS）是對數據庫及數據進行統一管理和控制的系統軟件，由多個模塊組成。其用途、版本及復雜程度各異，且程序不同。按程序實現的功能，DBMS可以分為四部分。

1）語言編譯處理程序。包括數據定義語言（Data Definition Language，DDL）、數據操作語言（Data Manipulation Language，DML）、數據控制語言（Data Control Language，DCL）和事務管理語言（Transact Management Language，TML）及其編譯程序。

2）系統運行控制程序。主要包括系統總控程序、安全性控制程序、完整性控制程序、并發控制程序、數據存取和更新程序、通信控制程序。

3）系統建立與維護程序。主要包括裝配程序、重組程序和系統恢復程序。

4）數據字典。對于用戶為一組只讀的表，其內容包括數據庫中所有模式對象特征的描述信息，如表、視圖及索引等，還包括來自用戶的信息、系統狀態信息和數據庫統計信息等。

1.5.2 數據庫管理系統的主要功能和工作機制

1.DBMS的主要功能

在計算機系統中，通過DBMS和數據庫實現對數據的管理。其主要功能如下。

1）數據定義功能。主要通過DBMS的數據定義語言（DDL）完成，定義（建立）數據庫及其組成元素的結構。用戶可對數據庫對象進行定義，如對數據庫、表、視圖和索引等進行定義。

2）數據操作功能。可通過DBMS的數據操作語言（DML）進行操作，實現對數據的基本操作，如數據的查詢、插入、刪除和修改等。個別文獻將數據查詢語言（DQL）單列。

3）事務與運行管理是DBMS的核心功能。在數據庫的建立、運行和維護中，數據控制語言（DCL）、事務管理語言（TML）和系統運行控制程序等，可由DBMS統一管理和控制，并保證數據的安全性和完整性、多用戶對數據并發控制和意外時的系統恢復。

4）組織、管理和存儲數據。DBMS可對各種數據分類組織、管理和存儲，包括用戶數據、數據字典、數據存取路徑等。DBMS還可確定文件結構種類、存取方式和數據組織，實現數據之間的聯系等，提高存儲空間利用率和存取效率。

5）數據庫的建立和維護功能。數據庫的建立是指數據的載入、存儲、重組與恢復等。數據庫的維護是指數據庫及其組成元素的結構修改、數據備份等。其主要包括數據庫初始數據的輸入、轉換，數據庫的轉儲與恢復，數據庫的重新組織和性能監視、分析等，可用相關應用程序或管理工具實現。

6）其他功能。主要包括DBMS同其他軟件系統的數據通信功能、不同DBMS或文件系統的數據轉換功能、不同數據庫之間的互訪和互操作功能等。

2.DBMS的工作機制

DBMS的工作機制是將用戶對數據的操作轉換為對系統存儲文件的操作，有效地實現數據庫三級模式結構之間的轉換。DBMS可以進行數據庫及數據的定義和建立、數據庫和數據的操作（輸入、查詢、修改、刪除、統計、輸出等）與管理，以及數據庫的控制與維護、故障恢復和交互通信等。

1.5.3 數據庫管理系統的工作模式

DBMS是數據庫系統的核心和關鍵，用于統一管理數據庫系統中的各種操作，包括數據定義、查詢、更新及各種管理與控制，如定義（建立）、操作（處理）、管理與維護數據庫和數據，以及數據庫的備份與恢復等。DBMS的工作模式示意圖如圖1-21所示。

DBMS的查詢操作工作模式如下。

1）接收應用程序（用戶）的數據請求和處理請求。

2）將用戶的查詢數據請求（高級指令）轉換成復雜的低層指令。

3）低層指令實現對數據庫的各種具體操作。

4）接收數據庫操作得到的所有查詢結果。

5）對查詢結果進行處理，包括相應的格式轉換。

6）最后將處理結果返回給用戶（終端）。

DBMS是數據庫系統核心，需要借助操作系統對數據進行統一管理和控制。

1）當用戶執行應用程序，查詢一條記錄時，就會向DBMS發出查詢（select）命令。

2）DBMS接到命令后，先檢查命令語法。通過后對其進行語義檢查和存取權限檢查。

3）查詢對象（數據庫、數據表、數據，以及結構、格式和位置等）后進行優化。

4）在緩沖區中查找記錄，如果找到則轉到步驟9），否則轉到步驟5）。

5）DBMS與數據字典交互，得到數據存儲模式信息。

6）DBMS向操作系統發出具體的讀取記錄的命令。

7）操作系統接到DBMS文件讀取指令后，讀取相應文件。

8）操作系統將讀到的指定數據發送到緩沖區。

9）DBMS導出操作用戶所需要的數據格式。

10）應用程序將緩存區的數據傳送到終端。

11）將命令執行狀態返回應用程序，程序根據返回狀態判斷命令執行是否成功。

討論思考：

1）數據庫管理系統的主要功能和機制有哪些？

2）簡要說明數據庫管理系統的工作模式。