數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)存取系統(tǒng)層(數(shù)據(jù)庫(kù))

時(shí)間：2022-11-17 00:30:01 | 來源：信息時(shí)代

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    數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)存取系統(tǒng)層 : 介于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)層和存儲(chǔ)系統(tǒng)層之間,向上向數(shù)據(jù)系統(tǒng)提供單元組接口,即導(dǎo)航式地提供一次一個(gè)元組的邏輯數(shù)據(jù)記錄結(jié)構(gòu)和邏輯存取路徑結(jié)構(gòu)。它向下則以存儲(chǔ)系統(tǒng)提供的頁(yè)面和頁(yè)面構(gòu)成的段作為實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ),如圖1所示。

圖1 存取系統(tǒng)層及與它的上下系統(tǒng)層的接口關(guān)系

由圖1可以看出,存取系統(tǒng)層建立在存儲(chǔ)系統(tǒng)層之上,它不涉及存儲(chǔ)分配,它與存儲(chǔ)分配結(jié)構(gòu)及其有關(guān)的參數(shù)是隔離開的。存取系統(tǒng)只在存儲(chǔ)系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即頁(yè)面和由頁(yè)面組成的段上面操作,其所使用的運(yùn)算是打開段、關(guān)閉段、分配段、釋放段、申請(qǐng)頁(yè)、釋放頁(yè)、讀頁(yè)、寫頁(yè)等原語(yǔ)。利用這些手段,基于段和頁(yè)面,存取系統(tǒng)將建立起管理和存儲(chǔ)元組的記錄子系統(tǒng),管理存取路徑的索引子系統(tǒng),對(duì)元組進(jìn)行排序的排序/合并子系統(tǒng),管理數(shù)據(jù)記錄類型和存取路徑說明信息等控制信息的控制信息管理子系統(tǒng),保證用戶事務(wù)一致性的事務(wù)管理子系統(tǒng),處理并發(fā)控制的封鎖子系統(tǒng)和執(zhí)行恢復(fù)任務(wù)的簿記子系統(tǒng)等。
這些子系統(tǒng)統(tǒng)一在一起,相互配合,構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的存取系統(tǒng)層。以下是IBM公司在研究和開發(fā)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的歷史中起過里程碑作用的原型系統(tǒng)System R的存取系統(tǒng)RSS的體系結(jié)構(gòu),如圖2(以System R的RSS為藍(lán)本)所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的存取系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

存取系統(tǒng)向上提供的是單元組接口,即邏輯數(shù)據(jù)記錄結(jié)構(gòu)和邏輯存取路徑結(jié)構(gòu),它們是從數(shù)據(jù)記錄和存取路徑的物理表示中抽象出來的,而將具有各種選擇的實(shí)現(xiàn)形態(tài)掩蔽起來。例如,邏輯存取路徑,它只關(guān)心是按某個(gè)屬性直接存取一個(gè)元組還是順序存取下一個(gè)元組,這種直接存取運(yùn)算和順序存取運(yùn)算其語(yǔ)義是清楚的,至于如何實(shí)現(xiàn)以及實(shí)現(xiàn)方法的變更是與之相隔離的,不會(huì)影響運(yùn)算的語(yǔ)義。
單元組接口上涉及的數(shù)據(jù)對(duì)象有:
1.段
數(shù)據(jù)庫(kù)由若干個(gè)段組成,一個(gè)段中可容納一個(gè)或多個(gè)關(guān)系,但一個(gè)關(guān)系只能屬于一個(gè)段,即不允許跨段。
一個(gè)段中各個(gè)關(guān)系的描述信息及其他控制信息或輔助信息,各個(gè)關(guān)系的所有元組以及相應(yīng)的存取路徑等全部存儲(chǔ)在該段中,進(jìn)行統(tǒng)一的存儲(chǔ)、管理和檢查。故段是存儲(chǔ)分配和管理的單位,它對(duì)用戶是透明的,它使關(guān)系和元組簇聚在一起。段是邏輯相關(guān)的地址空間,并由給定數(shù)目的定長(zhǎng)頁(yè)面組成。
關(guān)于段的操作有申請(qǐng)段(AQUIRE SEGMENT)和釋放段(RELEASE SEGMENT),分配段(ALLOCATE SEGMENT)和釋放段(DEALLOCATE SEGMENT),打開段(OPEN SEGMENT)和關(guān)閉段(CLOSE SEGMENT),以及保存段(SAVE SEGMENT)和恢復(fù)段(RESTORE SEGMENT)。
2. 有序表
有序表是零個(gè)和多個(gè)元組的匯集,它按某一確定的順序來存儲(chǔ)表中的各個(gè)元素。有序表的好處是按所定順序可以迅速地和連續(xù)地處理表中的元素,缺點(diǎn)是只能保證一種順序,應(yīng)變性差。有序表有建立(CREATE)和刪去(DROP)等操作。有序表允許存在重復(fù)元組。它不存儲(chǔ)元組的說明信息,不存在TID。每個(gè)段只允許一個(gè)有序表。
3. 關(guān)系和元組
關(guān)系和元組是客觀世界本質(zhì)信息的載荷者。關(guān)系必須完全處于一個(gè)段中,它由所在段號(hào)和內(nèi)部關(guān)系名RID來唯一標(biāo)識(shí)。關(guān)系具有集合的性質(zhì),即關(guān)系中不允許存在重復(fù)元組。關(guān)系的度即其屬性的數(shù)目在創(chuàng)建關(guān)系時(shí)說明并可以動(dòng)態(tài)變更。元組是所屬關(guān)系模式所定義的屬性場(chǎng)(Field)序列所確定的一列屬性值,屬性場(chǎng)可以有不同的類型,如INT、REAL、CHAR等,并可以有定長(zhǎng)場(chǎng)和變長(zhǎng)場(chǎng)。
元組在關(guān)系中以內(nèi)部名TID來標(biāo)識(shí)。
4.索引
索引是一個(gè)關(guān)系內(nèi)各元組的某種邏輯順序,此順序由一個(gè)或多個(gè)屬性的值來定義,稱這種屬性場(chǎng)為索引鍵場(chǎng)。若索引鍵場(chǎng)包含了兩個(gè)或更多的場(chǎng),則每個(gè)場(chǎng)的順序可以不同定義,即可以為升序也可以為降序。
給定一個(gè)關(guān)系可以定義若干個(gè)索引。
索引是一種靈活的存取路徑結(jié)構(gòu),既支持快速的直接存取,又支持按主鍵或某個(gè)輔鍵的某種順序連續(xù)存取。索引的操作也包括建立和刪除等操作。
5.鏈路
為了支持兩個(gè)關(guān)系之間的導(dǎo)航式存取,需要層次存取路徑。這種層次存取路徑稱為鏈路,其本質(zhì)是在兩個(gè)關(guān)系即主關(guān)系 OWNER 和屬關(guān)系MEMBER之間按取值的內(nèi)容建立1:n的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
一條鏈路是連接兩個(gè)關(guān)系的元組的一條存取路徑,它提供從主關(guān)系OWNER的各個(gè)元組到屬關(guān)系MEMBER的一串元組的路徑。各屬元組的次序在執(zhí)行用戶的添加操作時(shí)確定。
給定一個(gè)關(guān)系可以定義若干條鏈路。鏈路由段號(hào)和內(nèi)部鏈路名LID標(biāo)識(shí)。對(duì)鏈路也有建立和刪除等操作。
存取系統(tǒng)層的一個(gè)核心功能是事務(wù)管理(transaction management),包括保證用戶事務(wù)的一致性,并發(fā)控制和恢復(fù)等,其內(nèi)容將在相應(yīng)的條目中闡述。這里要強(qiáng)調(diào)事務(wù)的概念。事務(wù)是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的完整性和可恢復(fù)性的單位,也是資源分配和調(diào)度的單位。事務(wù)由一組操作組成,它的成功執(zhí)行使數(shù)據(jù)庫(kù)的狀態(tài)從一種相容的或邏輯一致的狀態(tài)變?yōu)榱硪环N相容的或邏輯一致的狀態(tài)。事務(wù)要么完全執(zhí)行,要么一點(diǎn)也不執(zhí)行,決不存在部分執(zhí)行一個(gè)事務(wù)的情況。靜態(tài)來看,事務(wù)如下所示:
BEGIN TRANSACTION Operation 1;
Operation 2;
……
Operation n;
END TRANSACTION
基于事務(wù)的概念我們可以討論確定元組位置的方法。注意,同一個(gè)元組在不同的事務(wù)中其位置可能不同。管理和維護(hù)基于事務(wù)的元組位置的一種自然的方法是掃描法。
一個(gè)掃描定義元組的一個(gè)集合,該集合中的元組是由掃描操作按給定的存取順序一次一個(gè)元組地提供的?！敖o定的順序”可以是按段中關(guān)系的物理存儲(chǔ)順序(關(guān)系掃描或段掃描),按索引鍵值的順序(索引掃描),按有序表的構(gòu)成順序(有序表掃描)和按鏈路的構(gòu)成順序(鏈路掃描)。由此可以看出,掃描或是和元組的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)(關(guān)系掃描)或是和存取路徑相關(guān)聯(lián)的。對(duì)于后者,在動(dòng)態(tài)生成掃描(CREATE SCAN)或打開掃描(OPEN SCAN)時(shí)需指明作為參數(shù)給出的存取路徑的標(biāo)識(shí)。
一個(gè)事務(wù)可以在一個(gè)或多個(gè)存取路徑上同時(shí)打開若干個(gè)掃描,用戶一義性地標(biāo)識(shí)每個(gè)掃描為一臨時(shí)性的數(shù)據(jù)對(duì)象(SCANID)。一個(gè)事務(wù)中建立的所有掃描由掃描控制塊來管理,它登記各掃描的類型、狀態(tài)、性質(zhì)和當(dāng)前位置。掃描控制塊由系統(tǒng)管理和維護(hù)。
關(guān)閉掃描的操作(CLOSE SCAN)關(guān)閉掃描。事務(wù)結(jié)束則結(jié)束掃描。
當(dāng)打開掃描時(shí)掃描定位于第一個(gè)元組之前。掃描可以有三個(gè)任選條件,即啟動(dòng)條件、查找條件和停止條件。例如索引I(EMP(DNO)),啟動(dòng)條件為DNO>`K50`,查找條件為 JOB=`PROGRAMMER`AND ADDRESS=`BEIJING`,停止條件為DNO≤`K99`,就是按雇員關(guān)系的部門號(hào)索引,按掃描順序逐元組地提供部門號(hào)從K51到K99,職務(wù)是程序員,在北京工作的所有職員。
掃描確定了存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)或存取路徑結(jié)構(gòu)中元組的位置,為元組的查詢、添加、刪除和修改提供條件。掃描提供了對(duì)元組的導(dǎo)航式存取,對(duì)于層次型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),如IBM公司的IMS/VS,網(wǎng)狀型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),如按DBTG方案設(shè)計(jì)的系統(tǒng),UDS都是把導(dǎo)航式存取的單元組接口作為外部用戶接口提供給用戶,用戶在使用這些系統(tǒng)時(shí)可以直接進(jìn)行導(dǎo)航式存取。
對(duì)于關(guān)系系統(tǒng),導(dǎo)航式存取的單元組接口是存取系統(tǒng)提供的內(nèi)部接口,它只提供給上一層系統(tǒng)即數(shù)據(jù)系統(tǒng)層使用,不對(duì)用戶開放。