数据库架构与关系模型知识解析

### 数据库架构与关系模型知识解析 #### 1. 数据库架构相关概念 - **客户端 - 服务器架构** - 客户端 - 服务器架构描述了软件组件之间的交互方式。存在一个需要某种资源的客户端进程，以及一个提供该资源的服务器。 - **两层模型**：客户端处理用户界面和业务处理逻辑，服务器处理数据库功能。 - **三层模型**：在 Web 环境中，传统的两层模型已被三层模型取代，包括用户界面层（客户端）、业务逻辑和数据处理层（应用服务器）以及数据库管理系统（数据库服务器），这些层分布在不同的机器上。三层架构还可扩展为 n 层，通过添加额外的层来提供更多的灵活性和可扩展性。 - **中间件** - 中间件是连接软件组件或应用程序的计算机软件。其类型包括： - 远程过程调用（RPC，包括同步和异步） - 发布/订阅 - 面向消息的中间件（MOM） - 对象请求代理（ORB） - 数据库中间件 - **Web 服务** - Web 服务是一种旨在支持网络上机器间互操作性交互的软件系统，基于 XML、SOAP、WSDL 和 UDDI 等标准。 - **面向服务的架构（SOA）** - 面向服务的架构是以业务为中心的软件架构，用于构建将业务流程实现为一组服务的应用程序，这些服务以与服务消费者相关的粒度发布。 - **云计算** - 云计算是一种模型，可实现无处不在、便捷、按需的网络访问，以获取共享的可配置计算资源池（如网络、服务器、存储、应用程序和服务），这些资源可以快速调配和释放，只需最少的管理工作或与服务提供商的交互。主要的服务模型有： - 软件即服务（SaaS） - 平台即服务（PaaS） - 基础设施即服务（IaaS） - 基于云的数据库解决方案分为两类：数据即服务（DaaS）和数据库即服务（DBaaS）。 - **事务处理（TP）监视器** - 事务处理监视器是一种控制客户端和服务器之间数据传输的程序，以提供一致的环境，特别是在线事务处理（OLTP）。其优点包括事务路由、分布式事务、负载均衡、集中处理和提高可靠性。 #### 2. 数据库操作流程 以 Oracle 数据库为例，一个典型的数据库操作流程如下： 1. 检查共享 SQL 区域中是否已有该语句的解析版本；如果没有，则为该语句分配一个新的共享 SQL 区域，以便对其进行解析和处理。 2. 服务器进程从实际数据文件（表）或系统全局区（SGA）中检索所需的数据值。 3. 服务器进程修改 SGA 中的数据。当高效时，数据库写入进程（DBWR）将修改后的块永久写入磁盘。由于事务已提交，日志写入进程（LGWR）立即将事务记录到在线重做日志文件中。 4. 服务器进程通过网络向应用程序发送成功/失败消息。 5. 在此期间，其他后台进程运行，监视需要干预的条件。此外，Oracle 服务器管理其他用户的事务，并防止请求相同数据的事务之间发生冲突。 #### 3. 关系模型的起源与发展 - **起源** - 关系模型由 E. F. Codd 在 1970 年的论文 “A relational model of data for large shared data banks” 中首次提出。尽管此前曾有人提出过面向集合的模型，但 Codd 的论文被公认为数据库系统的一个里程碑。 - **目标** - 允许高度的数据独立性，应用程序不应受内部数据表示修改的影响，特别是文件组织、记录排序或访问路径的更改。 - 为处理数据语义、一致性和冗余问题提供坚实的基础，引入了规范化关系的概念。 - 能够扩展面向集合的数据操作语言。 - **重要研究项目** - **IBM 的 System R