数据库的物理结构和逻辑结构分别是什么

数据库的基本结构

数据库的基本结构分三个层次，反映了观察数据库的三种不同角度。

(1)物理数据层。它是数据库的最内层，是物理存贮设备上实际存储的数据的集合。这些数据是原始数据，是用户加工的对象，由内部模式描述的指令 *** 作处理的位串、字符和字组成。

(2)概念数据层。它是数据库的中间一层，是数据库的整体逻辑表示。指出了每个数据的逻辑定义及数据间的逻辑联系，是存贮记录的集合。它所涉及的是数据库所有对象的逻辑关系，而不是它们的物理情况，是数据库管理员概念下的数据库。

(3)逻辑数据层。它是用户所看到和使用的数据库，表示了一个或一些特定用户使用的数据集合，即逻辑记录的集合。

数据库不同层次之间的联系是通过映射进行转换的。数据库具有以下主要特点：

(1)实现数据共享。数据共享包含所有用户可同时存取数据库中的数据，也包括用户可以用各种方式通过接口使用数据库，并提供数据共享。

(2)减少数据的冗余度。同文件系统相比，由于数据库实现了数据共享，从而避免了用户各自建立应用文件。减少了大量重复数据，减少了数据冗余，维护了数据的一致性。

(3)数据的独立性。数据的独立性包括数据库中数据库的逻辑结构和应用程序相互独立，也包括数据物理结构的变化不影响数据的逻辑结构。

(4)数据实现集中控制。文件管理方式中，数据处于一种分散的状态，不同的用户或同一用户在不同处理中其文件之间毫无关系。利用数据库可对数据进行集中控制和管理，并通过数据模型表示各种数据的组织以及数据间的联系。

(5)数据一致性和可维护性，以确保数据的安全性和可靠性。主要包括：①安全性控制：以防止数据丢失、错误更新和越权使用；②完整性控制：保证数据的正确性、有效性和相容性；③并发控制：使在同一时间周期内，允许对数据实现多路存取，又能防止用户之间的不正常交互作用；④故障的发现和恢复：由数据库管理系统提供一套方法，可及时发现故障和修复故障，从而防止数据被破坏

Oracle数据库的体系结构包括四个方面：数据库的物理结构、逻辑结构、内存结构及进程。

1 物理结构

物理数据库结构是由构成数据库的 *** 作系统文件所决定，Oracle数据库文件包括：

数据文件（Data File）

数据文件用来存储数据库中的全部数据，例如数据库表中的数据和索引数据通常以为dbf格式，例如:userCIMSdbf 。

日志文件（Redo Log File）

日志文件用于记录数据库所做的全部变更（如增加、删除、修改）、以便在系统发生故障时，用它对数据库进行恢复。名字通常为Logdbf格式，如：Log1CIMSdbf,Log2CIMSdbf 。

控制文件（Control File）

每个Oracle数据库都有相应的控制文件，它们是较小的二进制文件，用于记录数据库的物理结构，如：数据库名、数据库的数据文件和日志文件的名字和位置等信息。用于打开、存取数据库。名字通常为Ctrlctl 格式，如Ctrl1CIMSctl。

配置文件

配置文件记录Oracle数据库运行时的一些重要参数，如：数据块的大小，内存结构的配置等。名字通常为initora 格式，如：initCIMSora 。

2 逻辑结构

Oracle数据库的逻辑结构描述了数据库从逻辑上如何来存储数据库中的数据。逻辑结构包括表空间、段、区、数据块和模式对象。数据库的逻辑结构将支配一个数据库如何使用系统的物理空间模式对象及其之间的联系则描述了关系数据库之间的设计

一个数据库从逻辑上说是由一个或多个表空间所组成，表空间是数据库中物理编组的数据仓库，每一个表空间是由段(segment)组成，一个段是由一组区(extent)所组成，一个区是由一组连续的数据库块(database block)组成，而一个数据库块对应硬盘上的一个或多个物理块。一个表空间存放一个或多个数据库的物理文件（即数据文件）一个数据库中的数据被逻辑地存储在表空间上。

表空间（tablespace）

Oracle数据库被划分为一个或多个称为表空间的逻辑结构，它包括两类表空间，System表空间和非System表空间，其中，System表空间是安装数据库时自动建立的，它包含数据库的全部数据字典，存储过程、包、函数和触发器的定义以及系统回滚段。除此之外，还能包含用户数据。。

一个表空间包含许多段，每个段有一些可以不连续的区组成，每个区由一组连续的数据块组成，数据块是数据库进行 *** 作的最小单位。

每个表空间对应一个或多个数据文件，每个数据文件只能属于一个表空间。

数据库块（database block）

数据库块也称逻辑块或ORACLE块，它对应磁盘上一个或多个物理块，它的大小由初始化参数db-block-size（在文件initora中）决定，典型的大小是2k。Pckfree 和pctused 两个参数用来优化数据块空间的使用。

区（extent）

区是由一组连续的数据块所组成的数据库存储空间分配的逻辑单位。

段（segment）

段是一个或多个不连续的区的集合，它包括一个表空间内特定逻辑结构的所有数据，段不能跨表空间存放。Oracle数据库包括数据段、索引段、临时段、回滚段等。

模式对象（schema object）

Oracle数据库的模式对象包括表、视图、序列、同意词、索引、触发器、存储过程等，关于它们将重点在后面章节介绍。

3．Oracle Server系统进程与内存结构

当在计算机服务器上启动Oracle数据库后，称服务器上启动了一个Oracle实例（Instance）。ORACLE 实例（Instance）是存取和控制数据库的软件机制，它包含系统全局区（SGA）和ORACLE进程两部分。SGA是系统为实例分配的一组共享内存缓冲区，用于存放数据库实例和控制信息，以实现对数据库中数据的治理和 *** 作。

进程是 *** 作系统中一个极为重要的概念。一个进程执行一组 *** 作，完成一个特定的任务对ORACLE数据库治理系统来说，进程由用户进程、服务器进程和后台进程所组成。

当用户运行一个应用程序时，系统就为它建立一个用户进程。服务器进程处理与之相连的用户进程的请求，它与用户进程相通讯，为相连的用户进程的ORACLE请求服务。

为了提高系统性能，更好地实现多用户功能，ORACLE还在系统后台启动一些后台进程，用于数据库数据 *** 作。

系统进程的后台进程主要包括：

SMON 系统监控进程：（system monitor）负责完成自动实例恢复和回收分类（sort）表空间。

PMON 进程监控进程：（PRocess monitor）实现用户进程故障恢复、清理内存区和释放该进程所需资源等。

DBWR 数据库写进程：数据库缓冲区的治理进程。

在它的治理下，数据库缓冲区中总保持有一定数量的自由缓冲块，以确保用户进程总能找到供其使用的自由缓冲块。

LGWR 日志文件写进程：是日志缓冲区的治理进程，负责把日志缓冲区中的日志项写入磁盘中的日志文件上。每个实例只有一个LGWR进程。

ARCH 归档进程：（archiver process）把已经填满的在线日志文件拷贝到一个指定的存储设备上。仅当日志文件组开关（switch）出现时，才进行ARCH *** 作。ARCH不是必须的，而只有当自动归档可使用或者当手工归档请求时才发出。

RECO 恢复进程：是在具有分布式选项时使用的一个进程，主要用于解决引用分布式事务时所出现的故障。它只能在答应分布式事务的系统中出现。

LCKn 封锁进程：用于并行服务器系统，主要完成实例之间的封锁。

内存结构（SGA）

SGA是Oracle为一个实例分配的一组共享内存缓冲区，它包含该实例的数据和控制信息。SGA在实例启动时被自动分配，当实例关闭时被收回。数据库的所有数据 *** 作都要通过SGA来进行。

SGA中内存根据存放信息的不同，可以分为如下几个区域：Buffer Cache：存放数据库中数据库块的拷贝。它是由一组缓冲块所组成，这些缓冲块为所有与该实例相链接的用户进程所共享。缓冲块的数目由初始化参数DB_BLOCK_BUFFERS确定，缓冲块的大小由初始化参数DB_BLOCK_SIZE确定。大的数据块可提高查询速度。它由DBWR *** 作。

b 日志缓冲区Redo Log Buffer：存放数据 *** 作的更改信息。它们以日志项（redo entry）的形式存放在日志缓冲区中。当需要进行数据库恢复时，日志项用于重构或回滚对数据库所做的变更。日志缓冲区的大小由初始化参数LOG_BUFFER确定。大的日志缓冲区可减少日志文件I/O的次数。后台进程LGWR将日志缓冲区中的信息写入磁盘的日志文件中，可启动ARCH后台进程进行日志信息归档。

c 共享池Shared Pool：包含用来处理的SQL语句信息。它包含共享SQL区和数据字典存储区。共享SQL区包含执行特定的SQL语句所用的信息。数据字典区用于存放数据字典，它为所有用户进程所共享。

Cursors：一些内存指针，执行待处理的SQL语句

其他信息区：除了上述几个信息区外，还包括一些进程之间的通讯信息（如封锁信息）；在多线索服务器配置下，还有一些程序全局区的信息，请求队列和响应队列等。 本文来自： >

1 数据库定义:数据库是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。2 数据库管理技术发展的三个阶段：人工管理阶段，文件系统阶段，数据库系统阶段。3 DBMS（数据库管理系统）是位于用户与 *** 作系统之间的一层数据管理软件。主要功能：1，数据定义功能。2，数据组织、存储和管理。3，数据 *** 纵功能。4，数据库的事务管理和运行管理。5，数据库的建立和维护功能。6，其他功能。4 什么是数据模型及其要素 (设计题)： 数据模型是数据库中用来对现实世界进行抽象的工具，是数据库中用于提供信息表示和 *** 作手段的形式构架。一般地讲，数据模型是严格定义的概念的集合。这些概 念精确地描述系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件。因此数据模型通常由数据结构、数据 *** 作和完整性约束三部分组成。 (1)数据结构：是所研究的对象类型的集合，是对系统的静态特性的描述。 (2)数据 *** 作：是指对数据库中各种对象(型)的实例(值)允许进行的 *** 作的集合，包括 *** 作及有关的 *** 作规则，是对系统动态特性的描述。 (3)数据的约束条件：是完整性规则的集合，完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。最常用的数据模型：层次模型，网状模型，关系模型，面积对象模型，对象关系模型。5常用的数据模型有哪些（逻辑模型是主要的），各有什么特征，数据结构是什么样的。答：数据模型可分为两类：第一类是概念模型，也称信息模型，它是按用户的观点来地数据和信息建模，主要用于数据库设计。第二类是逻辑模型和物理模型。其中逻辑模型主要包括层次模型、层次模型、关系模型、面向对象模型和对象关系模型等。它是按计算机系统的观点对数据建模，主要用于DBMS的实现。物理模型是对数据最低层的抽象，它描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法，是面向计算机系统的。物理模型是具体实现是DBMS的任务，数据库设计人员要了解和选择物理醋，一般用户则不必考虑物理级的细节。层次数据模型的数据结构特点：一是：有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点。二是：根 以外的其他结点有且只有一个双亲结点。优点是：1层次 数据结构比较简单清晰。2层次数据库的查询效率高。3层次数据模型提供了良好的完整性支持。缺点主要有：1现实世界中很多联系是非层次性的，如结点之间具有多对多联系。2一个结点具有多个双亲等 ，层次模型表示这类联系的方法很笨拙，只能通过引入冗余数据或创建非自然的数据结构来解决。对插入和删除 *** 作的限制比较多，因此应用程序的编写比较复杂。3查询子女结点必须通过双亲结点。4由于结构严密，层次命令趋于程序化。可见用层次模型对具有一对多的层次联系的部门描述非常自然，直观容易理解，这是层次数据库的突出优点。网状模型：特点：1允许一个以上的结点无双亲2一个结点可以有多于一个的双亲。网状数据模型的优点主要有：1能够更为直接地描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲。结点之间可以有多种上联第。2具有良好的性能，存取效率较高。缺点主要有：1结构比较复杂，而且随着应用环境的扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终 用户掌握。2网状模型的DDL,DML复杂,并且要嵌入某一种高级语言中，用户不容易掌握，不容易使用。关系数据模型具有下列优点：1关系模型与非关系模型不同，它是建立在严格的数学概念的基础上的。2关系模型的概念单一。。3关系模型的存取路径对用户透明，从而具有更高的数据独立性，更好的安全保密性，也简化了程序员的工作和数据库开发的建立 的工作。。主要的缺点是：由于存取路径房租明，查询效率往往不如非关系数据模型。因此为了提高性能，DBMS必须对用户的查询请求进行优化。因此增加 了开发DBMS的难度，不过用户不必考虑这些系统内部的优化技术细节。6三级体系结构，外模式，模式 ，内模式定义是什么？模式也称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和牲的描述，是所有用户的公共数据视图。 外模式也称子模式或用户模式，它是数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图是与某一应用有关的数据的逻辑表示。 内模式也称存储模式 ，是一个数据库只有一个内模式。它是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。7两级映像和两级独立性，为什么叫物理独立性和逻辑独立性。当模式改变时由数据库管理员对各个外模式、模式的映像亻相应改变，可以使外模式保持不变。应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立生，简称数据的逻辑独立性。当数据库的存储结构改变了，由数据库管理员对模式、内模式映像作 相应改变，可以使模式保持不变，从而应用程序也不必改变。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。8数据库系统一般由数据库、数据库管理系统 （及其开发工具）、应用系统和数据库管理员构成。9关系的完整性（实体完整性、参照完整性、和用户定义的完整性）三部分内容，其中前二者是系统自动支持的，DBMS完整性控制子系统的三个主要功能？：提供定义完整性约束条件的机制，提供完整性检查的方法，违约处理。16SQL的定义；即结构化查询语言，是关系数据库的标准语言，是一个通用的、功能极强的关系数据库语言。分类（交互式和嵌入式）17group by 和having子句的作用20视图的概念：视图是从一个或几个基本表导出的表。及相关 *** 作：定义视图，查询视图，更新视图。视图更新有什么 *** 作：插入，删除，和修改。22数据库规范化的方法函数依赖的定义什么叫1NF2NF3NF BCNF定义：关系数据库中的关系是要满足一定要求的，满足不同程度要求的为不同范式。满足最低要求的叫第一范式，简称1NF。在第一范式中满足进一步要求的为第二范式，其余以此类推。各种范式之间的联系有：5NF（4NF（BCNF（3NF（2NF（1NF。25数据库设计的几个阶段，每个阶段常用的方法和简要的内容：六个阶段：需求分析、概念结构设计、罗织结构设计、物理设计、数据库实施、数据库运行和维护。28事务的概念？事务有哪些基本属性commit roll back含义：事务：是用户定义的一个数据库 *** 作序列，这些 *** 作要么全做，要么全不做，是一个不可分割的单位。四个特性：原子性，一致性，隔离性，持续性。Commit（提交：提交事务的所有 *** 作） rollback（回滚：在事务运行的过程中发生了某种故障，事务不能继续执行，系统将事务中对数据库的所有已完成的 *** 作全部撤销，回滚到事务开始时的状态。 29什么叫数据库系统的可恢复性？：数据库管理系统具有把数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态的功能，这就是数据库系统的可恢复性。数据库故障的种类：事务内部的故障，系统故障（软故障），介质故障（硬故障），计算机病毒。30不进行并发控制可能产生的问题？：多个事务对数据库并发 *** 作可能造成事务ACID特点遭到在破坏。如何解决（三个）：1，丢失修改 2，不可重复读 3，读“脏”数据。31三级封锁协议？能解决什么问题？：一级封锁协议：事务T在修改数据R之前必须先对其加X锁，直到事务结束才释放。事务结束包括正常结束（COMMIT）和非正常结束（ROLLBACK）。一级封锁协议中，如果是读数据不修改，是不需要加锁的，可防止丢失修改。二级封锁协议：在一级封锁协议基础上，加上事务T在读数据R之前必须先对其加上S锁，读完后即可释放S锁。在二级封锁协议中，由于读完数据后即可释放S锁，所以它不能保证可重复读。三级封锁协议：一级封锁协议加上事务T在读取数据R之前必须先对其加S锁，直到事务结束才释放。三级封锁协议除了防止了丢失修改和不读“脏”数据外，还进一步防止了不可重复读。上述三级协议的主要区别在于：什么 *** 作需要申请封锁，以及何时释放锁。一般采取哪三种措施？插入呢？删除呢？：1，拒绝执行（不允许该 *** 作执行），2，级连 *** 作（当删除或修改被参照表的一个元组造成了与参照表的不一致，则删除或修改参照表中的所有造成不一致的元组），3，设置为空值（当删除或修改被参照表的一个元组时造成了不一致，则将参照表中的所有不造成不一致的元组的对应属性设置为空值）。38视图对数据库安全性的作用？：1，视图能够简化用户的 *** 作，2，视力使用户能以多种角度看待同一数据，3，视图对重构数据库提供了一定程度的逻辑独立性，4，视图能够对机密数据提供安全保护，5，适当的利用视图可以更清晰的表达查询。数据库：储存在计算机内，永久存储、有组织、有共享的大量数据的集合。数据管理技术的发展阶段：1人工管理阶段：数据不保存，应用程序管理数据，数据不共享，数据不具有独立性。2文件系统阶段：数据可以长期保存，由文件系统管理数据；数据共享性太差，冗余度大，数据独立性差。3数据库系统阶段：出现数据库管理系统。数据库系统的特点：数据结构化（本质区别）；数据共享性高、冗余度低、易扩充；数据独立性高；数据有DBMS统一管理和控制。数据库管理系统：1定义：DBMS，是位于用户与 *** 作系统之间的一层数据管理软件。2功能：数据定义功能；数据组织、存储和管理；数据 *** 纵功能；数据库的事务管理和运行管理；数据库的建立和维护功能；通信功能、数据转换功能、互访和互 *** 作功能。数据库系统：1概念：DBS，是指在计算机系统中引入数据库后的系统。2组成：一般由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员构成。3分类：集中式，C/S式，并行式，分布式。数据模型：1定义：现实世界数据特征的抽象。2组成，三要素：数据结构、数据 *** 作、数据的完整性约束。两类数据模型为1）概念模型2）逻辑模型和物理模型。数据结构：描述数据库的组成对象以及对象之间的联系，主要描述与对象的类型、内容、性质有关的对象和与数据之间联系有关的对象。常用的数据模型：1层次模型，用树形结构表示各类实体以及实体间的联系。2网状模型，允许一个以上的结点无双亲，允许一个结点可以有多于一个的双亲。3关系模型，包含单一数据结构

三级结构的组织形式称为数据库的体系结构或数据抽象的三个级别。这个结构是于1975年在美国ANSI/X3/SPARC（美国国家标准协会的计算机与信息处理委员会中的标准计划与需求委员会）数据库小组的报告中提出的。

1141三级数据视图

数据抽象的三个级别又称为三级数据视图，是不同层次用户（人员）从不同角度所看到的数据组织形式。

(1) 外部视图 第一层的数据组织形式是面向应用的，是应用程序员开发应用程序时所使用的数据组织形式，是应用程序员所看到的数据的逻辑结构，是用户数据视图，称为外部视图。外部视图可有多个。这一层的最大特点是以各类用户的需求为出发点，构造满足其需求的最佳逻辑结构。

(2) 全局视图 第二层的数据组织形式是面向全局应用的，是全局数据的组织形式，是数据库管理人员所看到的全体数据的逻辑组织形式，称为全局视图，全局视图仅有一个。这一层的特点是对全局应用最佳的逻辑结构形式。

(3) 存储视图　第三层的数据组织形式是面向存储的，是按照物理存储最优的策略所组织形式，是系统维护人员所看到的数据结构，称为存储视图。存储视图只有一个。这一层的特点是物理存储最佳的结构形式。

外部视图是全局视图的逻辑子集，全局视图是外部视图的逻辑汇总和综合，存储视图是全局视图的具体实现。三级视图之间的联系由二级映射实现。外部视图和全局视图之间的映射称为逻辑映射，全局视图和存储视图之间的映射称为物理映射。

1142 三级模式

三级视图是用图、表等形式描述的，具有简单、直观的优点。但是，这种形式目前还不能被计算机直接识别。为了在计算机系统中实现数据的三级组织形式，必须用计算机可以识别的语言对其进行描述。DBMS提供了这种数据描述语言（Data Description Language 简记为DDL）。我们称用DDL精确定义数据视图的程序为模式（Scheme）。与三级视图对应的是三级模式。

（1） 子模式定义外部视图的模式称外模式，也称子模式。它由对用户数据文件的逻辑结构描述以及和全局视图中文件的对应关系的描述组成，用DBMS提供的子模式DDL定义。一个子模式可以由多个用户共享，而一个用户只能使用一个子模式。

（2） 模式　 定义全局视图的模式称逻辑模式，简称模式。它由对全局视图中全体数据文件的逻辑结构描述以及和存储视图中文件的对应关系的描述组成，用DBMS提供的模式DDL定义。逻辑结构的描述包括记录的型（组成记录的数据项名、类型、取值范围等），还有记录之间的联系，数据的完整性、安全保密要求等。

（3） 内模式　 定义存储视图的模式称内模式，又称物理模式。它由对存储视图中全体数据文件的存储结构的描述和对存储介质参数的描述组成，用DBMS提供的内模式DDL定义。存储结构的描述包括记录值的存储方式（顺序存储、hash方法、B树结构等），索引的组织方式等。

三级模式的结构如图18所示。

三级模式所描述的仅仅是数据的组织框架，而不是数据本身。在内模式这个框架填上具体数据就构成物理数据库，它是外部存储器上真实存在的数据集合。模式框架下的数据集合是概念数据库，它仅是物理数据库的逻辑映像。子模式框架下的数据集合是用户数据库，它是概念数据库的逻辑子集。

数据库系统一般由有关的硬件、软件、数据库和人员四个部分组合而形成的，为用户提供信息服务的系统。

硬件：是数据库系统的物理支持，包括 CPU 、内存、外存及输入 / 输出设备。由于数据库系统承担着数据管理的任务，它要在 *** 作系统的支持下工作，而且本身包含着数据库管理例行程序、应用程序等，因此要有足够大的内存开销。同时，由于用户的数据、系统软件和应用软件都要保存在外存上，所以对外存容量的要求也很高。

软件：软件系统包括系统软件和应用软件两类。系统软件主要包括数据库管理系统软件、开发应用系统的高级语言及其编译系统、应用系统开发的工具软件等。它们为开发应用系统提供了良好的环境，其中数据库管理系统是连接数据库和用户之间的纽带，是软件系统的核心。应用软件是指在数据库管理系统的基础上由用户根据自己的实际需要自行开发的应用程序。

数据库：是指长期存储在计算机内的，有组织，可共享的数据的集合。数据库中的数据按一定的数学模型组织、描述和存储，具有较小的冗余，较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。

人员：数据库系统的人员是指管理、开发和使用数据库系统的全部人员，主要包括数据库管理员、系统分析员、应用程序员和用户。不同的人员涉及不同的数据抽象级别，数据库管理员负责管理和控制数据库系统；系统分析员负责应用系统的需求分析和规范说明，确定系统的软硬件配置、系统的功能及数据库概念设计；应用程序员负责设计应用系统的程序模块，根基数据库的外模式来编写应用程序；最总用户通过应用系统提供的用户接口界面使用数据库。常用的接口方式有菜单驱动、图形显示、表格 *** 作等，这些接口为用户提供了简明直观的数据表示和方便快捷的 *** 作方法。

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