地热数据库系统的特点和功能概述

  数据库通常是指特定的信息集合，而数据库管理系统是对数据库进行管理和控制的软件。这些管理和控制功能主要包括数据的定义、数据存取和修改、数据库的运行管理、数据库的建立和维护等。数据库和数据库管理系统加在一起就构成了数据库系统。
  数据库之所以能够在近20年内如此快速的发展，受到计算机科学界的普遍的重视，成为引人注目的一门新兴学科，是因为它具有独特的特征，逐渐代替了文件系统，成为管理数据的主要手段（李建中、王珊，1998;张健沛，1999）。
  数据库主要有如下的特征：

  1．信息完整、功能通用。
  数据库系统不仅存储数据库本身，同时也存储数据库的说明信息。这些说明信息称为元数据。元数据存储在称为数据字典的特殊文件中。元数据包括数据库中每个文件的结构、每个数据项的存储格式和数据类型、数据的完整性约束等。
  数据库系统中的信息要比文件系统完整。
  数据字典主要由数据库管理系统软件使用，当然用户也可以使用。数据库管理系统软件不仅是为少数特定应用设计的，而且是为所有应用设计的。数据库管理系统可以通过数据字典了解数据库中每个文件的结构、每个数据项的存储格式和数据类型等信息，平等地为各种各样的应用服务，不管是银行数据库应用，还是教学管理数据库应用，只要描述这些数据库的元数据存储在数据字典中，数据库管理系统就可以为这些应用提供数据管理服务( Roger Jennings，1999)。
  在文件系统中，描述文件的元数据分散在不同的应用程序中。因此，每个应  用程序只能存取特定的文件，无法使用它不了解其元数据的文件。反之，每个文件只能由一个应用程序使用，不能被其他应用程序共享。数据库系统的通用性恰恰是由于抽象出了所有文件的元数据，统一存储，统一管理。

  2．程序与数据独立。
  在文件系统中，文件的元数据嵌套在应用程序中。所以，文件结构的改变将引起所有存取这个文件的应用程序的改变。相比之下，数据库系统把所有文件的元数据与应用程序隔离，统一存储，统一管理，从而克服了应用程序必须随文件结构的改变而改变的问题。我们把数据库系统的这个性质称为程序与数据的独立性。例如，设student文件的每个记录长为50字节，在使用文件系统时，应用程序可能被写成只能存取具有50字节长的student文件记录。如果我们在student文件的记录结构中增加一个新数据项“生”，-这个应用程序必须被修改后才能继续使用。在数据库系统，我们只需要修改数据字典中student的元数据，不需要修改任何应用程序。而且。数据字典修改是由数据库管理系统自动完成的。

  3．数据抽象。
  数据库系统提供了数据的抽象概念表示，使得用户不必了解数据库文件的存储结构、存储位置、存取方法等繁琐的细节就可以存取数据库。数据模型是提供数据抽象概念表示的有力工具。它使用逻辑概念（如对象、对象属性、对象联系等）表示数据。目前已经存在很多种数据模型。不同类型的数据库系统使用不同的数据模型实现数据的抽象概念表示。由数据模型表示的数据更容易被用户理解，可以完全隐藏数据库文件的存储结构、存储位置、存取方法等繁琐细节．图4.3为三种数据抽象和三种数据库模式的关系。

  4．支持数据的不同视图。
  一个数据库一般都要支持很多应用程序和用户，不同的应用程序和不同的用户对同一个数据库可能有不同的理解，我们称对同一个数据库的每一种理解为这个数据库的一个视图。一个视图可以是一个数据库子集合，也可以是多个数据库的子集按照某种方式构成的虚拟数据库（不是实际存储的数据库）。数据库系统提供了定义、维护和操纵视图的机制，使得多个用户可以为他们的应用定义、维护和使用自己的视图。

  5．控制数据冗余。
  数据库系统可以克服文件系统的数据冗余问题。在数据库设计阶段，我们只要充分考虑所有用户的数据管理需求，综合考虑所有用户的数据库视图，把它们集成为一个逻辑模式，每个逻辑数据项只存储一次，即可避免数据冗余。值得注意的是，为了提高数据库系统的性能，有时需要加以限制数据的冗余。例如，把经常在一起存取的数据项放在一个文件中，可以避免在数据库查询时同时搜索多个文件。在这种情况下，数据库系统必须对数据冗余加以控制，防止数据的不一致性。

  6．支持数据共享。
  数据库系统允许多个用户或多个应用程序同时访问数据库中相同数据，允许数据共享。为了支持数据共享，数据库管理系统具有并发控制机制，保证多用户或多应用程序同时更新数据库时结果正确。例如，当多个民航机场小姐为同一个航班的旅客分配座位时，数据库系统必须保证每个座位只能分配给一个旅客。用户视图定义机制是数据库系统支持数据共享的另一种机制，各用户可以使用这种机制为自己的应用程序定义一个视图，用户可以在这个视图上设计自己的应用程序。

  7．限制非授权的存取。
  当一个数据库系统被多个用户共享时，每个用户对数据库的存取权是有限的。并非每个用户都可以随心所欲地存取数据库中的任何信息。例如，一个部门的人事档案信息只允许部分人员查阅；一个部门的财务信息只允许很少的人存取。在一个数据库系统中，某些用户可能只被授以查看某些数据的权利，而另一些用户可能被授以更新某些数据的权利。为了保证数据库的安全，防止对数据库的非法存取，数据库系统具有一个安全与授权子系统。安全与授权子系统包括两方面的功能。第一，为数据库管理员提供建立用户账号（没有账号的用户不允许进入数据库系统）和密码，为用户规定存取数据库权限的工具。第二，进行安全性检查。当一个用户请求进入数据库系统时，安全与授权子系统核对该用户的密码，禁止非法用户进入系统。当一个用户访问数据库时，安全与授权子系统检查该用户的存取权限，禁止对数据库的非法存取。

  8．表示数据之间的复杂联系。
  数据库中的数据通常都具有比较复杂的联系。用户经常需要存取相互关联的数据。这种查询需要通过数据之间的复杂联系才能实现。为此，数据库系统提供了两种与数据间联系相关的机制。一是数据间联系的定义机制，供用户定义数据之间的联系。二是通过数据间联系查询数据的机制，供用户通过数据间联系来查询数据库中的数据。

  9．完整性约束。
  数据库应用对数据的语义一般都具有一定的限制，我们称这种限制为完整性约束。数据项的数据类型是一种最简单的完整性约束。另一种简单的完整性约束是对数据项值域的约束。此外，还有很多复杂的完整性约束，如包含性约束和惟一性约束。
  数据库的完整性约束是在数据库设计阶段，由数据库设计者根据实际应用领域的数据语义推导出来的。数据库系统提供了两种机制来支持完整性约束。第一种机制是完整性定义机制；第二种机制是完整性约束验证机制。我们可以通过完整性约束定义机制把数据库的完整性约束定义到数据库系统中。当用户执行一个数据更新操作时，完整性约束验证机制验证这个更新操作是否能够保持完整性约束成立，如果不能，则拒绝该操作。

  10.数据恢复。
  数据库系统具有一个系统恢复子系统。这个系统在系统的硬件或软件发生故障时，能够保证数据库的正确性。系统恢复子系统的关键足在系统的硬件或软件故障修复后，能够把数据库恢复到正确的状态。系统恢复子系统可以采取两种方法保证系统故障恢复后，数据库能够恢复到正确状态。一种方法是把数据库恢复到更新操作执行前的状态。另一种方法是使更新操作从故障发生时的断点继续执行，保证该操作的更新结果全部写入数据库。