1.3 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)

信息化處理是計算機(jī)應(yīng)用的最大領(lǐng)域。任何計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)都離不開數(shù)據(jù)處理。計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理大都需要借助數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)管理。因此，借助數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息化處理的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)被稱為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。

掃碼預(yù)習(xí)

1.3.1 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的類型

在當(dāng)今信息化時代中，各個行業(yè)都采用了數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)信息化處理。例如，在企業(yè)機(jī)構(gòu)中，從實(shí)現(xiàn)技術(shù)角度而言，無論是面向內(nèi)部業(yè)務(wù)管理的ERP信息系統(tǒng)，還是面向外部客戶服務(wù)的 CRM 系統(tǒng)，都是以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的信息系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)主要有如下幾種類型。

1.業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)

業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)（Transaction Process System,TPS）是運(yùn)用數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序?qū)C(jī)構(gòu)日常業(yè)務(wù)活動（如訂購、銷售、支付、出貨、核算等）信息進(jìn)行記錄、計算、檢索、匯總、統(tǒng)計等數(shù)據(jù)處理，為機(jī)構(gòu)操作層面提供業(yè)務(wù)信息化處理服務(wù)，提高業(yè)務(wù)處理效率的信息系統(tǒng)。典型的業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)如銀行柜臺系統(tǒng)、股票交易系統(tǒng)、商場POS系統(tǒng)等。

業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)庫來組織、存儲和管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，具體處理又分為聯(lián)機(jī)業(yè)務(wù)處理和業(yè)務(wù)延遲批處理。在聯(lián)機(jī)業(yè)務(wù)處理中，業(yè)務(wù)處理需在線執(zhí)行，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可以在系統(tǒng)中立即獲得，即以實(shí)時的方式進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，如銀行 ATM 系統(tǒng)。在業(yè)務(wù)延遲批處理中，一批業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)被存儲一段時間，然后再被集中處理，如銀行賬目交換批處理業(yè)務(wù)，通常是在夜間以批處理方式進(jìn)行處理的。

2.管理信息系統(tǒng)

管理信息系統(tǒng)（Manage Information System,MIS）是一種以機(jī)構(gòu)職能管理為目標(biāo)，利用計算機(jī)軟硬件、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)庫等IT技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)職能整體信息化管理，以達(dá)到規(guī)范化管理和提高機(jī)構(gòu)工作效率，并支持機(jī)構(gòu)職能服務(wù)的信息系統(tǒng)。典型的管理信息系統(tǒng)如人力資源管理系統(tǒng)、企業(yè)客戶關(guān)系管理系統(tǒng)、企業(yè)財務(wù)管理系統(tǒng)等。

機(jī)構(gòu)的管理信息系統(tǒng)通常采用統(tǒng)一規(guī)劃的數(shù)據(jù)庫來組織、存儲和管理機(jī)構(gòu)各個部門數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)部門之間信息的共享和交換，并實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的人員管理、物資管理、資金管理、生產(chǎn)管理、計劃管理、銷售管理等部門協(xié)同。

3.決策支持系統(tǒng)

決策支持系統(tǒng)（Decision Support System,DSS）是以管理科學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、控制論和行為科學(xué)為基礎(chǔ)，以計算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、人工智能技術(shù)為手段，解決特定領(lǐng)域的決策管理問題，為管理者提供輔助決策服務(wù)與方案的信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠為管理者提供所需的數(shù)據(jù)分析、預(yù)測信息和決策方案，幫助管理者明確決策目標(biāo)和進(jìn)行問題的識別，建立預(yù)測或決策模型，提供多種決策方案，并且對各種方案進(jìn)行評價和優(yōu)選，通過人機(jī)交互功能進(jìn)行分析、比較和判斷，為正確的決策提供必要的支持，從而達(dá)到支持決策的目的。

1.3.2 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在不同應(yīng)用需求場景中，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是不同的。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可分為單用戶結(jié)構(gòu)、集中式結(jié)構(gòu)、客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)。

1.單用戶結(jié)構(gòu)

在一些簡單的業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)的對象為單個用戶，應(yīng)用系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)庫都安裝在一個計算機(jī)中運(yùn)行，其結(jié)構(gòu)如圖1-8所示。

單用戶結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：在單用戶結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的各個部件都部署在一臺計算機(jī)上，一個用戶進(jìn)行應(yīng)用功能操作，并獲得數(shù)據(jù)處理服務(wù)。

單用戶結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，易于維護(hù)，但是只適用于單用戶使用，不能實(shí)現(xiàn)用戶之間數(shù)據(jù)的共享和交換。

2.集中式結(jié)構(gòu)

在一些多終端業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)中，應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫及其DBMS安裝在同一服務(wù)器上運(yùn)行，而用戶則使用自己的客戶端計算機(jī)或智能手機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接訪問服務(wù)器系統(tǒng)。業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)的所有處理操作都是在服務(wù)器集中處理，其結(jié)構(gòu)如圖1-9所示。

集中式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中、處理集中。支持多個用戶并發(fā)訪問服務(wù)器系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶之間數(shù)據(jù)的共享。

集中式結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：可利用服務(wù)器實(shí)現(xiàn)集中計算、結(jié)構(gòu)簡單、易于維護(hù)，但是當(dāng)終端用戶增加到一定數(shù)量后，服務(wù)器響應(yīng)客戶機(jī)的請求訪問將會成為瓶頸，系統(tǒng)處理性能大大降低。

3.客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)

在一些多終端業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)中，應(yīng)用系統(tǒng)的處理邏輯分布在客戶機(jī)和服務(wù)器中，各個計算機(jī)分擔(dān)處理系統(tǒng)邏輯，如服務(wù)器運(yùn)行數(shù)據(jù)庫及其DBMS，客戶機(jī)運(yùn)行處理應(yīng)用邏輯程序。在這類數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)中，專門用于運(yùn)行 DBMS 軟件及數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器被稱為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；運(yùn)行計算機(jī)應(yīng)用程序的計算機(jī)被稱為客戶機(jī)。客戶端應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)訪問請求傳送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器接收請求，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)操作處理，并將數(shù)據(jù)操作結(jié)果返回給客戶端應(yīng)用程序。其結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。

客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中管理、應(yīng)用分布處理。客戶端應(yīng)用程序通過網(wǎng)絡(luò)并發(fā)訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫。

客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：客戶/服務(wù)器模式的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)通過各個計算機(jī)分擔(dān)處理任務(wù)，可提高整個系統(tǒng)的處理能力，但當(dāng)客戶機(jī)結(jié)點(diǎn)很多時，其網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器都可能成為系統(tǒng)性能瓶頸。

4.分布式結(jié)構(gòu)

在大規(guī)模、跨地區(qū)的機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)中，集中式數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)或客戶/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)均難以滿足業(yè)務(wù)處理要求，其系統(tǒng)必須采用分布式結(jié)構(gòu)。在分布式結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由分布于多個服務(wù)器運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫結(jié)點(diǎn)組成。分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供有效的一致性存取手段來操縱這些結(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)庫，使這些分布的數(shù)據(jù)庫在邏輯上可視為一個完整的數(shù)據(jù)庫，而物理上它們是地理分散在各個服務(wù)器結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫。其結(jié)構(gòu)如圖1-11所示。

分布式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：分布式結(jié)構(gòu)既實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分布，又實(shí)現(xiàn)處理分布。在分布式結(jié)構(gòu)中，各服務(wù)器結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫在邏輯上是一個整體，但物理分布在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同服務(wù)器結(jié)點(diǎn)上運(yùn)行。每個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可通過網(wǎng)絡(luò)既支持多個本地客戶機(jī)訪問，也支持遠(yuǎn)程客戶機(jī)訪問。網(wǎng)絡(luò)中的每一個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器都可以獨(dú)立地存取與處理數(shù)據(jù)，并執(zhí)行全局應(yīng)用。

分布式結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：適應(yīng)跨地區(qū)的大型機(jī)構(gòu)及企業(yè)等組織對數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的需求，其處理性能強(qiáng)，但數(shù)據(jù)庫的分布處理與維護(hù)有一定的開銷與技術(shù)難度。

1.3.3 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的生命周期

數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)作為一種典型的信息系統(tǒng)，按照軟件工程思想，其生命周期可分為系統(tǒng)需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)測試、系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)等階段。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)各個生命周期階段的工作如下。

1.系統(tǒng)需求分析

在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)需求分析階段，系統(tǒng)分析人員與用戶交流，按照需求工程方法獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求信息。

（1）需求信息收集

需求信息的收集一般以機(jī)構(gòu)職能和業(yè)務(wù)流程為主干線，從高層至低層逐步展開，從業(yè)務(wù)功能需求和用戶特性要求中收集系統(tǒng)數(shù)據(jù)的需求信息。

（2）需求信息分析

對收集到的信息要做分析整理工作。采用面向?qū)ο蠓治龇椒ɑ蚪Y(jié)構(gòu)化分析方法建模，描述業(yè)務(wù)流程及業(yè)務(wù)中數(shù)據(jù)聯(lián)系的形式，并進(jìn)一步定義系統(tǒng)功能需求與數(shù)據(jù)需求。

（3）系統(tǒng)需求規(guī)格說明

本階段的主要工作成果是完成系統(tǒng)需求分析報告文檔。它作為系統(tǒng)開發(fā)的重要技術(shù)文檔支持系統(tǒng)后續(xù)開發(fā)。針對數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)，需求分析報告除了給出系統(tǒng)功能需求、性能需求、安全需求外，還應(yīng)反映出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求，并且定義詳盡數(shù)據(jù)字典。

2.系統(tǒng)設(shè)計

在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計階段，系統(tǒng)設(shè)計人員依據(jù)系統(tǒng)需求文檔，開展系統(tǒng)總體設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計。其設(shè)計內(nèi)容主要包括系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、軟件功能結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能模塊邏輯設(shè)計、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計、系統(tǒng)接口設(shè)計等。

其中，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計又分為概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型、物理數(shù)據(jù)模型設(shè)計。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，通常會采用一些專業(yè)的數(shù)據(jù)庫建模工具來完成數(shù)據(jù)庫的各類模型設(shè)計。

概念數(shù)據(jù)模型是一種面向用戶現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)模型，主要用來描述現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)概念化結(jié)構(gòu)，它使數(shù)據(jù)庫的設(shè)計人員在設(shè)計的初始階段，擺脫計算機(jī)系統(tǒng)及DBMS的具體技術(shù)問題，集中精力建模，描述數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。概念數(shù)據(jù)模型必須換成邏輯數(shù)據(jù)模型，才能在DBMS中實(shí)現(xiàn)。

邏輯數(shù)據(jù)模型的主要目標(biāo)是把概念模型轉(zhuǎn)換為特定DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，如關(guān)系數(shù)據(jù)模型或?qū)ο髷?shù)據(jù)模型。邏輯數(shù)據(jù)模型設(shè)計的輸入要素包括概念模式、數(shù)據(jù)實(shí)體、約束條件、數(shù)據(jù)模型類型等。邏輯數(shù)據(jù)模型設(shè)計的輸出信息包括：DBMS可處理的模式和子模式，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)等。同樣，邏輯數(shù)據(jù)模型仍需進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為物理數(shù)據(jù)模型，才能在具體DBMS中實(shí)現(xiàn)。

物理數(shù)據(jù)模型設(shè)計是對給定的邏輯數(shù)據(jù)模型配置一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)。物理數(shù)據(jù)模型設(shè)計的輸入要素包括：模式和子模式，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)，硬件特性，操作系統(tǒng)和DBMS的約束，運(yùn)行要求等。物理數(shù)據(jù)模型設(shè)計的輸出信息主要是物理數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、存儲記錄格式、存儲空間位置分配及訪問方法等。

3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)階段，按照系統(tǒng)設(shè)計方案進(jìn)行數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)編程實(shí)現(xiàn)，分別進(jìn)行軟件程序編寫、DBMS安裝部署、數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建和數(shù)據(jù)對象實(shí)現(xiàn)等方面的工作。其中數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)工作如下。

（1）創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫對象

根據(jù)物理數(shù)據(jù)模型設(shè)計結(jié)果，用DBMS提供的數(shù)據(jù)語言（DDL）編寫出數(shù)據(jù)庫的源模式，經(jīng)編譯得到目標(biāo)模式，執(zhí)行目標(biāo)模式即可建立實(shí)際的數(shù)據(jù)庫對象。

（2）載入測試數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)庫對象建立后，裝入測試數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)庫可進(jìn)入系統(tǒng)測試階段。在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)入測試運(yùn)行之前，還要做好以下幾項工作：制訂數(shù)據(jù)庫重新組織的可行方案；制定系統(tǒng)故障恢復(fù)規(guī)范；制定系統(tǒng)安全處理規(guī)范。

4.系統(tǒng)測試

在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)測試階段，按照系統(tǒng)需求規(guī)格要求，設(shè)計測試用例。使用測試用例對系統(tǒng)進(jìn)行功能測試、性能測試、集成測試等操作，找出系統(tǒng)的缺陷。針對系統(tǒng)測試中發(fā)現(xiàn)的問題，通過調(diào)試手段找出錯誤原因和位置，然后進(jìn)行改正，以解決系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)的缺陷。

針對數(shù)據(jù)庫測試，則是依據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計規(guī)范對軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)表及其之間的數(shù)據(jù)約束關(guān)系進(jìn)行測試。同時，也完成數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)增加、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)刪除、數(shù)據(jù)查詢測試，數(shù)據(jù)庫表多用戶并發(fā)訪問測試，數(shù)據(jù)庫觸發(fā)器測試，數(shù)據(jù)庫存儲過程測試，以保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)完整性與一致性。

5.系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)

當(dāng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)通過測試后，便可投入業(yè)務(wù)運(yùn)行。在系統(tǒng)投入運(yùn)行過程中，可能存在用戶操作異常、系統(tǒng)故障等問題；也可能因業(yè)務(wù)增長、業(yè)務(wù)流程變化等，原有系統(tǒng)不再適應(yīng)用戶要求。在這些情況下，都必須對系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)，其主要工作如下。

（1）維護(hù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安全性與完整性

按照制定的安全規(guī)范和故障恢復(fù)規(guī)范，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)安全問題時，及時調(diào)整授權(quán)和更改密碼。及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行時出現(xiàn)的錯誤，迅速進(jìn)行修復(fù)，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。定期進(jìn)行數(shù)據(jù)庫備份處理，一旦發(fā)生故障，立即使用數(shù)據(jù)庫的備份數(shù)據(jù)予以恢復(fù)。

（2）監(jiān)控與優(yōu)化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行性能

使用DBMS提供的性能監(jiān)測與分析工具，實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的性能狀況。當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲空間或響應(yīng)時間等性能下降時，分析其原因，并及時采取措施進(jìn)行系統(tǒng)性能優(yōu)化。例如，采用調(diào)整系統(tǒng)配置參數(shù)、整理磁盤碎片、調(diào)整存儲結(jié)構(gòu)或重建數(shù)據(jù)庫索引等方法，使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)保持高效率的正常運(yùn)作。

（3）擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)處理能力

當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量增長到一定程度后，原有系統(tǒng)的處理能力就難以保證業(yè)務(wù)要求。因此，適時地對原有系統(tǒng)的計算能力、存儲容量、網(wǎng)絡(luò)帶寬進(jìn)行擴(kuò)充是十分必要的。

課堂討論——本節(jié)重點(diǎn)與難點(diǎn)知識問題

1.什么是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)？數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)主要有哪幾種類型？

2.數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)有哪些結(jié)構(gòu)模式？各有什么適合的應(yīng)用場景？

3.數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的生命周期有哪幾個階段？每個階段主要有什么活動？

4.數(shù)據(jù)庫表對象創(chuàng)建是在哪個階段的工作內(nèi)容？

5.在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中，為什么要進(jìn)行系統(tǒng)測試？

6.在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)投入運(yùn)行后，為什么還需要DBA人員維護(hù)數(shù)據(jù)庫？