3.3 SQL Server 2016體系結(jié)構(gòu)和文件

對于通常的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和模式結(jié)構(gòu)在第1章中已介紹過，在此主要概述數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SQL Server 2016的體系結(jié)構(gòu)、模式結(jié)構(gòu)、組成結(jié)構(gòu)和文件種類及特點(diǎn)等。

3.3.1 SQL Server 2016的體系結(jié)構(gòu)

1．客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)

SQL Server 2016的客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）體系結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在：由客戶機(jī)負(fù)責(zé)與用戶的交互和數(shù)據(jù)顯示，服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存取、調(diào)用和管理，客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)出各種操作請求（語句命令或界面菜單操作指令），服務(wù)器驗(yàn)證權(quán)限后根據(jù)用戶請求處理數(shù)據(jù)，并將結(jié)果返回客戶機(jī)，如圖3-1所示。

2．?dāng)?shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu)

SQL Server 2016支持?jǐn)?shù)據(jù)庫共有的三級模式結(jié)構(gòu)，其中外模式對應(yīng)視圖，模式對應(yīng)基本表，內(nèi)模式對應(yīng)存儲文件，如圖3-2所示。

（1）基本表

基本表（Base Table）也稱基表，是實(shí)際存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表，是獨(dú)立存在的，并非由其他表導(dǎo)出的表。一個基本表對應(yīng)一個實(shí)際存在的關(guān)系。關(guān)系模型中的數(shù)據(jù)（記錄）為基本表的行，屬性為列。

（2）視圖

視圖（View）是查看數(shù)據(jù)的一種方式，是從表或其他視圖導(dǎo)出的數(shù)據(jù)并按需要做成的虛表（如網(wǎng)頁中的圖書，只是其局部信息）。視圖只在剛剛打開的一瞬間，通過定義從對應(yīng)的基本表中搜集并調(diào)用數(shù)據(jù)，展現(xiàn)給用戶的是數(shù)據(jù)庫外模式（可見的部分?jǐn)?shù)據(jù)形式）。用戶可以通過視圖（如網(wǎng)頁）調(diào)用數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)基本表的數(shù)據(jù)。視圖以一種邏輯定義形式保存在數(shù)據(jù)字典中。當(dāng)基本表中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，從視圖中查詢的數(shù)據(jù)也將相應(yīng)地發(fā)生改變。在第5章中將對視圖進(jìn)行具體介紹。

視圖和基本表的主要區(qū)別如下。

1）視圖是已經(jīng)編譯好的SQL語句，而基本表不是。

2）視圖沒有實(shí)際的物理記錄，而基本表有具體數(shù)據(jù)（記錄）。

3）基本表是具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及內(nèi)容，視圖是可見的窗口。

4）基本表占用物理（存儲）空間而視圖不占用，視圖只以邏輯概念（定義）存在；基本表可以及時進(jìn)行修改，視圖只能用創(chuàng)建的語句修改。

5）基本表是內(nèi)模式（存儲在計(jì)算機(jī)中），視圖是外模式。

6）視圖是查看數(shù)據(jù)表的一種方法，可以查詢數(shù)據(jù)表中某些字段構(gòu)成的數(shù)據(jù)，只是一些SQL語句的集合。從安全的角度來說，視圖可以避免用戶接觸數(shù)據(jù)表，從而不知道表結(jié)構(gòu)。

7）基本表屬于全局模式中的表（結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)），是實(shí)表；視圖屬于局部模式的表（部分?jǐn)?shù)據(jù)），是虛表。

8）視圖的建立和刪除只影響視圖本身，不影響對應(yīng)的基本表。

（3）存儲文件

存儲文件是數(shù)據(jù)庫內(nèi)模式（內(nèi)部存儲方式及邏輯結(jié)構(gòu)）的基本單位，其邏輯結(jié)構(gòu)構(gòu)成了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的內(nèi)模式。物理結(jié)構(gòu)（如存取路徑及索引）可由需要而定。存儲文件的存儲結(jié)構(gòu)對用戶很明確，各存儲文件與外存設(shè)備上的物理文件對應(yīng)。基本表和存儲文件的關(guān)系如下。

1）每個基本表可以對應(yīng)一個或幾個存儲文件（如索引文件）。

2）每個存儲文件可以存放一個或幾個基本表。

3）每個基本表可以有多個索引，索引存放在存儲文件中。

（4）SQL用戶

SQL用戶主要是指利用終端對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及應(yīng)用程序進(jìn)行操作的操作者，包括終端用戶、數(shù)據(jù)庫管理員和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序員。通常，各種用戶可以利用SQL依其具體使用權(quán)限，通過網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的界面對視圖和基本表進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的操作如網(wǎng)上購物、網(wǎng)銀操作等。

3．SQL Server 2016的組成結(jié)構(gòu)

（1）SQL Server總體結(jié)構(gòu)和組件

SQL Server 2016的組件主要包括：數(shù)據(jù)庫引擎（Database Engine）、分析服務(wù)（Analysis Services）、集成服務(wù)（Integration Services）、報表服務(wù)（Reporting Services），以及主數(shù)據(jù)服務(wù)（Master Data Services）組件等。SQL Server 2016各組件的組成結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。

用于操作、管理和控制的數(shù)據(jù)庫引擎是整個系統(tǒng)的主要核心，其他所有組件都與其有著密不可分的聯(lián)系。SQL Server數(shù)據(jù)庫引擎有四大組件：協(xié)議（Protocol）、查詢引擎（Query Compilation and Execution Engine）、存儲引擎（Storage Engine）和SQLOS（User Mode Operating System）。各客戶端提交的操作指令都與這4個組件交互。SQL Server 2016主要組件間的關(guān)系如圖3-4所示。

在SQL Server 2016中，常用的五大服務(wù)器組件及其對應(yīng)的主要功能如表3-3所示。

SQL Server 2016的服務(wù)器組件及功能主要如下。

1）數(shù)據(jù)庫引擎（Database Engine，DE）。是系統(tǒng)的最核心的組件，主要用于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲、處理、查詢和安全管理等操作。包括創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫和表、執(zhí)行各種數(shù)據(jù)查詢，以及訪問數(shù)據(jù)庫等，常用于調(diào)用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及有關(guān)操作。

2）分析服務(wù)（Analysis Services，AS）。具有提供商務(wù)智能解決方案，以及多維分析（也稱為聯(lián)機(jī)分析處理OLAP）和數(shù)據(jù)挖掘功能，支持用戶建立數(shù)據(jù)倉庫和商業(yè)智能分析。由數(shù)據(jù)庫引擎負(fù)責(zé)多維分析，利用AS服務(wù)，設(shè)計(jì)、創(chuàng)建和管理包含其他數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的多維結(jié)構(gòu)，通過對多維數(shù)據(jù)多角度分析，可支持對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的更全面的理解。還可完成數(shù)據(jù)挖掘模型的構(gòu)造和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)知識發(fā)現(xiàn)、表示、管理和共享。

3）報表服務(wù)（Reporting Services，RS）。利用提供基于服務(wù)器的報表平臺，為各種數(shù)據(jù)源提供支持Web的企業(yè)級的報表功能。用戶可方便地定義和發(fā)布滿足需求的報表，可輕松實(shí)現(xiàn)報表的布局格式及數(shù)據(jù)源，可極大地方便用戶高效規(guī)范的管理需求。例如，在航空公司的機(jī)票銷售信息系統(tǒng)中，用SQL Server提供的RS服務(wù)可方便地生成Word、PDF、Excel和XML等格式的報表。

4）集成服務(wù)（Integration Services，IS）。是用于生成企業(yè)級數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換解決方案的平臺，是從原來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)派生并重新以.NET改寫而成的。可實(shí)現(xiàn)有關(guān)數(shù)據(jù)的提取、轉(zhuǎn)換和加載等。例如，對于分析服務(wù)，數(shù)據(jù)庫引擎是一個重要的數(shù)據(jù)源，將其中的數(shù)據(jù)適當(dāng)處理加載到分析服務(wù)中可進(jìn)行各種分析處理。IS服務(wù)可高效地處理各種類型的數(shù)據(jù)源，包括處理Oracle、Excel、XML文檔和文本文件等數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)。

5）主數(shù)據(jù)服務(wù)（Master Data Services，MDS）。針對主數(shù)據(jù)管理解決方案，可配置其管理任何領(lǐng)域（產(chǎn)品、客戶和賬戶），可包括層次結(jié)構(gòu)、各種級別的安全性、事務(wù)、數(shù)據(jù)版本控制和業(yè)務(wù)規(guī)則，也可用于管理數(shù)據(jù)的處理Excel的外接程序。包括復(fù)制服務(wù)、服務(wù)代理、通知服務(wù)和全文檢索服務(wù)等功能組件，共同構(gòu)成完整的服務(wù)架構(gòu)。

（2）SQL Server 2016主要管理工具

在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常使用SQL Server 2016的管理工具，其主要管理工具如表3-4所示。

4．?dāng)?shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)及文件種類

（1）數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)包括兩種：數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。

1）數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)。表示數(shù)據(jù)庫中各數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系，數(shù)據(jù)庫由多個用戶界面可視對象構(gòu)成，主要包括數(shù)據(jù)庫對象，如數(shù)據(jù)表、視圖、約束、規(guī)則、默認(rèn)和索引等。

2）數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的存儲方式和方法（存儲如路徑及索引方式），主要描述數(shù)據(jù)存儲的實(shí)際位置，對應(yīng)一系列的物理文件，一個數(shù)據(jù)庫由一個或多個文件組成。

（2）數(shù)據(jù)庫文件

常用的數(shù)據(jù)庫文件主要有3種，包括主數(shù)據(jù)文件、次要數(shù)據(jù)文件和事務(wù)日志文件。

1）主數(shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)庫的起點(diǎn)，指向數(shù)據(jù)庫中文件的其他部分，記錄數(shù)據(jù)庫所擁有的文件指針。每個數(shù)據(jù)庫有且只有一個主數(shù)據(jù)文件，默認(rèn)擴(kuò)展名為mdf。

2）次要數(shù)據(jù)文件。也稱為輔助數(shù)據(jù)文件，包含除主要數(shù)據(jù)文件外的所有數(shù)據(jù)文件。有些數(shù)據(jù)庫可能無次要數(shù)據(jù)文件，而有些數(shù)據(jù)庫可能有多個，不是數(shù)據(jù)庫所必需的文件，默認(rèn)擴(kuò)展名是ndf。

3）事務(wù)日志文件。簡稱日志文件，是包含用于恢復(fù)數(shù)據(jù)庫所需的所有操作日志信息的文件。每個數(shù)據(jù)庫必須至少有一個日志文件，默認(rèn)擴(kuò)展名是ldf。

建議使用這些擴(kuò)展名，這樣有助于標(biāo)識文件的用途，但SQL Serve不強(qiáng)制使用mdf、ndf和ldf文件擴(kuò)展名。一個數(shù)據(jù)庫文件組織的案例如圖3-5所示。

（3）數(shù)據(jù)庫文件組

為了便于管理和分配數(shù)據(jù)，SQL Server將多個數(shù)據(jù)庫文件組成一個組。數(shù)據(jù)庫文件組是數(shù)據(jù)文件的邏輯組合，主要包括以下3類。

1）主文件組。包含主數(shù)據(jù)文件和未指明組的其他文件。如在創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫時，未指定其他數(shù)據(jù)文件所屬的文件組。數(shù)據(jù)庫的所有系統(tǒng)表都被分配到（包含在）主文件組中。當(dāng)主文件組的存儲空間用完之后，將無法向系統(tǒng)表中添加新的目錄信息，一個數(shù)據(jù)庫有一個主文件組。

2）次文件組：也稱用戶自定義文件組，是由用戶首次創(chuàng)建或修改數(shù)據(jù)庫時自定義的，其目的在于數(shù)據(jù)分配，以提高數(shù)據(jù)表的讀寫效率。

3）默認(rèn)文件組。各數(shù)據(jù)庫都有一個被指定的默認(rèn)文件組。若在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建對象時沒有指定其所屬的文件組，則將被分配給默認(rèn)文件組。

數(shù)據(jù)庫文件和文件組遵循的規(guī)則為：一個文件或文件組只能被一個數(shù)據(jù)庫使用；一個文件只能屬于一個文件組；日志文件不能屬于文件組。

注意：為了提高使用效率，使用數(shù)據(jù)文件和文件組時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

1）在創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫時，需要考慮數(shù)據(jù)文件可能會出現(xiàn)自動增長的情況，應(yīng)當(dāng)設(shè)置上限，以免占滿磁盤。

2）主文件組可以容納各系統(tǒng)表。當(dāng)容量不足時，以后更新的數(shù)據(jù)可能無法添加到系統(tǒng)表中，數(shù)據(jù)庫也可能無法進(jìn)行追加或修改等操作。

3）建議將頻繁查詢或頻繁修改的文件分放在不同的文件組中。

4）將索引、大型的文本文件和圖像文件放到專門的文件組中。

3.3.2 數(shù)據(jù)庫的種類及文件

1．SQL Server數(shù)據(jù)庫的種類和特點(diǎn)

數(shù)據(jù)庫對象是指數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在邏輯上被組成一系列對象（數(shù)據(jù)庫的組成部分），當(dāng)一個用戶連接到數(shù)據(jù)庫后，所看到的是邏輯對象，而不是物理的數(shù)據(jù)庫文件。如在“對象資源管理器”中可以查看的（數(shù)據(jù)）表、索引和視圖等。數(shù)據(jù)庫對象的類型如圖3-6所示。

數(shù)據(jù)庫是存放各種對象（表、視圖、約束、規(guī)則和索引等）的邏輯實(shí)體。邏輯上表現(xiàn)（界面中看到的）為數(shù)據(jù)庫對象，物理上表現(xiàn)為數(shù)據(jù)庫文件（主數(shù)據(jù)文件、次要數(shù)據(jù)文件或事務(wù)日志文件）。

SQL Server數(shù)據(jù)庫的種類分為3種：系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、用戶數(shù)據(jù)庫和示例數(shù)據(jù)庫。

（1）系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是存儲SQL Server系統(tǒng)的系統(tǒng)級信息數(shù)據(jù)庫，如系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)庫的屬性、登錄賬戶、數(shù)據(jù)庫文件、數(shù)據(jù)庫備份、警報和作業(yè)等信息。SQL Server 2016在安裝時創(chuàng)建了5種系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫：Master數(shù)據(jù)庫、MSDB數(shù)據(jù)庫、Model數(shù)據(jù)庫、Resource數(shù)據(jù)庫和TempDB數(shù)據(jù)庫，具體如表3-5所示。

1）Master數(shù)據(jù)庫。為SQL Server系統(tǒng)最重要的數(shù)據(jù)庫，主要存儲所有的系統(tǒng)信息。包括登錄信息、系統(tǒng)配置信息、SQL Server的初始化信息、其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及用戶數(shù)據(jù)庫的相關(guān)信息。含有數(shù)據(jù)庫所用的磁盤空間、文件分配、空間使用率、系統(tǒng)級的配置設(shè)置、登錄賬戶密碼和存儲位置等。需要定期備份，不可人為修改。

2）Model數(shù)據(jù)庫。是建立和存儲新數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的模板，對其修改可用于以后創(chuàng)建相同或相似結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的新數(shù)據(jù)庫，還可對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行局部更新或修改。如數(shù)據(jù)庫大小、排序規(guī)則、恢復(fù)模式和其他選項(xiàng)等。新建數(shù)據(jù)庫時，可利用模板構(gòu)成新數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，將后面初始化為空，以備存放數(shù)據(jù)，同時將系統(tǒng)表復(fù)制到新建數(shù)據(jù)庫。禁止刪除此模板數(shù)據(jù)庫，以免SQL Server無法使用。

3）MSDB數(shù)據(jù)庫。代理服務(wù)數(shù)據(jù)庫，是SQL Server Agent服務(wù)所使用的數(shù)據(jù)庫，用于提供任務(wù)調(diào)度、管理報警和記錄操作員的操作等存儲空間。主要執(zhí)行一些事先安排好的任務(wù)，常用于復(fù)制、作業(yè)調(diào)度和管理報警等。若不用，可忽略此數(shù)據(jù)庫。

4）Resource數(shù)據(jù)庫。只讀數(shù)據(jù)庫，用于保存數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對象，如表、視圖等。支持升級到新版本所需的系統(tǒng)對象。包含SQL Server 2016系統(tǒng)對象，在物理上保存在Resource數(shù)據(jù)庫中，而在邏輯上出現(xiàn)在各數(shù)據(jù)庫的SYS架構(gòu)中。

5）TempDB數(shù)據(jù)庫。臨時數(shù)據(jù)庫，用于為所有的臨時表、臨時存儲過程及其他臨時操作提供存儲空間，每當(dāng)SQL Server重新啟動后刷新。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫對象、數(shù)據(jù)表和記錄的位置如圖3-7所示。

（2）用戶數(shù)據(jù)庫

用戶數(shù)據(jù)庫是指由用戶建立并使用的數(shù)據(jù)庫，用于存儲用戶使用的數(shù)據(jù)信息。

用戶數(shù)據(jù)庫由用戶建立，且由永久存儲表和索引等數(shù)據(jù)庫對象的磁盤空間構(gòu)成，空間被分配在操作系統(tǒng)文件上。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與用戶數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。用戶數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫一樣，也被劃分成許多邏輯頁，通過指定數(shù)據(jù)庫ID、文件ID和頁號，可引用任何一頁。當(dāng)擴(kuò)大文件時，新空間被追加到文件末尾。

（3）示例數(shù)據(jù)庫

示例數(shù)據(jù)庫是一種實(shí)用的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫的范例，安裝SQL Server 2016時，在默認(rèn)情況下不能自動安裝，需要單獨(dú)安裝和設(shè)置。

2．?dāng)?shù)據(jù)庫邏輯組件

數(shù)據(jù)庫（空間）的存儲（安排），實(shí)際上是按物理方式在磁盤上以多個文件方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。用戶使用數(shù)據(jù)庫時調(diào)用的主要是邏輯組件，如圖3-9所示。

通常，每個SQL Server實(shí)例包括4個系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫（Master、Model、Tempdb和MSDB），以及用戶數(shù)據(jù)庫。

討論思考：

1）請解釋SQL Server 2016的體系結(jié)構(gòu)。

2）數(shù)據(jù)庫文件的種類具體有哪些？

3）SQL Server數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫有哪幾種？