chuong 1 kiến trúc dbms

MỤC TIÊU l Trình bày cái nhìn bao quát về CSDLDatabase, hệ quản trị CSDL DBMS cũng như về hệ CSDL Database System.l Các yêu cầu khi xây dựng một DBMS.l Một số thành phần chính của DBMS:

MỤC TIÊU

l Trình bày cái nhìn bao quát về CSDL(Database),

hệ quản trị CSDL (DBMS) cũng như về hệ CSDL (Database System).

l Các yêu cầu khi xây dựng một DBMS.

l Một số thành phần chính của DBMS: giao tác

(transaction), concurrent control, khôi phục sự

cố, xử lý câu truy vấn, …

l Hiểu cấu trúc tổng thể của một DBMS.

l Hiểu vai trò của người sử dụng hệ thống.

2

l Triển khai ứng dụng nhanh

l Khả năng đáp ứng nhanh chóng, kịp thời (vì chỉ phục vụ cho mục đích hạn hẹp)

l Nhược điểm:

l Dữ liệu bị trùng lắp và dư thừa

l Thiếu tính nhất quán giữa các dữ liệu

Instructor data file Course data file

Course data file Semeter data file

Course data file

Student data file

Instructor data file

Semeter data file

Người sử dụng/Lập trình viên Chương trình ứng dụng/Truy vấn

Hệ CSDL

Catalog

Cơ sở dữ liệu (Database)

Định nghĩa: Cơ sở dữ liệu là một tập các dữ

liệu có liên quan với nhau được tổ chức và lưu

trữ theo một định dạng nào đó nhằm làm giảm

thiểu sự dư thừa dữ liệu và có thể phục vụ cho

nhiều user đồng thời.

Cơ sở dữ liệu (tt)

vƯu điểm:

Ø Giảm trùng lắp thông tin xuống mức thấp nhất và

do đó đảm bảo tính nhất quán và toàn vẹn dữ liệu.

Ø Đảm bảo dữ liệu được truy xuất theo nhiều cách khác nhau.

Ø Khả năng chia sẻ thông tin cho nhiều người, nhiều ứng dụng khác nhau.

Ø Một mô tả hình thức về thông tin và hoạt động

o Tên, địa chỉ, số điện thoại của khách hàng

o Báo cáo doanh thu

o Đăng ký học phần

Thông tin

Dữ liệu

Chọn lọc

Cơ sở dữ liệu (tt)

l Cơ sở dữ liệu (Database)

l Một tập hợp có cấu trúc của những dữ liệu có liên quan với nhau được lưu trữ trong máy tính

l Danh sách sinh viên

l Niên giám điện thoại

DEAN TENDA MADA DDIEM_DA PHONG

San pham X 1 VUNG TAU 5 San pham Y 2 NHA TRANG 5 San pham Z 3 TP HCM 5 Tin hoc hoa 10 HA NOI 4

NHANVIEN HONV TENLOT TENNV MANV NGSINH MA_NQL PHG

Tran Hong Quang 123456789 03/09/1969 987654321 4 Nguyen Thanh Tung 333445555 12/08/1955 888665555 5 Nguyen Manh Hung 666884444 09/15/1962 333445555 5 Tran Thanh Tam 453453453 07/31/1972 333445555 5

HỆ QUẢN TRỊ CSDL (DBMS - DataBase

Management System)

l Là một phần mềm hệ thống cho phép định nghĩa, xây dựng, xử lý và bảo trì dữ liệu.

ØĐịnh nghĩa : khai báo bộ khung dữ liệu cùng với các

mô tả chi tiết về dữ liệu thông qua DDL

ØXây dựng: lưu trữ dữ liệu lên bộ nhớ phụ

ØXử lý : truy vấn, cập nhật và phát sinh báo cáo thông qua DML.

ØBảo trì: cho phép bảo trì dữ liệu ở trạng thái nhất quán trước khi hư hỏng phần cứng hoặc phần mềm.

l Phần mềm cung cấp các công cụ để xây dựng và quản lý CSDL.

Góc nhìn dữ liệu (Data View)

l Mức khung nhìn (View Level)

l Mức luận lý (Logical level)

l Mức vật lý (Physical Level)

Physical Level Logical Level

View 1 View 2 … View n

View Level

Các đặc trưng của dữ liệu

l Có tính ít dư thừa dữ liệu

l Chia sẻ cho nhiều người sử dụng

quyền, sao lưu, phục hồi dữ liệu, giải quyết các tranh chấp dữ liệu, …

Người dùng cuối

l Người ít sử dụng

l Ít khi truy cập CSDL, nhưng cần những thông tin khác nhau trong mỗi lần truy cập và dùng những câu truy vấn phức tạp

l Người quản lý

l Người sử dụng thường xuyên

l Thường xuyên truy vấn và cập nhật CSDL nhờ vào một số các chức năng đã được xây dựng sẳn

Thiết kế viên

l Chịu trách nhiệm về

l Lựa chọn cấu trúc phù hợp để lưu trữ dữ liệu

l Quyết định những dữ liệu nào cần được lưu trữ

l Liên hệ với người dùng để nắm bắt được những yêu cầu và đưa ra một thiết kế CSDL thỏa yêu cầu này

l Có thể là 1 nhóm các DBA quản lý các CSDL sau khi việc thiết kế hoàn tất

Kiến trúc của HQT CSDL

l Kiến trúc ba mức trừu tượng của dữ liệu

Người dùng

Lược đồ ngoài 1 … Lược đồ ngoài n

Lược đồ quan niệm Lược đồ trong

Kiến trúc của HQT CSDL (tt)

Mức trong/Vật lý (Lược đồ trong)

Ø Mô tả cấu trúc lưu trữ vật lý CSDL

Ø Vấn đề cần giải quyết: Dữ liệu gì? Lưu trữ như thế nào?

Ở đâu? Cần các chỉ mục gì? Truy xuất tuần tự hay ngẫu nhiên.

Dành cho người quản trị và người sử dụng chuyên môn.

Kiến trúc của HQT CSDL (tt)

Mức quan niệm/Logic (Lược đồ quan niệm)

Ø Mô tả cấu trúc của toàn thể CSDL cho 1 cộng đồng người sử dụng, gồm thực thể, kiểu dữ liệu, mối liên hệ và ràng buộc.

Ø CSDL cần phải lưu trữ bao nhiêu loại dữ liệu? là dữ liệu gì? mối quan hệ giữa các loại dữ liệu này ntn ?

Ø Dành cho chuyên viên tin học khảo sát và phân tích cùng với những người quản trị CSDL xác định những loại thông tin cần thiết để đưa vào CSDL và mối quan hệ của chúng.

Ø CSDL mức quan niệm là một biểu diễn trừu tượng của CSDL mức vật lý, hay CSDL mức vật lý là cài đặt cụ thể của CSDL mức quan niệm.

Ø Che bớt các chi tiết của cấu trúc lưu trữ vật lý.

Kiến trúc của HQT CSDL (tt)

Mức ngoài/Khung nhìn (Lược đồ ngoài)

Ø Còn gọi là mức khung nhìn (view).

Ø Mô tả một phần của CSDL mà 1 nhóm người dùng quan tâm đến và che dấu phần còn lại của CSDL đối với nhóm người dùng đó.

Ø Đây là mức của người sử dụng và các chương trình ứng dụng

Ø Được “nhìn” (View) CSDL theo một góc độ khác nhau.

Ø Có thể hoàn toàn không biết về cấu trúc tổ chức lưu trữ thông tin trong CSDL, thậm chí cả tên gọi các dữ liệu, thuộc tính.

Ø Họ chỉ làm việc trên một phần CSDL theo cách nhìn gọi

là khung nhìn (View)

Kiến trúc của HQT CSDL (tt)

Cấu trúc ngoài 1

Cấu trúc ngoài 2

Cấu trúc ngoài n

Chương trình

ứng dụng n

Mức quan niệm hoặc mức logic

Mức vật lý – Cấu trúc vật lý

CSDL

Môi trường thực thế giới

thực NSD1

NSD2

Kiến trúc của DBMS (tt)

DDL Compiler

User/Application Database Administrator

Query Compiler Transaction Manager

Execution Engine Logging & Recovery Concurrency Control

Index/File/

Record Manager

Storage Manager Storage

Buffer Manager

DDL Commands Transaction Commands

Data, Metadata, Indexes

DDL Compiler

User/Application Database Administrator

Query Compiler Transaction Manager

Execution Engine Logging & Recovery Concurrency Control

Index/File/

Record Manager

Storage Manager

Storage

Buffer Manager

DDL Commands Transaction Commands

Data, Metadata, Indexes

Kiến trúc của HQT CSDL

xóa, sửa, tìm kiếm dữ liệu

l Bộ phận khai thác dữ liệu: biên dịch NNLT cấp cao

và biên dịch ngôn ngữ thao tác dữ liệu

l Từ điển dữ liệu: danh mục các loại dữ liệu, các CT

xử lý, các dữ liệu nào được yêu cầu bảo mật,…

Các tính năng của HQT CSDL

l Kiểm soát được tính dư thừa của dữ liệu

dựng một CSDL thống nhất

l Chia sẻ dữ liệu

phép truy xuất dữ liệu đồng thời

l Hạn chế những truy cập không cho phép

và mật mã để truy xuất dữ liệu

l Cung cấp nhiều giao diện

l Khi có một sự thay đổi lên CSDL, tất cả người dùng đều thấy được

Các tính năng của HQT CSDL (tt)

l Đảm bảo các ràng buộc toàn vẹn

thỏa mãn để đảm bảo dữ liệu luôn phản ánh đúng ngữ nghĩa của thế giới thực

động kiểm tra Một số RB khác được kiểm tra nhờ CTƯD

l Khả năng sao lưu dự phòng khi gặp sự cố

phần cứng hoặc phần mềm

An tòan bảo mật

Các thành phần chính của DBMS

Quản lý khôi phục

Xử lý truy vấn

Ngôn ngữ giao tiếp Quản lý

giao tác

Quản lý lưu trữ

42

Ngôn ngữ giao tiếp

l DBMS cung cấp giao diện lập trình dể sử dụng với một ngôn ngữ lập trình CSDL

Quản lý giao tác

l Thành phần quản lý các giao tác có ảnh hưởng đến CSDL

được thì phải thực hiện hết tất cả các hành động trong giao tác đó, ngược lại xem như không thực hiện hành động nào

transaction

1 2 3 4 5 7 8

44

Quản lý giao tác (tt)

l Để CSDL được bền vững (durable), mọi thay đổi lên CSDL phải được ghi nhận lại

l Log manager – ghi chép nhật ký

l Đảm bảo CSDL vẫn nguyên vẹn khi có sự cố xảy ra

l Recovery manager – khôi phục

l Dựa vào nhật ký để phục hồi lại CSDL về trạng thái nhất quán trước đó

§ Trạng thái thỏa tất cả các RBTV của CSDL đó

Quản lý giao tác (tt)

l Điều khiển đồng thời

l Bộ lập lịch (scheduler) - có nhiệm vụ lập 1 lịch thực

hiện từ n giao tác được kích hoạt đồng thời

l Cơ chế khóa (lock) - ngăn 2 giao tác cùng thao tác lên

1 đơn vị dữ liệu tại 1 điểm

DBMS Server DB

Client Client Client

Scheduler

Equivalent

to serial result

46

Quản lý giao tác (tt)

phải tranh giành tài nguyên

thực hiện được công việc của mình”

l Các giao tác chờ đợi lẫn nhau để được cấp phát tài nguyên

thiệp vào

l Rollback

l Abort

l Kiểm tra ngữ nghĩa của câu truy vấn

l Chuyển đổi cấu trúc cây sang ngôn ngữ đại số quan hệ

l Query optimizer

l Sắp xếp các phép toán nhằm mục đích tối ưu hóa câu truy vấn

48

Quản lý lưu trữ

l Thành phần có nhiệm vụ điểu khiển việc đọc/ghi

dữ liệu qua lại giữa bộ nhớ và thiết bị lưu trữ

l Làm việc với khác khái niệm

Mô hình mạng

l Dữ liệu ~ tập các record

l Mối quan hệ giữa các dữ liệu ~ các link

l Các record được tổ chức thành tập các đồ thị tùy ý

Johnson 192-83-7465 Alma Palo Alto

Smith 019-28-3746 North Rye

Hayes 677-89-9011 Main Harison

Tuner 182-73-6091 Putnam Stamford

Jones 321-12-3123 Main Harison

Lindsay 336-66-9999 Park Pittsfield

A-101 500 A-215 700 A-102 400 A-305 350 A-201 900 A-217 750 A-222 700

MãTK SốDư

Downtown Brooklyn 9000000 Perryridge Horseneck 1700000

Round Hill Horseneck 8000000 Mianus Woodside 1000000 Redwood Princeton 2000000 Brighton Brooklyn 7000000

TênCN ThànhPhố TổngTiền

Redwood Princeton 2000000 A-222 700

Lindsay 336-66-9999 Park Pittsfield

A-217 750

Smith 019-28-3746 …

A-201 900 John 321-12-3123 A-215 700

Smith 019-28-3746 …

A-201 900

52

A-101 A-215 A-102 A-305

Johnson 192-83-7465 Alma Palo Alto A-201

A-217 A-222

A-101 500 A-215 700 A-102 400 A-305 350 A-201 900 A-217 750 A-222 700

MãTK SốDư

Mô hình hướng đối tượng

l Dữ liệu và mối quan hệ được biểu diễn bằng khái niệm đối tượng

l Cấu trúc 1 đối tượng

l Ngôn ngữ định nghĩa đối tượng - ODL

l Ngôn ngữ thao tác đối tượng - OML

54

Mô hình hướng đối tượng (tt)

class Account: public d_Object { private:

l Dữ liệu dưới dạng text

l Ngôn ngữ truy vấn – Xquery, Xpath

l Ngôn ngữ định nghĩa – DTD, XML Schema (XSD)

56

CÁC YÊU CẦU KHI XÂY DỰNG MỘT DBMS

1 Ngôn ngữ giao tiếp giữa người sử dụng và CSDL

2 Từ điển dữ liệu (Data Dictionary)

3 Có biện pháp bảo mật tốt khi có yêu cầu

4 Cơ chế giải quyết tranh chấp dữ liệu

5 Cơ chế sao lưu (Backup) và phục hồi (Restore) dữ liệu

6 Cung cấp một giao diện tốt, dễ sử dụng, dễ hiểu

7 Bảo đảm tính độc lập giữa dữ liệu và chương trình

CÁC YÊU CẦU KHI XÂY DỰNG MỘT DBMS (tt)

1 Ngôn ngữ giao tiếp giữa người sử dụng và CSDL

Ø Ngôn ngữ mô tả dữ liệu (DDL – Data Definition

Language): cho phép khai báo cấu trúc CSDL, các

mối liên hệ của dữ liệu, các quy định, ràng buộc dữ liệu.

Ø Ngôn ngữ thao tác dữ liệu (DML– Data Manipulation

Language): cho phép thực hiện thao tác thêm, xóa,

sửa dữ liệu.

Ø Ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc (SQL – Structured

Query Language): cho phép người khai thác sử dụng

để truy vấn thông tin cần thiết.

Ø Ngôn ngữ quản lý dữ liệu (DCL – Data Control

Language) cho phép thay đổi cấu trúc bảng, khai báo

bảo mật, cấp quyền cho người sử dụng.

CÁC YÊU CẦU KHI XÂY DỰNG MỘT DBMS (tt)

2 Từ điển dữ liệu (Data Dictionary)

Ø Dùng để mô tả các ánh xạ liên kết

Ø Ghi nhận các thành phần cấu trúc của CSDL, các CT

ứng dụng, mật mã, các quyền hạn sử dụng,…

3 Có biện pháp bảo mật tốt khi có yêu cầu

4 Cơ chế giải quyết tranh chấp dữ liệu

Ø Cấp quyền ưu tiên cho người sử dụng (người quản

trị CSDL thực hiện)

Ø Đánh dấu yêu cầu truy suất dữ liệu, phân chia thời

gian, người nào có yêu cầu trước thì có quyền truy suất dữ liệu trước.

CÁC YÊU CẦU KHI XÂY DỰNG MỘT DBMS (tt)

5 Cơ chế sao lưu (Backup) và phục hồi (Restore) dữ kiệu

khi có sự cố xảy ra.

Ø Định kỳ kiểm tra CSDL

Ø Tạo nhật ký (LOG) thao tác CSDL

6 Cung cấp một giao diện tốt, dễ sử dụng, dễ hiểu

7 Bảo đảm tính độc lập giữa dữ liệu và chương trình: khi

có thay đổi dữ liệu thì các CT ứng dụng đang chạy trên CSDL đó không cần phải viết lại và cũng không ảnh hưởng đến những NSD khác.

Ngôn ngữ CSDL

l Ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu

(DDL – Data Definition Language)

l Xác định ra lược đồ quan niệm

l Ngôn ngữ lưu trữ dữ liệu

(SDL – Storage Definition Language)

l Ngôn ngữ định nghĩa lược đồ trong

l Ngôn ngữ định nghĩa khung nhìn

(VDL – View Definition Language)

l Ngôn ngữ định nghĩa lược đồ ngoài

Mô hình dữ liệu

l Mô hình dữ liệu (Data Model) bao gồm:

l Các khái niệm biểu diễn dữ liệu

l Các phép toán xử lý dữ liệu

Mô hình dữ liệu (tt)

l Mô hình mức cao

tượng…

l Mô hình cài đặt

nhưng không quá xa với cách dữ liệu được tổ chức thật

sự trên máy tính

l Mô hình mức thấp (mô hình vật lý)

được lưu trữ trong máy tính

MaMH Khoa TenMH (0,n)

Hocky Gvien Nam

MaHP

Ví dụ: Mô hình đối tượng

SVien

Ten Lop Nganh LapTKB() InBangDiem()

Diem

DiemTH DiemLT DiemPrj SuaDiem()

HPhan

Ten SLuong 0 *

Ví dụ: Mô hình quan hệ

SVien

MaSV Ten Lop Nganh

Hoc

MaSV MaHP DiemLT DiemTH

HPhan

MaHP SLuong MaMH

MHoc

MaMH TenMH Khoa TinChi

DKien

MaMH MaMHTruoc