数据库：数据库系统的体系结构

数据库系统(Data Base System, DBS)是指在计算机系统中引入数据库后的系统，它是由计算机硬件、数据库、数据库管理系统(及其开发工具)、数据库应用系统、数据库用户构成。

数据库系统的体系结构

数据库的体系结构分为三级模式和两级映像。

数据库的三级模式结构是数据的3个抽象级别，它把数据的具体组织留给DBMS去处理，用户只要抽象地处理数据，而不必担心数据在计算机中的表示和存储，这样就减轻了用户使用系统的负担。为了实现这3个抽象级别的联系和转换，DBMS在三级结构之间提供了两级映像(Mapping)：外模式/模式映像、模式/内模式映像。正是这两个映像保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

三级模式

模式(Schema)也称概念模式(Conceptual Schema)，是对数据库中全部数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。它是数据库系统模式结构的中间层，既不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，也不涉及具体的应用程序及使用的应用开发工具和高级程序设计语言。模式实际上是数据库数据在概念级上的视图，一个数据库只有一个模式。定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构，而且要定义数据项之间的联系、不同记录之间的联系，以及与数据有关的完整性、安全性等要求。完整性是指数据的正确性、有效性和相容性，安全性主要是指保密性。数据库管理系统提供模式描述语言(Schema Data Definition Language, SDDL)来定义模式。

外模式(External Schema)也称子模式(Subschema)，它是对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，即个别用户设计的数据的逻辑结构。外模式通常是模式的子集，一个数据库可以有多个外模式。外模式是保证数据库安全性的一个有效措施，每个用户只能看见或访问对应的外模式中的数据，数据库中的其余数据是不可见的。数据库管理系统提供外模式描述语言(外模式DDL)来定义外模式。

内模式(Internal Schema)也称存储模式(Storage Schema)，一个数据库只有一个内模式。内模式是对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。内模式的设计目标是将系统的模式组织成最优的物理模式，以提高数据的存取效率，改善系统的性能指标。数据库管理系统提供内模式描述语言(内模式DDL)来定义内模式。

二级映像

外模式/模式映像：模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的局部逻辑结构，同一个模式可以有任意多个外模式。对于每个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映像，它定义了该外模式与模式之间的对应关系。这些映像定义通常包含在各自外模式的描述中。

模式/内模式映像：是唯一的，它定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。该映像定义通常包含在模式描述中。

两级数据独立性

数据独立性(Data Independence)是指应用程序和数据库的数据结构之间相互独立，不受影响。

• 逻辑数据独立性。当模式改变时，由数据库管理员对各个外模式/模式影响做相应改变，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，因而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性。

• 物理数据独立性。当数据库的存储结构改变了，由数据库管理员对模式/内模式映像做相应改变，可以保证模式保持不变，因而应用程序也不必修改，保证了数据与程序的物理独立性。

特定的应用程序是在外模式描述的数据结构上编制的，它依赖于特定的外模式，与数据库的模式和存储结构相独立。不同的应用程序可以共用同一外模式。数据库的两级映像保证了数据库外模式的稳定性，从而从底层保证了应用程序的稳定性，除非应用需求本身发生变化，否则应用程序一般不需要修改。

（最近更新：2019年09月03日）