1.3 数据库系统的组成和类型

1.3.1 数据库系统的组成

数据库系统（Database Systems，DBS）是一个能够实现有组织地、动态地存储大量相关数据，提供数据处理和信息资源共享的计算机系统。一个典型的数据库系统组成包括数据库、数据库管理系统（DBMS）、应用系统和用户4部分。也可将数据库系统组成定义为5部分：数据库、DBMS、软件、硬件和用户。其中，用户（User）主要是指开发、管理和使用数据库的人员，包括数据库管理员（Database Administrator，DBA）、系统分析员、数据库设计人员、应用程序员和终端用户等，如图1-2所示。在不混淆的情况下，通常将数据库系统简称为数据库。

数据库管理系统（DBMS）是数据库系统的核心。DBMS提供数据定义、组织存储和管理、数据操作和数据维护等功能，同时为应用开发人员和最终用户提供相应的开发工具。

关于DBMS更详细的讲解，请参见1.5节中的介绍。数据库技术实现了数据的独立和共享，可使应用程序更便捷地使用数据，应用程序与数据之间的操作由数据库管理系统来接管，应用程序不再直接面向具体数据文件，在数据库阶段，应用程序与数据之间的关系如图1-13所示。

1.3.2 数据库系统的类型

数据库系统的类型可以从不同的角度进行划分。根据用户数的多少来分，可分为单用户和多用户；根据用途和使用范围来分，可分为数据仓库或决策支持等类型；按数据库系统的部署位置不同，可分为集中式、客户机/服务器式、分布式和并行式4种。下面重点介绍最后一种分类方式的数据库。

1．集中式数据库系统

集中式数据库系统（Centralized Database Systems）是指数据库中的数据和数据处理集中在一台计算机（称为主机）上完成，其他用户可使用终端设备访问数据库，但是终端不参与数据库中数据的计算与管理。此外，终端本身并不能完成任何操作，所有数据操作必须由主机完成。其拓扑结构图如图1-14所示。

在集中式数据库系统中，DBMS、DB和应用程序都集中部署在一台主机上。用户通过终端并发地访问主机上的数据，共享其中的数据，所有处理数据的工作都由主机完成。用户若在一个终端上提出要求，主机可根据用户的要求访问数据库，并对数据进行处理，再将结果回送到该终端输出。集中式结构的优点是功能容易实现、简单、数据安全性高。其缺点是主机出现故障时，系统内的所有机器均无法访问数据库，存在单点瓶颈，系统容错性低；终端到主机的通信开销昂贵；当终端并发过多时，主机存在效率瓶颈。

2．客户机/服务器（Client/Server，C/S）数据库系统

C/S结构的关键是功能的分解和分布，将功能或任务进行分解，一些功能由客户机完成，另一些功能由服务器执行，即采用“功能分布”的原则。客户端完成本地个性化的处理，并向服务器发送请求，同时显示服务器返回的数据结果；服务器端负责处理公共的部分任务。C/S数据库系统的网络拓扑结构如图1-15所示。

在C/S数据库系统中，通信网络中的数据传输量明显减少，提高了网络效率；客户机端参与计算提高了硬件的利用，进而使系统效率有所提高。此外，由于客户机端的功能相对简单，可以开发适用于不同系统平台的软件，提高这种结构的平台兼容性。

实际应用中，出于系统安全性、稳定性和健壮性考虑，通常将数据库、应用服务器和客户端三层分开部署，称为C/S三层架构。包括表示层、应用层和数据层。三层架构比二层结构增加了一个应用服务器层，如图1-16所示。在三层架构中，客户机通常只安装具有用户界面和简单的数据处理功能的应用程序，为用户提供人机界面并与应用服务器进行交互；应用服务器上部署专门的应用程序来处理商业中的复杂业务逻辑；数据层由DBMS负责数据的存取和维护。客户端的数据请求由应用服务器上的应用程序接管，不再直接访问数据库，数据安全性提高。数据库服务器负责处理应用服务器发送的请求，并将操作结果传送给应用服务器。

三层C/S结构的优点为：扩展性强，各层分工明确，其中任何一层的变动不会影响其他层；客户机功能更简洁，开发和管理工作集中在应用服务器端。值得指出的是，这种方式增加了业务分层和开发工作量，不适合小的应用系统建设。

3．分布式数据库系统

分布式数据库系统（Distributed Database Systems）的特点在1.1.3节中已介绍过，其数据最显著的特点是“逻辑整体性和物理存储分布性”。即通过计算机网络和专门分布式管理软件，使在物理上分布在各个场地的数据库形成一个逻辑上的整体数据库，用户在使用该数据库时感觉不到数据场地的分散性，就像使用一个统一的本地数据库一样。实际应用中，分布式数据库一般应用在大型跨国或跨地区的企业或单位。分布式数据库结构如图1-4所示。

4．并行式数据库系统

随着信息技术的发展和网络的普及，各种应用业务需要处理的数据日益增长。对于大部分企业来说，数据规模已达到TB级，传统数据库系统存在固有的I/O和CPU瓶颈问题，导致一般意义上的服务器无法满足数据存取需求，特别是一些事物型数据库的数据读取要求每秒处理成千上万个请求。集中式DBS和C/S式DBS都无法应付这种情况，只有并行技术与数据库结合才可以解决这类问题。

并行式数据库系统（Parallel Database Systems）是新一代高性能的数据库系统，是在并行处理机（MPP）和集群并行计算环境的基础上建立的数据库系统，是并行处理技术与数据库技术结合的产物。并行数据库具有以下特点：①高性能。如通过将数据库在多个磁盘上分布存储，利用多个处理机对磁盘数据进行并行处理，解决磁盘I/O瓶颈，提高效率。②高可用性。如通过数据复制增强数据库的可用性，当一个磁盘损坏时，该数据在其他磁盘上的副本仍可供使用。③可扩充性。当数据库遇到性能和容量瓶颈时，可通过增加处理器和存储设备来扩展性能。