1.3 数据库系统的组成和结构类型

1.3.1 数据库系统的组成

数据库系统是具有数据处理功能特点的应用系统。通常， 数据库系统 包括数据库、数据库管理系统（DBMS）、应用系统和用户四个部分，如图1-15所示。其中，用户主要指开发、管理和使用数据库的人员，包括数据库管理员（DBA）、系统分析员、数据库研发人员、应用程序员和终端用户等。在不至于混淆的情况下，通常也将数据库系统 简称为数据库 。

说明： 少数文献将“广义的”数据库系统分为数据库、DBMS、软件、硬件和用户五个主要部分。

数据库管理系统（DBMS）是数据库系统的核心 。DBMS提供数据库及数据的定义（建立）、组织存储、管理、控制、数据操作和数据维护等功能，并为业务应用系统研发人员和终端用户提供相应的技术支持。

数据库技术实现了数据的独立和共享，使应用系统可以更便捷地处理数据与操作，主要通过操作系统和数据库管理系统统一管理相关文件及存取调用、应用程序与数据之间的操作，应用程序不再直接调用数据文件。 DBMS与应用程序及数据库之间的关系 如图1-16所示。

1.3.2 数据库系统的结构类型

数据库系统的类型可以从不同的角度划分。根据数据库系统的部署位置可以分为集中式、客户机/服务器式、分布式和并行式四种；根据用户数量可分为单用户和多用户；根据用途和使用范围可分为数据仓库和决策支持等类型。下面重点介绍第一种分类方式。

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主机上完成，用户可使用终端设备访问数据库。其中，终端不具有数据处理与管理功能，所有数据操作都由主机完成。其结构图如图1-17所示。

在集中式结构中，DBMS、DB和应用程序集中部署在同一主机。多用户通过各终端并发（同时）共享主机上的数据，由主机完成所有数据处理及协助工作。集中式结构的 优点 是功能简单、数据安全性高。其 缺点 是：主机出现故障时，系统中的所有终端均无法访问数据库且系统容错性低；终端到主机的通信压力很大；当终端并发过多时，主机处理传输慢。

2．客户机/服务器式数据库系统

客户机/服务器（Client/Server，C/S）结构 的关键是采用“功能分解”的原则将功能或任务进行分解，少部分功能由客户机操作，大部分功能由服务器完成。客户端完成本地个性化处理，并向服务器发送请求，同时显示服务器返回的处理结果，服务器端负责处理公共任务的部分。C/S数据库系统的拓扑结构如图1-18所示。

在C/S结构中，网络中的数据传输量减少，便于提高传输效率；客户端参与处理可提高硬件的利用，并使系统效率得到提高。另外，由于客户端的功能相对简单，可以开发适合不同系统平台的软件，提高多种C/S结构的平台兼容性。

在业务数据处理应用中，应兼顾系统安全性、处理速度、稳定性和健壮性，常将数据库、应用服务器和客户端分为三层进行部署，称为 C/S三层结构 。C/S三层结构包括表示层、应用层和数据层。与二层结构相比，增加一个应用服务器层，如图1-19所示。在三层结构中，数据库服务器负责处理应用服务器发送的请求，并将操作结果传回。客户机只安装用户界面和简单数据处理的程序，提供与应用服务器的交互；应用服务器安装专门的应用系统来处理各种复杂业务；数据层由DBMS负责数据存取和维护。客户端的数据请求由应用服务器负责，不直接访问数据库，可以提高数据安全性及处理速度。

三层C/S结构的优点 包括：客户机功能更简洁，开发和管理集中在应用服务器端；扩展性强且各层分工明确，某层变动不影响其他层。此结构增加了业务分层和开发工作量，适合大中系统。

3．分布式数据库系统

分布式数据库系统（Distributed Database Systems） 的主要特点是“逻辑整体性和物理存储分布性”。通过网络和分布式处理软件，使分布在各区域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的分散性，如同一个本地数据库，通常适用于大型跨国或跨地区机构。

4．并行式数据库系统

随着网络技术的快速发展和广泛应用，需要处理的各种业务数据剧增。对于大部分机构，数据规模庞杂，传统数据库系统具有I/O和CPU瓶颈问题，导致一般服务器很难满足数据存取需求，集中式数据库系统和C/S式数据库系统都难以应对，只有将并行技术与数据库结合才能较好地解决此类问题。

并行式数据库系统（Parallel Database Systems） 属于新型高性能数据库系统，是在并行处理机（MPP）和集群并行计算环境的基础上建立的，是并行处理技术与数据库技术的结合。 其主要特点 如下。

1）高性能。将数据库在多个磁盘上分布存储，利用多处理机对数据并行处理来解决磁盘I/O传输拥塞问题，更好地提高处理效率。

2）高可用性。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以使用。

3）可扩充性。当数据库遇到性能和容量瓶颈问题时，可以通过增加处理器和存储设备等方式扩展性能。

讨论思考：

1）数据库系统主要由哪几部分组成？

2）数据库系统的结构类型主要有哪些？