DBMS 体系结构

在本节中，我们将学习和理解 DBMS 架构。我们将借助一些示例来了解每种类型的 DBMS 架构。

• DBMS 的设计取决于其架构。基本的客户端/服务器架构用于处理连接到网络的大量 PC、Web 服务器、数据库服务器和其他组件。
• 客户端/服务器架构由通过网络连接的许多 PC 和工作站组成。
• DBMS 架构取决于用户如何连接到数据库以完成他们的请求。

引言

数据库管理系统 (DBMS) 的设计对于有效处理数据和系统性能至关重要。它涉及用户如何与系统交互和访问系统，以及数据库的设计、开发和管理。本文探讨了许多 DBMS 设计，包括客户端/服务器配置和数据库模型。客户端/服务器设计允许通过网络连接多台 PC 和工作站，从而实现广泛的用户群和安全的数据访问。

DBMS 架构的类型

为了实现最佳操作，数据库管理系统被分成几个抽象层。这些层/模块解释了 DBMS 的工作方式和设计。

由于用户或应用程序并非总能立即访问数据库，因此我们可能需要借助各种设计来维护数据库管理系统，具体取决于用户如何连接到数据库。这些架构按层级分类，这意味着 DBMS 结构中的层级数量决定了 DBMS 架构的分类。

单层架构将数据库管理系统划分为一层；两层架构划分为两层；三层架构划分为三层，依此类推。因此，整个 DBMS 被 n 层 DBMS 架构划分为相关但独立的层或级别。DBMS 结构的复杂性和安全性随着设计中层级数量的减少而增加，因为抽象程度增加。由于这些层中的每一层都独立于其他层运行，因此对一个架构层所做的修改不会影响其他层。

现在让我们探讨最流行的 DBMS 架构

• 单层架构
• 两层架构
• 三层架构

单层架构

• 在此架构中，数据库直接供用户使用。这意味着用户可以直接坐在 DBMS 上使用它。
• 这里所做的任何更改都将直接在数据库本身上完成。它没有为最终用户提供方便的工具。
• 单层架构用于本地应用程序的开发，程序员可以直接与数据库通信以获得快速响应。

何时使用单层 DBMS 架构？

• 数据更改不多。
• 没有很多用户访问数据库系统。
• 出于应用程序开发目的，我们希望有一种清晰简单的方法来访问或更改数据库。

单层 DBMS 架构示例

我们配置了本地系统的 SQL 服务器和数据库，以了解结构化查询语言 (SQL)。我们无需网络连接即可使用此 SQL 服务器直接对关系数据库执行一些操作并与之通信。学习 SQL 查询的整个系统是单层数据库管理系统的一个示例。

特点

1. 最基本的 DBMS 设计。
2. 单个系统包含服务器、数据库和客户端——数据库管理系统的三个主要部分。
3. 用户可立即访问数据库。
4. 适用于数据变化很少或没有变化的情况。
5. 适合单用户访问、数据库设计人员和程序员。

两层架构

• 两层架构与基本客户端-服务器架构相同。在两层架构中，客户端应用程序可以直接与服务器端的数据库通信。对于这种交互，使用诸如 ODBC、JDBC 等 API。
• 用户界面和应用程序在客户端运行。
• 服务器端负责提供诸如查询处理和事务管理等功能。
• 为了与 DBMS 通信，客户端应用程序与服务器端建立连接。
• 它提高了可用性和可伸缩性。
  • 通过用户友好的界面增强了可用性。
  • 两层系统最多可容纳 100 个用户，从而提高了可伸缩性。

以下是两层设计相对于单层设计的主要优点

• 它可以被多个人同时使用。因此，它可以在组织中应用。
• 由于服务器单独管理数据库操作，因此它具有较高的处理能力。
• 由于直接连接，提高了速度和更快的数据库访问。
  由于两个独立的层，维护更简单。
• 它最适合处理非复杂和敏感信息的类似环境。

两层 DBMS 架构示例

想象一下您去银行取款。在取款单上输入取款金额和账户详细信息后，银行家将使用其凭证（API 请求）访问服务器端数据库并确定是否有足够的余额。这种客户端-服务器设计演示了两层数据库管理系统。

特点

1. 类似于具有客户端和服务器的架构。
2. 访问速度更快，维护更简单，并支持多个用户同时访问。
3. 当我们希望通过应用程序和 API 与 DBMS 交互时使用。
4. 由于直接的客户端-服务器连接，存在安全性和可伸缩性问题。

三层架构

• 三层架构在客户端和服务器之间包含另一层。在此架构中，客户端不能直接与服务器通信。三层架构进一步分为 3 个部分
  • 客户端请求资源，并配备用于演示的用户界面。
  • 应用服务器负责提供所请求的资源，但通过调用另一个服务器。
  • 数据服务器向应用服务器提供所需的数据。

• 客户端的应用程序与应用服务器交互，应用服务器进一步与数据库系统通信。
• 最终用户对应用服务器之外的数据库的存在一无所知。数据库也对应用服务器之外的任何其他用户一无所知。
• 三层架构用于大型 Web 应用程序。

在上述图中，客户端与应用程序层通信，应用程序层存储用于从数据库服务器访问数据的过程和约束。它在将请求转发到数据库服务器之前检查客户端凭据。因此，它提高了数据库安全性。当用户请求数据时，应用服务器接收请求，处理请求并将适当的数据库命令转发到数据库服务器。数据库服务器将结果返回给应用服务器，应用服务器将其转换为 GUI 格式并呈现给用户。

三层 DBMS 架构的主要优点是

• 可伸缩性：由于应用程序层实现了负载平衡，并且数据库服务器不知道它之外的任何用户，因此您可以拥有任意数量的客户端。
• 数据完整性：由于在应用程序层对每个客户端请求进行检查，可以防止数据损坏和错误请求。
• 安全性：通过抽象化消除客户端和服务器系统之间的直接链接，减少了对数据库的不必要访问。

三层 DBMS 架构的缺点是

• 复杂：三层架构比其他两层架构更复杂。
• 难以与用户交互：中间层的存在使得难以直接与用户交互。

特点

1. 最流行的 DBMS 架构。
2. 维护客户端-应用程序-服务器的架构。
3. 提高了可伸缩性、数据完整性和安全性。
4. 由于增加了层，它更复杂，需要更多的维护。

DBMS 架构的多选题

1. 必须了解的基本客户端/服务器架构是什么？

1. 大量 PC
2. 数据库服务器
3. 无
4. 以上全部。

2. 基本的客户端-服务器架构类似于

1. 三层架构
2. 四层架构
3. 两层架构
4. 五层架构

3. DBMS 架构有多少种不同的类型？

1. 4
2. 1
3. 3
4. 2

4. 两层架构中用于交互的 API 是什么？

1. JDBC
2. ODBC
3. A 和 B 都不是。
4. 以上都不是

5. 哪种架构阻止客户端直接与服务器通信？

1. 三层架构
2. 单层架构
3. 两层架构
4. 以上都不是