分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計報告-學(xué)校課堂管理系統(tǒng)

分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計報告學(xué)校課堂管理系統(tǒng)姓名：學(xué)號：專業(yè)：學(xué)院：

一、前言1.1引言數(shù)據(jù)庫技術(shù)是現(xiàn)代信息科學(xué)與技術(shù)的重要組成部分，是計算機(jī)數(shù)據(jù)處理與信息管理系統(tǒng)的核心。數(shù)據(jù)庫技術(shù)研究和解決了計算機(jī)信息處理過程中大量數(shù)據(jù)有效地組織和存儲的問題，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中減少數(shù)據(jù)存儲冗余、實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、保障數(shù)據(jù)安全以及高效地檢索數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)。隨著計算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技術(shù)已成為信息社會中對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行組織與管理的重要技術(shù)手段及軟件技術(shù)，是網(wǎng)絡(luò)信息化管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫作為存取數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的工具在系統(tǒng)中所起到的作用至關(guān)重要。數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫邏輯模式和物理模式結(jié)果，并據(jù)此建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能有效地存儲和管理數(shù)據(jù)，滿足應(yīng)用需求，包括信息管理要求和數(shù)據(jù)操作。信息管理要求是指在數(shù)據(jù)庫中應(yīng)該存儲和管理哪些數(shù)據(jù)對象；數(shù)據(jù)操作要求是指對數(shù)據(jù)對象進(jìn)行哪些操作，如查詢、增、刪、改、統(tǒng)計等操作。數(shù)據(jù)庫設(shè)計地目標(biāo)是為用戶和各種應(yīng)用系統(tǒng)提供的一個信息基礎(chǔ)設(shè)施和高效率地運(yùn)行環(huán)境。高效率的運(yùn)行環(huán)境包括：數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的存取速率、數(shù)據(jù)庫存儲空間的利用率、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行管理的效率等都是高的。為了使數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計合理、規(guī)范、有序、正確、高效進(jìn)行，現(xiàn)在廣泛采用的是工程化六階段開發(fā)設(shè)計過程與方法，它們是需求分析階段、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段、數(shù)據(jù)庫實施、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)階段。我按照以上幾點開發(fā)了學(xué)校課堂管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。1.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計步驟1.2.1需求分析這一階段是計算機(jī)人員(系統(tǒng)分析員)和用戶共同收集數(shù)據(jù)庫所需要的信息內(nèi)容和用戶對處理的要求，加以規(guī)格化和分析，以書面形式確定下來，作為以后驗證系統(tǒng)的依據(jù)。在分析用戶要求時，要確保用戶目標(biāo)的一致性。1.信息需求信息需求指目標(biāo)系統(tǒng)涉及的所有實體、屬性、以及實體間的聯(lián)系等，包括信息的內(nèi)容和性質(zhì)，以及由信息需求導(dǎo)出的數(shù)據(jù)需求。

2.處理需求處理需求指為得到需要的信息而對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的要求，包括處理描述，發(fā)生的頻度、響應(yīng)時間以及安全保密要求等。進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計首先必須準(zhǔn)確了解與分析用戶需求(包括數(shù)據(jù)與處理)。需求分析是整個設(shè)計過程的基礎(chǔ)，是最困難、最耗費(fèi)時間的一步。作為地基的需求分析是否做的充分于準(zhǔn)確，決定了在其上構(gòu)建數(shù)據(jù)庫大廈的速度與質(zhì)量。需求分析做得不好甚至?xí)?dǎo)致整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計返工重做。1.2.2概念結(jié)構(gòu)設(shè)計把用戶的信息要求統(tǒng)一到一個整體邏輯結(jié)構(gòu)中，此結(jié)構(gòu)能表達(dá)用戶的要求，且獨立于任何DBMS軟件和硬件。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵，它通過對用戶需求進(jìn)行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的概念模型。1.2.3邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計分為兩部分，即數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用程序的設(shè)計。從邏輯設(shè)計導(dǎo)出的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)是DBMS能接受的數(shù)據(jù)庫定義，這種結(jié)構(gòu)有時也稱為邏輯數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計是將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，并對其進(jìn)行優(yōu)化。1.2.4物理結(jié)構(gòu)設(shè)計物理結(jié)構(gòu)設(shè)計也分為兩部分：物理數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的選擇和邏輯設(shè)計中程序模塊說明的精確化。這一階段的工作成果是一個完整的能實現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計是為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)(包括存儲結(jié)構(gòu)和存取方法)。1.2.5數(shù)據(jù)庫實施根據(jù)物理設(shè)計的結(jié)果產(chǎn)生一個具體的數(shù)據(jù)庫和它的應(yīng)用程序，并把原始數(shù)據(jù)裝入數(shù)據(jù)庫。實施階段主要有三項工作：(1)建立實際數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)；(2)裝入試驗數(shù)據(jù)對應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)試；(3)裝入實據(jù)數(shù)據(jù)。

在數(shù)據(jù)庫實施階段，設(shè)計人員運(yùn)用DBMS提供的數(shù)據(jù)語言及其宿主語言，根據(jù)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果建立數(shù)據(jù)庫，編制與調(diào)試應(yīng)用程序，組織數(shù)據(jù)入庫，并進(jìn)行試運(yùn)行。1.2.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的正式運(yùn)行，標(biāo)志著數(shù)據(jù)庫設(shè)計與應(yīng)用開發(fā)工作的結(jié)束和維護(hù)階段的開始。運(yùn)行和維護(hù)階段的主要任務(wù)有四項：(1)維護(hù)數(shù)據(jù)庫的安全性與完整性；(2)監(jiān)測并改善數(shù)據(jù)庫運(yùn)行性能；(3)根據(jù)用戶要求對數(shù)據(jù)庫現(xiàn)有功能進(jìn)行擴(kuò)充；(4)及時改正運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)錯誤。維護(hù)分為改正性維護(hù)，適應(yīng)性維護(hù)，完善性維護(hù)和預(yù)防性維護(hù)。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過試運(yùn)行后即可投入正式運(yùn)行。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行過程中必須不斷地對其進(jìn)行評價、調(diào)整與修改。需要指出的是，這個設(shè)計步驟既是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程，也包括了數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計過程。在設(shè)計過程中把數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)處理的設(shè)計緊密結(jié)合起來，將這兩個方面的需求分析、抽象、設(shè)計、實現(xiàn)在各個階段同時進(jìn)行，相互參照，相互補(bǔ)充，以完善兩方面的設(shè)計。事實上，如果不了解應(yīng)用環(huán)境對數(shù)據(jù)的處理要求，或沒有考慮如何去實現(xiàn)這些處理要求，不可能設(shè)計一個良好的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。二、需求分析建立一個學(xué)校課堂管理系統(tǒng)，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫存儲學(xué)生、教師、院系、課程以及成績等資料，系統(tǒng)管理員可通過用戶名與密碼進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)給予的權(quán)限對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢或修改。三、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計利用E-R模型對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行概念設(shè)計。分三步進(jìn)行：第一步設(shè)計局部E-R模型，即逐一設(shè)計分E-R圖，第二步把各局部E-R模型綜合成一個全局E-R模型，第三步對全局E-R模型進(jìn)行優(yōu)化，得到最終的E-R模型，即概念模型。(1)設(shè)計局部E-R模型

局部概念模型設(shè)計可以以用戶完成為主，也可以以數(shù)據(jù)庫設(shè)計者完成為主。如果是以用戶為主，則局部結(jié)構(gòu)的范圍劃分就可以依據(jù)用戶進(jìn)行自然劃分，也就是以企業(yè)各個組織結(jié)構(gòu)來劃分，因為不同組織結(jié)構(gòu)的用戶對信息內(nèi)容和處理的要求會有較大的不同，各部分用戶信息需求的反應(yīng)就是局部概念E-R模型。如果以數(shù)據(jù)庫設(shè)計者為主，則可以按照數(shù)據(jù)庫提供的服務(wù)來劃分局部結(jié)構(gòu)的范圍，每一類應(yīng)用可以對應(yīng)一類局部E-R模型。(2)集成全局E-R模型全局概念結(jié)構(gòu)不僅要支持所有局部E-R模型，而且必須合理地表示一個完整、一致的數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)。經(jīng)過了第一個步驟，雖然所有局部E-R模型都已設(shè)計好，但是因為局部概念模式是由不同的設(shè)計者獨立設(shè)計的，而且不同的局部概念模式的應(yīng)用也不同，所以局部E-R模型之間可能存在很多沖突和重復(fù)，主要有屬性沖突、結(jié)構(gòu)沖突、命名沖突和約束沖突。集成全局E-R模型的第一步就是要修改局部E-R模型，解決這些沖突。(3)優(yōu)化全局E-R模型優(yōu)化全局E-R模型有助于提高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的效率，可從以下幾個方面考慮進(jìn)行優(yōu)化：1.合并相關(guān)實體，盡可能減少實體個數(shù)。2.消除冗余。在合并后的E-R模型中，可能存在冗余屬性與冗余聯(lián)系。這些冗余屬性與冗余聯(lián)系容易破壞數(shù)據(jù)庫的完整性，增加存儲空間，增加數(shù)據(jù)庫的維護(hù)代價，除非因為特殊需要，一般要盡量消除。例如在運(yùn)動隊和運(yùn)動員實體中均包含隊編號屬性，可刪除運(yùn)動員實體中的隊編號屬性。運(yùn)動隊與項目中的聯(lián)系也可刪除(優(yōu)化后的E-R圖如圖2-17所示)。消除冗余主要采用分析方法，以數(shù)據(jù)字典和數(shù)據(jù)流圖為依據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)字典中關(guān)于數(shù)據(jù)項之間邏輯關(guān)系的說明來消除冗余。此外，還可利用規(guī)范化理論中函數(shù)依賴的概念(詳見第三章)來消除冗余。最終得到的E-R圖如下圖一所示。

四、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計本章根據(jù)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)果，設(shè)計關(guān)系模式，確定關(guān)系名，屬性及鍵。最后通過規(guī)范的技術(shù)對設(shè)計進(jìn)行規(guī)范化，是每個設(shè)計模式都達(dá)到三范式，微物理結(jié)構(gòu)設(shè)計提供數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的框架。合理運(yùn)用如下規(guī)則，將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型。(1)一個實體型轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式一般E-R圖中的一個實體轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式，實體的屬性就是關(guān)系的屬性，實體的碼就是關(guān)系的碼。(2)一個1：1聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與任意一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。(3)一個1：n聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。(4)一個m：n聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式。(5)一個多元聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式。與該多元聯(lián)系相連的各實體的碼，以及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性，各實體的碼組成關(guān)系的碼或關(guān)系碼的一部分。(6)具有相同碼的關(guān)系模式可以合并。(7)有些1：n的聯(lián)系，將屬性合并到n端后，該屬性也作為主碼的一部分。根據(jù)E-R圖，創(chuàng)建以下數(shù)據(jù)表。1.系統(tǒng)管理員表系統(tǒng)管理員(admin)表存儲了登錄本系統(tǒng)的登錄ID和密碼，權(quán)限以及鹽值。字段名稱數(shù)據(jù)類型可否為空約束條件備注ADMIN_USERVarchar(50)NOTNULL主鍵IDADMIN_PSWDVarchar(256)NOTNULL無密碼哈希值A(chǔ)DMIN_PERMITVarchar(1)NOTNULL無權(quán)限SaltVarchar(10)NOTNULL無密碼鹽值表1系統(tǒng)管理員表2.教師信息表教師信息表(teacher)存放了學(xué)校的所有教師的基本信息，所有有關(guān)教師的操作都與這個表有關(guān)。通過時間戳自動生成入職時間。信息從表中刪除時加入歷史表留底。字段名稱數(shù)據(jù)類型可否為空約束條件備注TnoVarchar(50)NOTNULL主鍵工號

TnameVarchar(50)NOTNULL無姓名TsexVarchar(1)NOTNULL無性別T_DnoVarchar(50)NOTNULL外鍵所在院系號TnidateDatetimeNOTNULL時間戳形成入職時間表2教師信息表3.院系信息表院系信息表(department)存放了學(xué)校的所有系的基本信息，并且與學(xué)生表以及教師表有緊密聯(lián)系。字段名稱數(shù)據(jù)類型可否為空約束條件備注DnoVarchar(50)NOTNULL主鍵院系號DnameVarchar(50)NOTNULL無院系名DsummaryTextNULL無院系簡介表3院系信息表4.學(xué)生信息表學(xué)生信息表(student)存放了學(xué)校的所有學(xué)生的基本信息，所有有關(guān)學(xué)生的操作都與這個表有關(guān)。通過時間戳自動生成入學(xué)時間。信息從表中刪除時加入歷史表留底。字段名稱數(shù)據(jù)類型可否為空約束條件備注SnoVarchar(50)NOTNULL主鍵學(xué)號SnameVarchar(50)NOTNULL無姓名SsexVarchar(1)NOTNULL無性別S_DnoVarchar(50)NOTNULL外鍵所在院系號SnidateDatetimeNOTNULL時間戳形成入學(xué)時間表4學(xué)生信息表5.課程信息表課程信息表(course)記錄了學(xué)校中所有課程的信息。字段名稱數(shù)據(jù)類型可否為空約束條件備注CnoVarchar(50)NOTNULL主鍵課程號CnameVarchar(50)NOTNULL無課程名稱C_TnoVarchar(50)NOTNULL外鍵老師工號表5課程信息表6.成績信息表成績信息表(sc)記錄了某個學(xué)生在某們課程得到的成績。字段名稱數(shù)據(jù)類型可否為空約束條件備注SnoVarchar(50)NOTNULL主鍵、外鍵學(xué)生學(xué)號

CnoVarchar(50)NOTNULL主鍵、外鍵課程號GradeIntNULL無成績表6成績信息表7.審計表審計表(Accesslog)記錄了除管理員外的數(shù)據(jù)庫用戶對數(shù)據(jù)庫的使用情況，處于安全性考慮，用獨立的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行保存，并且只賦予管理員權(quán)限進(jìn)行查看，只可通過系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)添加。字段名稱數(shù)據(jù)類型可否為空約束條件備注IdVarchar(50)NOTNULL主鍵、自增標(biāo)示號timeTimstampNOTNULL時間戳形成操作時間LocalnameVarchar(50)NOTNULL無操作賬號MatchnameVarchar(50)NOTNULL無對應(yīng)用戶表7審計表五、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計物理結(jié)構(gòu)設(shè)計是指根據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)果，設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)的最佳存取方法、存儲結(jié)構(gòu)和存放位置以及合理選擇存儲介質(zhì)等，從而設(shè)計出適合邏輯結(jié)構(gòu)的最佳物理環(huán)境(存儲模式)的過程，涉及到的因素有訪問類型、訪問時間、插入時間、刪除時間和空間開銷等。(1)存取方法指用戶存取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)等方法和技術(shù)。(2)存儲結(jié)構(gòu)指根據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)等指標(biāo)以及DBMS支持的數(shù)據(jù)類型，所確定的數(shù)據(jù)項的存儲類型和長度以及元組的存儲結(jié)構(gòu)等，即數(shù)據(jù)文件及其數(shù)據(jù)項在介質(zhì)上等具體存儲結(jié)構(gòu)。(3)存放位置指根數(shù)據(jù)庫文件和索引文件等在介質(zhì)上等具體存儲位置。(4)存儲介質(zhì)指用于存儲文件等物理存儲設(shè)備，包括磁盤、磁帶、光盤、磁盤陣列、磁帶庫等。

六、數(shù)據(jù)庫實施SQL數(shù)據(jù)庫是一個移動型的小型數(shù)據(jù)庫，通常在小型個人機(jī)上安裝，也可在小型工作組服務(wù)器上安裝使用，它在數(shù)據(jù)庫模式定義，數(shù)據(jù)類型，完整性約束，安全性支持，存儲過程的支持等方面功能和支持程度和大型數(shù)據(jù)庫功能相當(dāng)。創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫對象，部分代碼如下所示。1.數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建CREATEDATABASEschool;USEschool;2.系統(tǒng)管理員表創(chuàng)建CREATETABLEAdmin(ADMIN_USERVARCHAR(50)NOTNULL,ADMIN_PSWDVARCHAR(50)NOTNULL,ADMIN_PERMITVARCHAR(50)NOTNULL,SaltVARCHAR(10)NOTNULL,PRIMARYKEY(ADMIN_USER));3.教師信息表創(chuàng)建CREATETABLETeacher(TnoVARCHAR(50)NOTNULL,TnameVARCHAR(50)NOTNULL,TsexVARCHAR(1)NOTNULL,T_DnoVARCHAR(50)NOTNULL,TindateDATETIMENOTNULL,PRIMARYKEY(Tno));4.學(xué)生信息表創(chuàng)建CREATETABLEStudent(SnoVARCHAR(50)NOTNULL,SnameVARCHAR(50)NOTNULL,SsexVARCHAR(1)NOTNULL,S_DnoVARCHAR(50)NOTNULL,SindateDATETIMENOTNULL,PRIMARYKEY(Sno));

七、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)數(shù)據(jù)庫試運(yùn)行完畢，進(jìn)入正式運(yùn)行階段。這個階段就是數(shù)據(jù)庫運(yùn)行的常態(tài)了，需要對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行監(jiān)控和維護(hù)。DBMS建立數(shù)據(jù)庫運(yùn)行的日志，DBA對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行維護(hù)，包括數(shù)據(jù)庫日志的審計、數(shù)據(jù)庫內(nèi)容的備份甚至數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的修改。7.1數(shù)據(jù)庫維護(hù)數(shù)據(jù)庫既是共享的資源，又要進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｃ堋BA必須對數(shù)據(jù)庫安全性和完整性控制負(fù)起責(zé)任。尤其在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)普遍引應(yīng)用的今天，保證數(shù)據(jù)安全、防止黑客攻擊、防止病毒入侵等，都是DBA所需要面對的。按照設(shè)計階段提供的安全防范和故障恢復(fù)規(guī)范，DBA要經(jīng)常檢查系統(tǒng)的安全是否受到侵犯，根據(jù)用戶的實際需要授予用戶不同的操作權(quán)限。數(shù)據(jù)庫在運(yùn)行過程中，由于應(yīng)用環(huán)境發(fā)生變化，對安全性的要求可能發(fā)生變化，DBA要根據(jù)實際情況及時調(diào)整相應(yīng)的授權(quán)和密碼，以保證數(shù)據(jù)庫的安全性。同樣數(shù)據(jù)庫的完整性約束條件也可能會隨應(yīng)用環(huán)境的改變而改變，這時DBA也要對其進(jìn)行調(diào)整，以滿足用戶的要求。7.2檢測并改善數(shù)據(jù)庫性能目前許多DBMS產(chǎn)品都提供了檢測系統(tǒng)性能參數(shù)的工具，DBA可以利用系統(tǒng)提供的這些工具，經(jīng)常對數(shù)據(jù)庫的存儲空間及響應(yīng)時間進(jìn)行分析評價；結(jié)合用戶的反映情況確定改進(jìn)措施；及時改正運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的錯誤；按用戶的要求對數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)有功能進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)充。但要注意在增加新功能時應(yīng)保證原有功能和性能不受損害。7.3重新組織和構(gòu)造數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫建立后，除了數(shù)據(jù)本身是動態(tài)變化外，隨著應(yīng)用環(huán)境的變化，數(shù)據(jù)庫本身也必須變化以適應(yīng)應(yīng)用要求。數(shù)據(jù)庫運(yùn)行一段時間后，由于記錄在不斷增加、刪除和修改，會改變數(shù)據(jù)庫的物理存儲結(jié)構(gòu)