資料庫系統概述（核心）

本章將分為以下幾個部分來講訴：

資料庫系統的一些基本概念

下面用問題的形式來回答一下一些資料庫基本概念的定義：

1. 什麼是資料？
   按照百度百科的詞條定義：
   資料就是數值，也就是我們通過觀察、實驗或計算得出的結果。資料有很多種，最簡單的就是數位。資料也可以是文字、影象、聲音等。資料可以用於科學研究、設計、查證、數學等。
   但在研究中的資料定義會更加寬泛，資料是：人們用來反映客觀世界時記錄下來可以鑑別的一些符號。當然，這些符號就有文字，數位，資料還包括多媒體資料。

2. 資料有什麼特點？
   資料是有語意的，比如說90這個資料，放在不同的情況下就有不同的含義，比如考試成績90分，汽車車速90 km/h等等。

3. 什麼是資料庫？
   資料庫又叫Database,在程式設計師中又經常叫做DB，它的職責：
   1.就是讓資料可以在計算機內可以長期的儲存，同時資料又可以按照一定的資料模型組織，通俗的來講就是表結構。
   2.可以讓使用者共用，就是可以讓人進行crud。(Create)、(Retrieve)、(Update)、(Delete)
   3.為某個應用服務，現在的資料庫可能服務的系統不止一個，但就是提供服務的意思。
   4.資料之間的關係，密切聯絡。
   當然，這種功能在作業系統中的檔案系統也是可以做到的，但為啥用資料庫系統不用檔案系統這裡就不過多的闡述了。

4. 什麼是資料庫管理系統
   資料庫管理系統又叫Database Management System (DBMS) ，就是我們通常用的用來建立和維護資料庫的一些程式，比如Oracle11g,MySql等等。這裡就會有人混了，咦你說的這個不是資料庫嗎？資料庫其實就是一個儲存資料的倉庫，有了一些大家熟悉的資料庫系統，程式設計師才能很好的運算元據。
   資料庫系統和資料庫之間還夾著作業系統呢。

5. 什麼是資料庫模式？
   大學生在課堂上上資料庫的課的時候老師就會講資料庫啊，有三種模式，內模式，外模式，模式（邏輯模式），但由於大學生一開始學的時候對資料庫概念的不熟悉，所以就不容易弄懂，但這是核心講解就不多闡述資料庫的使用與設計過程了。

資料庫系統的一些實現問題

接下來假裝我們自己實現了一個簡陋的資料庫吧！暫且起名就叫Treeses DBMS吧！
 1.首先 咱DBMS要解決的第一件事就是 資料庫檔案怎麼儲存？
 第一步，我們要考慮我們的資料庫要使用什麼編碼方式來儲存，二進位制？ASC-II碼？

 東西都是要用檔案來儲存的，資料庫也不例外，檔案在記憶體上最終都是用二進位制來儲存的，為了讓我們看起來方便，我們這裡就給咱資料庫用 ASC-II碼儲存吧！

 於是我們就實現了細節，關係通過檔案（ASC-II）儲存，其中檔案存在位置 /user/db/data/table/user.db裡吧。

 以上我們就是我們的資料庫表的儲存，但是既然是關係型資料庫，那麼一些模式（表結構）總也是要儲存的吧，要不然怎麼知道這個表是用來幹啥的呢，於是，我們需要把這個表的一個表結構儲存在檔案 /user/db/model/table_structure.db 裡吧。

 於是乎，我們解決了表結構的儲存問題。

 有了表結構，我們忽略中間的快取，記憶體，索引，SQL解析等等等等的問題，我們要直接使用我們做好的SQL語句來進行查詢吧！
  我們執行了以下語句：

  然後我們要怎麼處理這些個資料呢？
    第一步我們要讀取table_structure.db的檔案，獲取user表的表結構；
    然後讀取user對應的檔案user.db，對於檔案的每一行做檢查，如果滿足條件則輸出，沒有滿足條件則跳到下一行。
   直到表結束了。

很簡單吧，接下來：
 假設我們還有一個表叫標準身材表（standard_stature.db），裡面每一個身高對應一個標準的體重。
 我們執行了以下語句：

  這個語句又應該怎麼處理呢？

  第一步一樣的，讀取table_structure檔案，獲取user表和standard_stature表的表結構；
  然後我們忽略表連線的以下成本分析過程，就按規則來。
  讀user檔案，對於每一行資料，讀standard_stature檔案，對於每一行資料，生成連線元組，檢查條件，若條件滿足，則輸出

  這個時候，Treeses DBMS就具備了定義表和一些資料操作的功能了。但是我們的Treeses DBMS存在一些什麼問題呢？

• 我們的查詢效率真的很高嗎？
    如果我們能先把選擇操作先做了呢？那連線的操作是不是可以更少？以下做個簡單的計算吧！
    假設table_structure表有1000個資料，standard_stature有100個資料，按照原來的方案。（不考慮記憶體）
        1000100=100000 io。
    現在，我們先對錶進行篩選，比如A表滿足要求的資料500條，B表滿足要求的資料50條，那先兩個表進行篩選的io次數 1000+50=1500，剩餘的資料量為500條與50條，io次數50050=25000次，一共使用25000+1500=16500次。很明顯，效率快了將近10倍，但實際上真的是所有情況下io次數都會減少嗎？這個留待讀者自己思考。

• 我們的元組實際上是平鋪在磁碟上的，考慮ASCII儲存的代價是否過於昂貴呢？我們要修改表的元組是否太過於麻煩呢？我們要刪除表元組是否代價也很高呢？

• 我們的資料全都是從磁碟直接讀取，要知道磁碟io的代價是非常高的，我們是不是要考慮緩衝區來優化我們的資料存取效率呢？

• 如果有很多使用者一起存取，我們怎麼保證資料是否是正確的呢？比如說我修改了這個資料的時候，你要在讀取這個資料，怎麼辦？

• 資料庫缺乏索引，查詢效率是不是有點低下呢？每次查詢資料都要讀入整個的關係呢？至於索引為什麼可以提高查詢效率在後續的文章中會有詳細的講解。

• 資料庫的可靠性怎麼保證呢？比如說突然斷電了？咱資料庫是不是沒有一個資料庫系統出現故障的時候的一個恢復機制，容易出現資料不一致的情況？

• 資料庫怎麼提供給應用程式使用？沒有API?

• 資料字典的組織是不是做的特別差呢？

綜合評價，這資料庫系統是否沒法商用呢（唉，時隔多年這麼評價自己當初做過的資料庫系統也是尷尬，大家可以去 https://github.com/nainaiguang/Treeses.git ）

實際上資料庫怎麼表達是個很複雜的問題，在後續的文章中會陸續的說到，上面的方式只是一個簡單的說明。

資料庫系統的一些設計問題

資料庫系統的設計問題指我們在使用資料庫系統時候的一些問題，本文提供思路，具體學習還是要讀者自己去學習。不是本系列的重點哈哈哈哈哈

資料庫模式設計的不規範可能帶來的問題。如資料冗餘，更新異常，插入異常，刪除異常等等。

資料庫系統的一些存取問題

就是如何定義資料庫語言，資料庫語言如下：

1. 資料庫定義語言 （Data Definition Language DDL），資料庫存取模式
   包括：create bable;alter table drop table
2. 資料庫操作語言 （Data Manipulation Language DML）,資料庫存取資料
   包括:insert,delete,select update
3. 資料庫控制語言 （Data Control Language DCL） 存取存取控制資訊
   包括： grant;recoke

碼字好累，各位看官支援支援，謝謝，下一文我將會為大家繪畫一個資料庫完整應該有的架構，以後的文章將會圍繞這個架構核心進行展開，謝謝大家！