数据库操作与恢复机制详解

# 数据库操作与恢复机制详解 ## 1. 数据库操作功能 数据库操作包含多个重要功能，以下为您详细介绍： | 功能 | 描述 | | --- | --- | | 创建 | 依据存储模式创建数据库，并填充数据，涵盖大量数据文件、索引文件和数据库目录的创建、初始化与数据填充。 | | 数据库初始化/终止 | 每个会话开始时需初始化数据库，结束时终止。初始化涉及设置系统缓冲区、系统参数、备份文件和运行时表等；终止时要从当前缓冲区更新相关文件和表，释放所有锁并关闭所有文件，确保数据库处于完整且自洽的状态。 | | 运行单元初始化/终止 | 运行单元执行前需在数据库中记录，并加载和初始化必要的外部模式表；每个进程结束时，需更新并关闭这些表。 | | 事务处理 | 为每个事务打开、读取、解释和更新必要的数据文件和索引文件，调用并发控制程序并生成备份数据。还会进行执行时查询优化和访问路径选择，以及隐私检查和数据完整性检查。事务开始时调用提交单元并应用必要的检索和更新锁，结束时释放所有锁。若事务失败，需借助恢复管理器将数据库恢复到先前状态。 | | 子事务处理 | 一个事务可由一个或多个子事务组成，每个子事务包含一个或多个数据库输入/输出和计算操作。例如，关系查询可由多个关系操作（如连接、并集等）组成，每个操作都是一个子事务。 | | 缓冲区管理 | 理想情况下，应优化管理所有缓冲区以减少磁盘访问。 | | 其他 | 需要错误处理和分析例程来报告任何阶段的错误。许多例程需用可重入代码编写，以支持多线程，实现高效并发处理。 | ## 2. 数据库操作概念 ### 2.1 内存结构 数据库存储在辅助内存（假设为磁盘）中，主内存包含以下内容： 1. 计算机操作系统 2. 数据库控制系统（DBCS） 3. 对象内部模式（包括 CS/IS 目录） 4. 对象外部模式（包括 ES/CS 目录） 5. 对象应用程序（包括 AP/ES 目录） 6. 用户工作区（UWA）：作为 DBCS 和应用程序之间的加载和卸载区域 7. 错误状态指示器：指示 DM 命令的结果，不同错误有不同的错误代码，值为 0 表示命令成功 8. 系统缓冲区：包括输入/输出（I/O）缓冲区和保留区域，用于减少物理输入/输出操作 ### 2.2 请求记录操作流程 当进程从数据库请求记录时，操作流程如下： 1. 应用程序使用 DM 命令向 DBCS 调用一个或多个外部模式（ES）记录，并指定选择所需的参数。 2. DBCS 根据对象 ES 中的信息分析调用（若程序编译时未完成此操作），对于无效调用，设置错误状态指示器并将控制返回给程序。确认有效性后，DBCS 通过 AP/ES、ES/CS、CS/ES 目录查找存储模式信息并选择访问路径。 3. DBCS 使用获取的存储模式信息，首先在系统缓冲区中搜索所需记录，若不存在则请求操作系统提供。 4. 操作系统扫描其目录以提取必要信息，在物理数据库中定位所需记录，若调用成功则将记录传递到数据库系统缓冲区。 5. DBCS 更新错误状态指示器，若调用失败则将控制返回给应用程序。 6. 若找到相关记录，DBCS 构造外部记录并将其传输到 UWA。 7. 若调用成功且需要更多记录来满足 DM 命令，DBCS 重复步骤 4 和 5。 8. UWA 中的记录由程序中的宿主语言指令进行必要的操作。 9. DBCS 管理 I/O 系统缓冲区，处理缓冲区溢出情况。 将记录写回数据库时，操作顺序相反，并进行额外的更新一致性检查。从上述操作流程可以看出，数据库和程序之间的数据传输效率较低，其效率取决于 DBCS。 ### 2.3 操作流程 mermaid 图 ```mermaid graph LR A[应用程序] -- 1. 调用 ES 记录 --> B[DBCS] B -- 2. 分析调用 --> B B -- 无效调用 --> A B -- 有效调用 --> C[查找存储模式信息和访问路径] C -- 3. 搜索系统缓冲区 --> D{记录是否存在} D -- 存在 --> E[构造外部记录并传输到 UWA] D -- 不存在 --> F[请求操作系统] F -- 4. 扫描目录 --> G[定位记录] G -- 5. 传递记录 --> H[数据库系统缓冲区] H -- 6. 更新错误状态指示器 --> B B -- ```