數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的核心。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是由一組基于操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理通用軟件組成的軟件系統(tǒng)，是操作系統(tǒng)和用戶之間的數(shù)據(jù)管理軟件，負責實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)維護和數(shù)據(jù)控制。1961年，美國通用電氣公司開發(fā)了世界上第一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)——集成數(shù)據(jù)存儲(IDS ),這標志著第一代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)——網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的出現(xiàn)。1968年，IBM推出的IMS(信息管理系統(tǒng))是第一個大型商業(yè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。1970年，Edgar F.Codd提出了一個關系數(shù)據(jù)模型來解決第一代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的問題。1974年，IBM開發(fā)了第二代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SystemR。該系統(tǒng)證實了Edgar F.Codd的關系數(shù)據(jù)模型的可行性、有效性和優(yōu)越性，并直接推動了數(shù)據(jù)操作語言SQL的出現(xiàn)。隨后，商用關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相繼出現(xiàn)。一般來說，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能包括數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)庫操作管理、數(shù)據(jù)存儲和管理、數(shù)據(jù)庫建立和維護、數(shù)據(jù)通信接口等。

背景

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是隨著數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的誕生而出現(xiàn)的。50年代中期，計算機主要用于科學計算，沒有磁盤存儲設備和操作系統(tǒng)軟件。數(shù)據(jù)大多以穿孔紙帶的形式進行物理存儲和處理，數(shù)據(jù)管理主要依靠人工。50年代后期，隨著磁盤、磁鼓等直接存儲設備的出現(xiàn)，以及軟件領域操作系統(tǒng)的存在，計算機不僅可以用于科學計算，還可以用于數(shù)據(jù)管理，從而進入文件系統(tǒng)階段。在這個階段，操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)模塊管理存儲的數(shù)據(jù)。但是，由于文件之間的相對獨立性，文件系統(tǒng)缺乏完整統(tǒng)一的管理和共享數(shù)據(jù)的能力，因此其缺點是數(shù)據(jù)冗余和不一致性較多，數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系較弱，數(shù)據(jù)的邏輯獨立性較差，并且由于文件服務于特定的應用，因此很難在現(xiàn)有數(shù)據(jù)上擴展新的應用。

20世紀60年代以后，隨著計算機在數(shù)據(jù)管理領域的廣泛應用，人們對數(shù)據(jù)管理技術提出了更高的要求:希望為企業(yè)或部門組織數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)冗余，提供更高的數(shù)據(jù)共享能力，同時要求程序和數(shù)據(jù)具有更高的獨立性。當數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，不涉及數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)，也不影響應用程序，從而降低了應用程序的開發(fā)和維護成本。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應運而生，數(shù)據(jù)管理進入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的應用與數(shù)據(jù)的關系是通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)來實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)由此誕生。

第一代:網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

20世紀60年代，美國啟動了阿波羅載人登月工程。這個項目需要處理和管理龐大的數(shù)據(jù)。在此背景下，1961年，美國通用電氣公司開發(fā)了世界上第一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)——集成數(shù)據(jù)存儲(IDS)，標志著網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的出現(xiàn)，這一系統(tǒng)在當時得到了廣泛的分布和應用。1968年，IBM推出了基于分層數(shù)據(jù)模型的IMS(信息管理系統(tǒng))，這是第一個標志性的大型商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，也是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的第一個商用產(chǎn)品，并成功應用于商業(yè)、金融等領域。

在此期間，為了幫助建立數(shù)據(jù)庫標準，數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言會議(CODASYL)成立了一個表格處理工作隊，其中包括美國政府和商業(yè)界的代表。1967年，CODASYL更名為DataBaseTaskGroup (DBTG)。1971年，數(shù)據(jù)庫任務組(DBTG)發(fā)表了第一份正式報告，該報告包括三個部分:網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫模型、數(shù)據(jù)定義語言(DDL)和數(shù)據(jù)操作語言(DML)的規(guī)范。DBTG系統(tǒng)和分層方法代表了第一代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

因為第一代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要依賴于網(wǎng)格或?qū)哟螖?shù)據(jù)模型。這類數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)復雜、數(shù)據(jù)定義和數(shù)據(jù)修改不方便的缺點，因此很快被基于關系數(shù)據(jù)模型的第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所取代。

第二代:關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

1970年，Edgar F.Codd在他的論文《大型共享數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)關系模型》中提出了關系數(shù)據(jù)模型，以解決網(wǎng)絡和層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中存在的問題。Edgar F.Codd建議將數(shù)據(jù)存儲在由行和列組成的簡單表格中，而不是存儲在層次結(jié)構(gòu)中，這樣當用戶查詢數(shù)據(jù)時，就不需要知道它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。1974年，IBM開發(fā)了關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SystemR。該系統(tǒng)證實了Edgar F.Codd的關系數(shù)據(jù)模型的可行性、有效性和優(yōu)越性，并直接推動了數(shù)據(jù)操作語言SQL的出現(xiàn)，成為關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)的標準語言。隨后，商業(yè)關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)如雨后春筍般出現(xiàn)并得到廣泛應用。典型的關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)包括Oracle、DB2、Informix、Sybase等。1976年，Honeywell公司開發(fā)了Multics關系數(shù)據(jù)庫(MRDS)，這是第一個商用關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)。關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)被稱為第二代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。由于關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有模型簡單明了、理論基礎好、數(shù)據(jù)獨立性強、數(shù)據(jù)庫語言非過程化、標準化等特點，因此在數(shù)據(jù)庫市場上迅速取得了壟斷地位，關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)仍然是目前市場份額最大的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

第三代:對象關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

1976年，美籍華人計算機科學家彼得。陳提出的實體關系模型作為一種概念數(shù)據(jù)庫設計技術已被廣泛接受。此外，Edgar F.Codd試圖通過稱為RM/T(1979)和隨后的RM/V2(1990)的關系模型的擴展版本來解決他的工作中的一些缺點。擴展的關系模型更接近真實世界的描述，被歸類為語義數(shù)據(jù)建模。為了適應越來越復雜的數(shù)據(jù)庫應用，出現(xiàn)了兩種新型系統(tǒng):OODBMS(面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))和ORDBMS(面向?qū)ο箨P系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))。然而，與以前的數(shù)據(jù)模型不同，這些模型的實際組成并不清楚。這些變化促使了第三代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的出現(xiàn)。

20世紀90年代以后，互聯(lián)網(wǎng)、多層B/S結(jié)構(gòu)和企業(yè)數(shù)據(jù)庫與Web應用的集成已經(jīng)成為一種趨勢。90年代末建立了對象關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，不僅支持廣泛使用的SQL，而且具有良好的通用性和面向?qū)ο筇匦裕С謴碗s對象和復雜對象的復雜行為。對象關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)滿足了新的應用領域的需求和傳統(tǒng)應用領域深化發(fā)展的需要。人們將面向?qū)ο蠹夹g與數(shù)據(jù)庫技術相結(jié)合的系統(tǒng)稱為第三代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或新一代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

應用程序通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)訪問和維護數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以特定的結(jié)構(gòu)化方式管理和保存數(shù)據(jù)。為了從大量的數(shù)據(jù)中快速找到所需的數(shù)據(jù)，并對龐大的數(shù)據(jù)庫進行日常維護，有必要使用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是操縱和管理數(shù)據(jù)庫的大型軟件，用于建立、使用和維護數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一的管理和控制，以保證數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性。用戶通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫管理員也通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)維護數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)可以制作多個應用程序，允許用戶在同一時間或不同時間使用不同的方法建立、修改和查詢數(shù)據(jù)庫。大多數(shù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都提供了數(shù)據(jù)定義語言、數(shù)據(jù)操作語言和數(shù)據(jù)控制語言，供用戶定義數(shù)據(jù)庫模式結(jié)構(gòu)和權(quán)限約束，實現(xiàn)添加、刪除數(shù)據(jù)等操作。

在數(shù)據(jù)庫中，因為數(shù)據(jù)是按照一定的數(shù)學模型組織的。因此，從數(shù)據(jù)模型的角度來看，根據(jù)計算機系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)模型的不同，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要可以分為以下幾類:

分層數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

分層數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的典型代表是IMS，它是美國IBM公司開發(fā)的第一個大型商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并得到了廣泛的應用。在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)管理模型是分層數(shù)據(jù)模型，即采用樹結(jié)構(gòu)來表示實體及其關系。在層次模型中，文件或記錄之間的關系形成一個層次結(jié)構(gòu)。分層數(shù)據(jù)庫將記錄集表示為倒置的樹結(jié)構(gòu)。一棵樹的節(jié)點代表實體集，一棵樹可以定義為一組節(jié)點，即有一個專門指定的節(jié)點叫做根(node)，其他節(jié)點只有一個父節(jié)點。節(jié)點之間的連線表示兩個相連的實體集之間的關系，只能是“1: m”。通常代表1的實體集放在最上面，稱為父節(jié)點，代表M的實體集放在最下面，稱為子節(jié)點。記錄之間的聯(lián)系是通過指針來實現(xiàn)的，查詢效率高，但缺點是復雜難掌握。

網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的典型代表是CODASYL提出的DBTG系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)模型是一個網(wǎng)絡模型，即實體類型和實體之間的關系用有向圖結(jié)構(gòu)來表示。和層次模型一樣，記錄之間的關系也是通過指針來實現(xiàn)的，可以很容易地實現(xiàn)M: N關系，查詢效率高。但它也有和層次模型類似的缺點，就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復雜，編程也復雜。

關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型采用IBM研究員Edgar F.Codd在他的論文中提出的關系模型。在關系模型中，用一個叫做“關系”的二維表來組織數(shù)據(jù)，也就是用一個二維表結(jié)構(gòu)來表示實體和實體之間的關系。背后可能有復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來保證對各種數(shù)據(jù)操作的快速響應，但數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的用戶不需要關聯(lián)，從而提高了數(shù)據(jù)庫開發(fā)人員的效率。

MySQL

MySQL是一個關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)，由瑞典的MySQL AB公司開發(fā)。MySQL是流行的關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之一，MySQL是Web應用中最好的RDBMS應用之一。關系數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)存儲在不同的表中，而不是將所有數(shù)據(jù)存儲在一個大倉庫中，這提高了速度和靈活性。

Oracle

Oracle是美國Oracle公司(甲骨文公司)提供的一套以分布式數(shù)據(jù)庫為核心的軟件產(chǎn)品，是目前最流行的客戶機/服務器或B/S架構(gòu)的數(shù)據(jù)庫之一。比如SilverStream就是一個基于數(shù)據(jù)庫的中間件。Oracle數(shù)據(jù)庫是目前世界上應用最廣泛的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。作為一個通用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它具有完整的數(shù)據(jù)管理功能。作為關系數(shù)據(jù)庫，它是完全關系的產(chǎn)物；作為一個分布式數(shù)據(jù)庫，它實現(xiàn)了分布式處理功能。但是它的所有知識，只要在一個機型上學習甲骨文知識，就可以用在各種類型的機器上。

MicrosoftSQL Server

SQL Server是微軟公司推出的關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，具有使用方便、可擴展性好、與相關軟件集成度高等優(yōu)點。它可以跨多種平臺使用，從運行Microsoft Windows 98的筆記本電腦到運行Microsoft Windows 2012的大型多處理器服務器。MicrosoftSQL Server是一個全面的數(shù)據(jù)庫平臺，它通過使用集成的商業(yè)智能(BI)工具來提供企業(yè)級數(shù)據(jù)管理。MicrosoftSQLServer數(shù)據(jù)庫引擎為關系數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提供了更加安全可靠的存儲功能，使用戶能夠為企業(yè)構(gòu)建和管理高可用性和高性能的數(shù)據(jù)應用程序。

Access

Access是微軟公司推出的小型關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。和Word、Excel、PowerPoint一樣，也是Office系列辦公軟件的重要組成部分之一。Access功能強大，操作簡單，為用戶提供了數(shù)據(jù)管理工具集和數(shù)據(jù)庫應用程序的開發(fā)環(huán)境。它主要適用于小型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)，是目前流行的桌面數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之一。

PostgreSQL

PostgreSQL是一個自由軟件對象關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(ORDBMS ),功能齊全，基于加州大學計算機系開發(fā)的PostgreSQL。POSTGRES的很多領先概念是在相對較晚的階段才出現(xiàn)在商業(yè)網(wǎng)站的數(shù)據(jù)庫中的。PostgreSQL支持大多數(shù)SQL標準，并提供許多其他現(xiàn)代功能，如復雜查詢、外鍵、觸發(fā)器、視圖、事務完整性和多版本并發(fā)控制。類似地，PostgreSQL可以在許多方面進行擴展，例如添加新的數(shù)據(jù)類型、函數(shù)、運算符、聚合函數(shù)、索引方法和過程語言。此外，由于許可證的靈活性，任何人都可以出于任何目的免費使用、修改和分發(fā)PostgreSQL。

BigTable

BigTable是一個非關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。它是一種稀疏的、分布式的、持久的多維排序圖，可以快速可靠地處理PB級數(shù)據(jù)，可以部署到數(shù)千臺機器上。BigTable已經(jīng)應用于60多個谷歌產(chǎn)品和項目，包括谷歌分析、谷歌財務、Orkut、個性化搜索、Writely和谷歌地球。這些產(chǎn)品對BigTable提出了不同的要求，有的需要高通量批處理，有的需要及時向終端用戶提供響應數(shù)據(jù)。他們使用的BigTable集群的配置也大相徑庭。一些集群只有幾臺服務器，而另一些集群需要數(shù)千臺服務器，存儲數(shù)百TB的數(shù)據(jù)。

Cassandra

Cassandra是一個免費、開源、分布式、寬列存儲NoSQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，旨在處理許多商業(yè)服務器上的大量數(shù)據(jù)。

MongoDB

MongoDB是由其同名公司(原名10Gen)開發(fā)的開源軟件，其特點是高性能和高可擴展性。這是一個面向文檔的NoSQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

CouchDB

CouchDB是一個開源的面向文檔的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。CouchDB可以安裝在大多數(shù)操作系統(tǒng)上，包括Linux和MacOSX X，CouchDB的文檔更新模型是無鎖的，所以CouchDB、SQL和CouchDB的結(jié)構(gòu)不需要預定義，沒有固定的模式，所以它是任意結(jié)構(gòu)的文檔集合。數(shù)據(jù)不必滿足任何范式，存在數(shù)據(jù)冗余；用戶不需要知道文檔結(jié)構(gòu)，甚至不需要知道文檔名稱；屬于動態(tài)模式下的靜態(tài)查詢。

連接管理器和安全管理器

連接管理器提供了建立數(shù)據(jù)庫連接的設備。可以在本地設置，也可以通過網(wǎng)絡設置，后者更常見。它驗證登錄憑證，如用戶名和密碼，并返回連接句柄。數(shù)據(jù)庫連接可以作為單個進程運行，也可以作為進程中的一個線程運行。線程代表進程的內(nèi)部執(zhí)行路徑，是處理器調(diào)度的最小單位。一個進程可以包含多個線程，這些線程可以共享資源(比如內(nèi)存)。安全管理器驗證用戶是否具有執(zhí)行所需數(shù)據(jù)庫操作的適當權(quán)限。例如，一些用戶擁有讀取數(shù)據(jù)的權(quán)限，而另一些用戶擁有寫入數(shù)據(jù)的權(quán)限。安全管理器從目錄中檢索這些權(quán)限。

DDL編譯器

DDL編譯器編譯DDL中的數(shù)據(jù)定義。理想情況下，DBMS應該提供三個DDL:一個用于內(nèi)部數(shù)據(jù)模型，一個用于邏輯數(shù)據(jù)模型，一個用于外部數(shù)據(jù)模型。然而，對于使用SQL作為DDL的關系數(shù)據(jù)庫，在大多數(shù)情況下，它是具有三個不同指令集的單個DDL。DDL編譯器首先解析DDL定義并檢查其語法正確性。然后，它將數(shù)據(jù)定義轉(zhuǎn)換為內(nèi)部形式，并在出現(xiàn)錯誤時輸出錯誤提示。編譯成功后，它將在目錄中注冊數(shù)據(jù)定義，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的所有其他組件都可以通過目錄使用這些定義。

詢問處理程序

查詢處理器是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)最重要的組成部分之一。它幫助我們執(zhí)行與數(shù)據(jù)庫查詢相關的操作，例如從數(shù)據(jù)庫中檢索數(shù)據(jù)、插入數(shù)據(jù)、更新數(shù)據(jù)和刪除數(shù)據(jù)。大多數(shù)DBMS供應商都有自己專用的查詢處理器，通常包括DML編譯器、查詢解釋器、查詢重寫器、查詢優(yōu)化器和查詢執(zhí)行器。

四層架構(gòu):存儲管理器

存儲管理器管理物理文件訪問，以確保正確有效地存儲數(shù)據(jù)。它由事務管理器、緩沖管理器、鎖管理器和恢復管理器組成。

DBMS工具

除了前面討論的組件之外，數(shù)據(jù)庫管理部門還附帶了各種工具。加載工具支持從各種來源(如其他數(shù)據(jù)庫管理部門、文本文件、Excel文件等)加載信息。)到數(shù)據(jù)庫里。重組工具自動重組數(shù)據(jù)以提高性能。性能監(jiān)控工具報告各種關鍵性能指標，如占用的存儲空間、查詢響應時間和事務吞吐量，以監(jiān)督數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。用戶管理工具支持用戶組或帳戶的創(chuàng)建以及權(quán)限的分配。數(shù)據(jù)庫管理工具通常包括備份和恢復工具。

DBMS接口

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)需要與許多成員進行交互，如數(shù)據(jù)庫設計者、數(shù)據(jù)庫管理員、應用程序和最終用戶。為了促進這些交互，它提供了各種用戶接口，如基于網(wǎng)絡的接口、獨立查詢語言接口、命令行接口、基于表單的接口、用戶圖形接口、自然語言接口、應用編程接口(API)、管理接口和網(wǎng)絡接口。

一般來說，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能主要包括以下六個方面。

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)定義功能：數(shù)據(jù)定義包括定義構(gòu)成數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的模式、存儲模式和外部模式，定義外部模式和模式之間的映射，定義模式和存儲模式之間的映射，定義相關約束。例如，為確保數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確語義而定義的完整性規(guī)則、為確保數(shù)據(jù)庫的安全性而定義的用戶密碼和訪問權(quán)限等。

數(shù)據(jù)處理功能：數(shù)據(jù)操作包括數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的檢索、插入、修改和刪除等基本操作。

數(shù)據(jù)庫操作管理：管理數(shù)據(jù)庫的操作是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的核心部分，包括并發(fā)控制、安全檢查、完整性約束的檢查和實現(xiàn)以及數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部維護(如索引和數(shù)據(jù)字典的自動維護)。所有訪問數(shù)據(jù)庫的操作都應在這些控制程序的統(tǒng)一管理下進行，以確保數(shù)據(jù)的安全性、完整性和一致性，以及多個用戶對數(shù)據(jù)庫的并發(fā)使用。

數(shù)據(jù)存儲和管理功能：數(shù)據(jù)庫需要存儲各種數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)字典、用戶數(shù)據(jù)、訪問路徑等。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)負責將這些數(shù)據(jù)分門別類地組織、存儲和管理，確定用什么樣的文件結(jié)構(gòu)和訪問方式在物理上組織這些數(shù)據(jù)，如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，從而提高存儲空間的利用率，提高隨機查找、順序查找、添加、刪除、修改的時間效率。

數(shù)據(jù)庫建立和維護功能：數(shù)據(jù)庫的建立包括數(shù)據(jù)庫初始數(shù)據(jù)的輸入和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)庫維護包括數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)儲和恢復、數(shù)據(jù)庫重組和重建、性能監(jiān)控和分析等。

數(shù)據(jù)通信接口功能：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)需要提供與其他軟件系統(tǒng)通信的功能。例如，它提供了與其他數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或文件系統(tǒng)的接口，以便可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為另一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或文件系統(tǒng)可以接收的格式，或者可以接收來自其他數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。除上述功能外，為適應數(shù)據(jù)共享環(huán)境，現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)一般還具有數(shù)據(jù)完整性維護、安全保護、多用戶并發(fā)控制和故障恢復等功能。

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是管理數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心組成部分。用戶在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的所有操作，包括數(shù)據(jù)定義、查詢、更新和各種控制，都是通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進行的。

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的工作模式如下:

1接收來自應用程序的數(shù)據(jù)請求和處理請求。

將用戶的數(shù)據(jù)請求轉(zhuǎn)換成復雜的機器代碼。

3 .實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作。

4接收對數(shù)據(jù)庫操作的查詢結(jié)果。

5.處理查詢結(jié)果。

6.將處理結(jié)果返回給用戶。

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)總是基于某種數(shù)據(jù)模型，因此它可以看作是某種數(shù)據(jù)模型在計算機系統(tǒng)上的具體實現(xiàn)。根據(jù)不同的數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)分為層次型、網(wǎng)絡型、關系型和面向?qū)ο笮汀Ｔ诓煌挠嬎銠C系統(tǒng)中，由于缺乏統(tǒng)一的標準，即使是具有相同數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，在用戶界面和系統(tǒng)功能方面也往往是不同的。

數(shù)據(jù)是統(tǒng)一組織和管理的：由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使用復雜的數(shù)據(jù)模型來表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)模型不僅描述了數(shù)據(jù)本身的特征，還描述了數(shù)據(jù)之間的關系，因此數(shù)據(jù)不再是面向某個特定的應用，而是面向整個應用系統(tǒng)。數(shù)據(jù)維護簡單方便，易于擴展，數(shù)據(jù)冗余明顯減少，真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。

高度的數(shù)據(jù)獨立性：數(shù)據(jù)的獨立性是指數(shù)據(jù)和程序的獨立性，將應用程序中的數(shù)據(jù)定義和管理功能分離，由DBMS負責數(shù)據(jù)的存儲和管理。由于數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的管理下采用三層模式結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的邏輯獨立性和物理獨立性得到了明顯的體現(xiàn)。應用程序員不用關心數(shù)據(jù)的存儲位置和存取方法，只需要知道數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，這樣就減輕了負擔。