1.6 数据库的体系结构

数据库系统为了保证数据的逻辑独立性和物理独立性，在体系上采用三级模式和两种映射结构。数据库系统从内到外分为三个层次描述，分别称为内模式、模式和外模式。两种映射是：外模式/模式映射和模式/内模式映射。

1.6.1 三级模式

数据库系统的三级模式如图1.15所示。

图1.15 数据库的三级模式

1.模式

模式也称逻辑模式，是数据中全体数据的逻辑结构和特征描述，是所有用户的公共数据视图。它是数据库系统模式结构的中间层，既不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，也与具体的应用程序及其所使用的开发工具无关。

一个数据库只有一个模式。数据库模式以某一种数据模型为基础，统一综合地考虑了所有用户的需求，并将这些需求有机地结合成一个逻辑整体。DBMS提供描述语言（模式DDL）来严格定义模式，定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构（包括数据记录由哪些数据项构成，数据项的名字、类型、取值范围等），而且要定义数据之间的联系，定义与数据有关的安全性、完整性要求。

2.外模式

外模式也称子模式或用户模式，它是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看到和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关数据的逻辑表示。外模式通常是模式的子集，一个数据库可以有多个外模式。由于它是各个用户的数据视图，如果不同的用户在应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求等存在差异，则其外模式描述就是不同的。即使对模式中同一数据记录，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同。另一方面，同一个外模式也可为某一用户的多个应用系统所用，但一个应用程序只能使用一个外模式。

外模式是保证数据库安全性的一个重要措施。每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据，数据库中其余数据是不可见的。DBMS提供子模式描述语言（子模式DDL）来严格定义子模式。

3.内模式

内模式也称存储模式，一个数据库只有一个内模式。它是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。

例如，记录的存储方式是顺序存储，按B树结构存储还是按Hash方法存储；索引按照什么方式组织；数据是否压缩存储，是否加密存储记录等。DBMS提供内模式描述语言（内模式DDL，或者存储模式DDL）来严格定义内模式。

1.6.2 两种映射

三级模式间存在两种映射：一种是外模式/模式映射，这种映射把用户数据库与概念数据库联系起来；另一种映射是模式/内模式映射，这种映射把概念数据库与物理数据库联系起来。数据库的三级模式和两种映射保证了数据库的数据独立性，数据独立性包括逻辑数据独立性和物理数据独立性。

1.外模式/模式映射

外模式/模式映射实现了概念模式到内模式之间的相互转换。用户应用程序根据外模式进行数据操作，通过外模式/模式映射，定义和建立某个外模式与模式间的对应关系，将外模式与模式联系起来，当模式发生改变时，只要改变其映射，就可以使外模式保持不变，对应的应用程序也可保持不变，保证了数据与程序的逻辑独立性。

2.模式/内模式映射

模式/内模式映射实现了外模式到概念模式之间的相互转换。通过模式/内模式映射，定义建立数据的逻辑结构（模式）与存储结构（内模式）间的对应关系，当数据的存储结构发生变化时，只需改变模式/内模式映射，就能保持模式不变，因此应用程序也可以保持不变，保证了数据与程序的物理独立性。