数据库物理设计系统_数据库物理设计系统有哪些

具体的数据库设计与实现过程

大致的讲主要是根据用户的需求，然后设计数据库的E-R模型，然后将E-R模型图转换为各种表，并对其进行数据库设计范式（范式因不同书籍有不同）的审核，然后进行数据库的实施，然后运行维护。

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数据库物理设计系统_数据库物理设计系统有哪些

一句话来讲就是将用户的需求变成带有各种关系的表，以及其它的数据库结构，然后供编程使用

具体如下：

按照规范设计的方法，考虑数据库及其应用系统开发全过程，将数据库设计分为以下六个阶段

（1）需求分析。

（2）概念设计。

（3）逻辑设计。

（4）物理设计。

（5）数据库实施。

（6）数据库运行和维护。

5．1．1需求分析阶段

进行数据库设计首先必须准确了解与分析用户需求，包括数据与处理需求。需求分析是整个设计过程的基础，是困难、耗时的一步。作为“地基”的需求分析是否做得充分与准确，决定了在其上构建“数据库大厦”的速度与质量。需求分析做得不好，可能会导致整个数据库重新设计，因此，务必引起高度重视。

5．1．2概念模型设计阶段

在概念设计阶段，设计人员仅从用户角度看待数据及其处理要求和约束，产生一个反映用户观点的概念模式，也称为“组织模式”。概念模式能充分反映现实世界中实体间的联系，又是各种基本数据模型的共同基础，易于向关系模型转换。这样做有以下好处：

（1）数据库设计各阶段的任务相对单一化，设计复杂程度得到降低，便于组织管理。

（2）概念模式不受特定DBMS的限制，也于存储安排，因而比逻辑设计得到的模式更为稳定。

（3）概念模式不含具体的DBMS所附加的技术细节，更容易为用户所理解，因而能准确地反映用户的信息需求。

概念模型设计是整个数据库设计的关键，它通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个于具体DBMS的概念模型。如采用基于E-R模型的数据库设计方法，该阶段即将所设计的对象抽象出E-R模型；如采用用户视图法，则应设计出不同的用户视图。

5．1．3逻辑模型设计阶段

逻辑模型设计阶段的任务是将概念模型设计阶段得到的基本E-R图，转换为与选用的DBMS产品所支持的数据模型相符合的逻辑结构。如采用基于E-R模型的数据库设计方法，该阶段就是将所设计的E-R模型转换为某个DBMS所支持的数据模型；如采用用户视图法，则应进行表的规范化，列出所有的关键字以及用数据结构图描述表中的约束与联系，汇总各用户视图的设计结果，将所有的用户视图合成一个复杂的数据库系统。

5．1．4数据库物理设计阶段

数据库的物理结构主要指数据库的存储记录格式、存储记录安排和存取方法。显然，数据库的物理设计完全依赖于给定的硬件环境和数据库产品。在关系模型系统中，物理设计比较简单一些，因为文件形式是单记录类型文件，仅包含索引机制、空间大小、块的大小等内容。

物理设计可分五步完成，前三步涉及到物理结构设计，后两步涉及到约束和具体的程序设计：

（1）存储记录结构设计：包括记录的组成、数据项的类型、长度，以及逻辑记录到存储记录的映射。

（2）确定数据存放位置：可以把经常同时被访问的数据组合在一起，“记录聚簇（cluster）”技术能满足这个要求。

（3）存取方法的设计：存取路径分为主存取路径及辅存取路径，前者用于主键检索，后者用于辅助键检索。

（4）完整性和安全性考虑：设计者应在完整性、安全性、有效性和效率方面进行分析，作出权衡。

（5）程序设计：在逻辑数据库结构确定后，应用程序设计就应当随之开始。物理数据性的目的是消除由于物理结构的改变而引起对应用程序的修改。当物理性未得到保证时，可能会引发对程序的修改。

数据库物理设计是为逻辑数据模型选取一个适合应用环境的物理结构，包括存储结构和存取方法。

5．1．5数据库实施阶段

根据逻辑设计和物理设计的结果，在计算机系统上建立起实际数据库结构、装入数据、测试和试运行的过程称为数据库的实施阶段。实施阶段主要有三项工作。

（1）建立实际数据库结构。对描述逻辑设计和物理设计结果的程序即“源模式”，经DBMS编译成目标模式并执行后，便建立了实际的数据库结构。

（2）装入试验数据对应用程序进行调试。试验数据可以是实际数据，也可由手工生成或用随机数发生器生成。应使测试数据尽可能覆盖现实世界的各种情况。

（3）装入实际数据，进入试运行状态。测量系统的性能指标，是否符合设计目标。如果不符，则返回到前面，修改数据库的物理模型设计甚至逻辑模型设计。

5．1．6数据库运行和维护阶段

数据库系统正式运行，标志着数据库设计与应用开发工作的结束和维护阶段的开始。运行维护阶段的主要任务有四项：

（1）维护数据库的安全性与完整性：检查系统安全性是否受到侵犯，及时调整授权和密码，实施系统转储与备份，发生故障后及时恢复。

（2）监测并改善数据库运行性能：对数据库的存储空间状况及响应时间进行分析评价，结合用户反应确定改进措施。

（3）根据用户要求对数据库现有功能进行扩充。

（4）及时改正运行中发现的系统错误。

数据库物理结构设计包含哪些内容

数据库设计主要包括需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库的实施和数据库的运行和维护，具体内容如下：

调查和分析用户的业务活动和数据的使用情况，弄清所用数据的种类、范围、数量以及它们在业务活动中交流的情况，确定用户对数据库系统的使用要求和各种约束条件等，形成用户需求规约。

对用户要求描述的现实世界，通过对其中诸处的分类、聚集和概括，建立抽象的概念数据模型。这个概念模型应反映现实世界各部门的信息结构、信息流动情况、信息间的互相制约关系以及各部门对信息储存、查询和加工的要求等。

主要工作是将现实世界的概念数据模型设计成数据库的一种逻辑模式，即适应于某种特定数据库管理系统所支持的逻辑数据模式。与此同时，可能还需为各种数据处理应用领域产生相应的逻辑子模式。这一步设计的结果就是所谓“逻辑数据库”。

根据特定数据库管理系统所提供的多种存储结构和存取方法等依赖于具体计算机结构的各项物理设计措施，对具体的应用任务选定合适的物理存储结构(包括文件类型、索引结构和数据的存放次序与位逻辑等)、存取方法和存取路径等。

数据库逻辑结构设计和物理结构设计

一般可将数据库结构设计分为四个阶段，即需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计和物理设计。

逻辑结构设计的任务是把概念模型，例如E-R图转换成所选用的具体的DBMS所支持的数据模型。在设计关系模型时，为了将来查询统计的需要，也有些是为了标准化的需要，对于某些属性要采用代码。

对一个给定的逻辑数据模型求取与应用需要相适应的物理结构的过程称为数据库物理设计。这种物理结构主要指数据库在物理设备上的存储结构和存取方法。对于关系数据库系统，数据的存储结构与存取方法由DBMS决定并自动实现，我们物理设计主要考虑的是在网络环境下数据库的分布及索引结构。

数据库的物理结构设计指的是什么?

一般开发一个数据库,要进行设计.主要步骤有需求分析,概念结构设计,逻辑结构设计,物理结构设计,数据库实施,数据库运行与维护.物理结构设计就是其中的一步.

数据库的物理结构设计是对已经确定的逻辑数据结构,利用DBMS（数据库管理系统）所提供的方法、技术,以较优的数据存储结构、数据存取路径、合理的数据存放位置以及存储分配,设计出一个高效的、可以实现的物理数据结构.通俗一点说,就是对已经设计好了的逻辑结构,设计出相应的且比较优化的物理结构,设计出的物理结构可以数据存储,该结构中要有实现数据存储、数据存取路径、数据存放位置、存储分配等几个模块.

数据库物理设计的数据库物理设计

数据库物理设计是后半段。将一个给定逻辑结构实施到具体的环境中时，逻辑数据模型要选取一个具体的工作环境，这个工作环境提供了数据存储结构与存取方法，这个过程就是数据库的物理设计。

数据库物理模型

数据库物理模型设计的目标是根据选定的Oracle数据库系统特点和航空物探数据管理与服务的业务处理需求，确定航空物探数据库的物理环境、存取方法和存储结构。即通过数据库物理设计，以便达到物理数据库结构的优化，使得在数据库上运行的各种事务响应时间少、存储空间利用率高、事务吞吐率大。

一、数据库布局

航空物探信息系统的维护数据（部门、岗位、人员、人员权限、数据入库检查规则及数据字典等）相对比较稳定。入库前数据需经过各种检查校对，确认数据正确后才能归档，存入航空物探资料数据库，所以存入资料库前的数据可能经常需要修改和删除，相对变化较大；而存入资料数据库中的数据一般不允许修改和删除，以免误作破坏资料库数据造成损失。

图2-12 航空物探数据库逻辑模型 图2-13 航空物探数据库布局与数据采集流程图

据此，我们采用图2-13所示的数据库数据采集流程，并将航空物探数据库分为资料采集数据库、资料数据库、系统维护数据库分别进行存储和管理，实现数据的统一管理和统一使用，便于数据入库和易于维护等。

航空物探资料数据库是航空物探所有数据终存储的场所。资料采集数据库是数据归档存入资料数据库前的临时“集散地”，在此接收各项检查，在确认数据无误后归档到资料数据库，然后删除资料采集数据库中已归档的数据。此外，资料采集数据库中还保存数据入库、维护、检查日志及归档记录。

系统维护数据库，存储系统维护信息（如系统功能、数据库表清单等）、安全信息（如信息系统用户的角色、权限、授权的系统功能等），数据字典、入库数据检查规则等。将其与航空物探数据分开，有利于系统维护和管理。

二、数据库空间设置

数据库空间设置包括磁盘空间设置、应用系统表空间设置、撤销表空间、临时表空间、日志空间和索引空间设置。

（一）磁盘空间设置

磁盘空间设置的目标：磁盘性能不能阻碍实现数据库性能，数据库磁盘必须专用于数据库文件，否则非数据库将会影响到数据库性能，且磁盘空间必须满足恢复和性能的要求。

航空物探数据库为IBM P620小型机，8块硬盘，每块硬盘36GB空间，每块物理磁盘建立一个文件系统。为了提高磁盘的反应时间和寻道时间，提高I/O的存取效率，除了一块硬盘用于UNIX作系统外，其余7块磁盘分别存放资料采集数据库、系统维护数据库-日志文件，资料数据库及资料数据库的大字段数据、索引、回滚段和数据日志文件。

（二）应用系统表空间设置

信息系统数据采集过程对数据的事务作比较频繁，经常进行数据插入（新数据入库）、修改（入库数据有误）和删除作（数据重新导入或归档入库），因此航空物探资料采集数据库所在的表空间会很活跃。为了不影响其他I/O的竞争，同时也可以提高数据入库的作效率（50多年的历史数据需要集中入库），分配一个磁盘空间（36GB）为采集库的表空间。由于采集数据归档入资料库后被删除，同时进行数据入库的项目也不是很多，虽仍保留所有的采集日志数据，一个磁盘空间也足够使用。

航空物探资料数据库的二维表和Oracle大字段（BLOB）分别存放在不同的物理磁盘（每个磁盘36GB）上，对同时存在有表格数据和大字段数据的数据库表（如航迹线数据）时，可以提高磁盘I/O效率。随着数据入库的项目越来越多，需要增加相应的物理磁盘或磁盘阵列。

系统维护数据库相对稳定，占用磁盘空间约500 M左右。由于系统磁盘有限，把日志文件存放该磁盘中。

（三）撤销表和临时表空间的设置

在Oracle数据库中，撤销的目的是确保事务的回退和恢复。撤销参数有UNDO_MANAGEMENT、UNDO_TABLESPACE和UNDO_RETENTION。

UNDO_MANAGEMENT参数用于数据库中管理撤销数据的方式，航空物探数据库设置为自动模式（auto）。

UNDO_TABLESPACE参数用于指定数据库中保存撤销数据的撤销表空间名称，航空物探数据库撤销表空间名称为UNDO_ARGS_TBSPACE，空间大小设置为20GB，以确保在保留时间内进行恢复。

UNDO_RETENTION参数用于指定已经提交事务的撤销数据在能够覆盖之前应该保留多长时间，本数据库系统设置为60 min。

临时表空间是用以存储大量的排序，与撤销表空间存放在一个物理磁盘上，本数据库系统临时表空间设置为500 M。

（四）日志空间设置

日志的主要功能是记录对数据库已做过的全部作。在系统出现故障时，如果不能将修改数据地写入数据文件，则可利用日志得到该修改，所以不会丢失已有作结果。

日志文件主要是保护数据库以防止故障。为了防止日志文件本身的故障，航空物探数据库系统分别在一个磁盘和系统维护库磁盘中存放日志文件。若系统出现故障，在下次打开数据库时Oracle数据库系统自动用日志文件中的信息来恢复数据库文件。

根据航空物探数据库信息系统同时登录的用户数及使用的功能，将日志文件大小设置为10GB。

（五）索引表空间设置

为了提高航空物探信息系统的查询和统计速度，把所有索引空间与应用表空间完全分开，从而提高I/O存取效率。航空物探索引表空间大小设置为10GB。

聚集是表的一种存储方法，一般每个基本表是单独组织的，但对逻辑上经常在一起查询的表，在物理上也邻近存放，这样可减少数据的搜索时间，提高性能。

当几个关系（表）以聚集方式组织时，是通过公共属性的值为表聚集的依据。航空物探数据库系统是以项目标识（PROJ_ID）建立聚集的，所有涉及项目标识的数据库表直接引用项目标识聚集。航空物探聚集表空间与索引表空间相同。

三、数据库参数设置

在数据库创建前需要对如下数据库参数进行设置，航空物探参数文件名为Initoraargs.ora，各种参数设置如下：

航空物探信息系统建设

四、内存设置

航空物探数据库物理内存为4GB，除部分用于系统开销外，其余全部用于数据库。

Oracle使用共享系统全局区（System Global Area，SGA）内存来管理内存和文件结构，包含DB_block_Buffers、DB_cache_size、Shared_pool_size、Log_Buffer参数。航空物探数据库系统的全局区内存参数设置如下。

DB_block_Buffers参数为SGA中存储区高速缓存的缓冲区数目，每个缓冲区的大小等于参数DB_block_size的大小，DB_block_Buffers=19200（约300 MB）。

Shared_pool_size参数为分配给共享SQL区的字节数，是SGA大小的主要影响者，Shared_pool_size=1228800000（1.2GB）。

DB_cache_size参数是SGA大小和数据库性能的重要的决定因素。该值较高，可以提高系统的命中率，减少I/O，DB_cache_size=1024000000（1GB）。

Log_Buffer参数为重做日志高速缓存大小，主要进行插入、删除和修改回退作，Log_buffer=5120000（5MB）。

五、优化设置

由于航空物探信息系统的采集软件和应用软件是采用MS.NET C＃进行开发的，应用程序与数据库之间的连接有传统的ODBC和OLE DB两种方式。为了支持ODBC在OLE DB技术上建立了相应的OLE DB到ODBC的调用转换，而使用直接的OLE DB方式则不需转换，从而提高处理速度。

在建立数据库表时，参数Pctfree和Pctused设置不正确可能会导致数据出现行链接和行迁移现象，即同一行的数据被保存在不同的数据块中。在进行数据查询时，为了读出这些数据，磁头必须重新定位，这样势必会大大降低数据库的执行速度。因此，在创建表时应充分估计到将来可能出现的数据变化，正确地设置这两个参数，尽量减少数据库中出现的行链接和行迁移现象。

航空物探资料采集数据库表的插入、修改和删除的频率较高，Pctfree设置为20，Pctused设置为40；系统维护数据库表相对稳定，Pctfree设置为10，Pctused设置为15；资料数据库表除了增加数据外基本不进行修改和删除作，Pctfree设置为10，Pctused设置为5。

六、扩展性设置

多CPU和并行查询PQO（Parallel Query Option）方式的利用：CPU的快速发展使得Oracle越来越重视对多CPU的并行技术的应用，一个数据库的访问工作可以用多个CPU相互配合来完成。对于多CPU系统尽量采用并行查询选项方式进行数据库作。航空物探数据库为2个CPU，在程序查询中采用了并行查询的方式。

在航空物探工作量统计、飞行小时统计、测量面积统计和岩石物性统计中，为了加快统计效率，在相应的查询语句中增加了并行查询语句。

随着航空物探高精度测量程度的不断提高，测量数据将越来越大。为了满足航空物探查询效率及发展，将航磁测量数据与校正后航磁测量数据按比例尺分1∶20 万以下、20万～50万、1∶50万以上分别存放3张不同的数据库表。

七、创建数据库

在完成数据库布局、空间设置、内存设置、数据库参数设置、扩展性设置和优化设置后，进行航空物探数据库物理模型设计，即航空物探数据库实体创建。由于航空物探空间数据库逻辑模型是采用ESRI提供的ArcGIS UML构建的Geodatabase模型，因此，使用ESRI公司提供的CaseTools将航空物探数据UML模型图转成空间数据库（Geodatabase）实体（图2-14）。

航空物探属性数据库表（二维表）是采用Power Designer数据库设计平台直接把数据库关系模型生成数据库脚本来创建的。

经过数据库的概念设计、逻辑设计和物理设计，终生成航空物探数据库。

图2-14 航空物探数据库物理模型实现

八、空间数据的索引机制

对于海量的空间数据库而言，数据库的作效率是关系到数据库成败的关键问题。为了提高数据的访问、检索和显示速度，数据在加载到数据库时，要素类数据建立了空间索引，栅格数据构建了金字塔结构，对象类数据采用与数据库直接联接的访问机制。

（一）空间索引

为了提高要素类数据的查询性能，在建立航空物探空间数据库时，创建了空间索引机制。常用的空间索引有格网索引、R树索引、四叉树索引等。Geodatabase采用格网索引方式。所谓格网索引是将空间区域划分成适合大小的正方形格网，记录每一个格网内所包含的空间实体（对象）以及每一个实体的封装边界范围，即包围空间实体的左下角和右上角坐标。当用户进行空间查询时，首先计算出用户查询对象所在格网，然后通过格网编号，就可以快速检索到所需的空间实体。

确定适合的格网级数、单元大小是建立空间格网索引的关键。格网太大，在一个格网内有多个空间实体，查询检索的准确度降低。格网太小，则索引数据量成倍增长和冗余，检索的速度和效率较低。数据库的每一数据层采用不同大小、不同级数的空间索引格网单元，但每层多级数不能超过。格网单元的大小不是一个确定性的值，需要根据对象的大小确定。空间索引格网的大小与检索准确度之间的关系如图2-15所示。

选择格网单元的大小遵循下列基本原则：

1）对于简单要素的数据层，尽可能选择单级索引格网。减少RDBMS搜索格网单元索引的级数，缩短空间索引搜索的过程，例如航迹线要素类。

图2-15 索引格网大小与检索准确度的关系

2）如果数据层中的要素封装边界大小变化比较大，应选择2或3级索引格网。Geodatabase多提供格网单元。每一要素封装边界在适合的级内，减少了每一封装边界有多个格网的可能性。在空间索引搜索过程中，RDBMS则必须搜索所有3个格网单元级，这将消耗大量的时间。

3）若用户经常对图层执行相同的查询，佳格网的大小应是平均查寻空间范围的1.5倍。

4）格网的大小不能小于要素封装边界的平均大小，为了减少每个格网单元有多个要素封装边界的可能性，格网单元的大小应取平均格网单元的3倍。佳格网单元的大小可能受图层平均查询的影响。

空间域是按照要素数据集定义的，空间索引格网是按照要素类设置的。它们都是在创建Geodatabase数据库时设置，并一经设置，中间不许改变；所以一定要在充分分析数据的情况下确定它们的值。航空物探数据主要是简单要素类，空间跨度为70°。根据上述原则，航空物探数据选择单级索引格网，格网大小为20°。

（二）金字塔结构

金字塔结构的核心是将栅格数据逐级进行抽稀，形成多级分辨率的重采样数据，并将其分割成块，按一定的文件格式（金字塔文件格式）存储成磁盘文件；在以后进行图像显示处理时，只需将要显示的部分所覆盖的块从磁盘文件直接读进内存缓冲区显示即可。从金字塔的所有层中寻找与所要求显示的比例相近或匹配的一层，并将该层的从某一点起的一定范围的图像所覆盖的所有块加载到内存缓冲区，提取所需部分并形成图像。

金字塔算法（图2-16）是通过获取显示时所需要的一定分辨率的数据来提高显示速度。使用金字塔数据格式后，在显示全图时仅需要显示一个较低分辨率的数据，这样既能加快显示速度，又不会影响显示效果。放大图像，尽管显示图像分辨率提高，由于显示区域减小，所以显示速度不会下降。如果没有为栅格数据建立金字塔数据，则每次显示都会读取整个数据，然后进行重采样得到显示所需要的分辨率，明显地降低了显示速度。

图2-16 金字塔压缩示意图

金字塔数据重采样方式有：近邻法、双线性内插和立方卷积。其中近邻法适用于离散数据，而双线性内插法和立方卷积法适合于连续数据。

在ArcGIS Engine中提供了IRasterPyramid和IRasterPyramid2接口来实字塔数据的建立，而建立的数据保存在.rrd格式的文件中。

（三）空间域定义

空间域是指数据的有效空间范围，即Geodatabase数据库的等效坐标的值域范围，其定义主要是指比例系数和Min X、Min Y的计算。

因为使用整数比浮点数有更高的压缩率，并且对整数进行二进制搜索比较快，所以多用户Geodatabase以4字节正整数存储坐标，其值为32位正整数所能表示的范围是21.4亿（2147483647），整数的范围称为空间域。在创建Geodatabase数据库时需要定义合适的比例系数。大的整数值将消耗大量的计算机物理内存，所以选定的比例系数不要大于必须的比例系数。空间域随坐标系的单位变化而变化。

比例系数和空间域之间成反比例关系，比例系数越大（存储单位越小），表达的空间域也越小。为了使目标数据都存储在系统中，需要谨慎地设置比例系数。将目标数据的宽度和高度较适中的数值乘以比例系数，如果结果小于21.4亿，则比例系数是合适的。

航空物探数据模型是为我国的航空物探行业数据建库设计的，它支持的空间数据的坐标范围为我国领土覆盖的海陆空间，纬度为赤道。根据概念设计的分析，航空物探数据模型采用的是地理坐标系，坐标系单位是度，基准是Beijing_1954，要求存储的坐标数据精度达到0.01 m。在赤道处，赤道圆周长为40075694.6 m，则每度弧长=40075694.6×100/360 cm=11132137.389 cm，即1 cm对应8.983000883E-8°。所以，航空物探数据模型的比例系数取为8.98E-8，即存储单位为8.98E-8°，可满足1 cm精度要求。

将空间域移动到目标数据范围之前，首先找到空间域在存储单位的中心位置，目的是在必要时向各个方向扩展。4字节正整数可表示的坐标范围：2147483647×8.98E-8=192.84°。我国的领土范围是东经70°～140°，北纬0°～60°。所以，选取的比例系数是合适的。把空间域坐标系中心定为90°，然后，计算空间域的Min X、Min Y。

航空物探信息系统建设 航空物探信息系统建设

所以坐标的存储数据是：

航空物探信息系统建设 航空物探信息系统建设

数据库逻辑设计和物理设计包含哪些内容

1、需求分析：了解用户的数据需求、处理需求、安全性及完整性要求；

2、概念设计：通过数据抽象，设计系统概念模型，一般为E-R模型；

3、逻辑结构设计：设计系统的模式和外模式，对于关系模型主要是基本表和视图；

4、物理结构设计：设计数据的存储结构和存取方法，如索引的设计；

5、系统实施：组织数据入库、编制应用程序、试运行；

6、运行维护：系统投入运行，长期的维护工作。