《数据库技术原理与应用教程（第2版）》——2.2 数据库内部结构体系

本节书摘来自华章计算机《数据库技术原理与应用教程（第2版）》一书中的第2章，第2.2节，作者 徐洁磐 操凤萍，更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

2.2 数据库内部结构体系

数据库在构作时其内部具有三级模式和二级映射，三级模式分别是概念模式、内模式与外模式，二级映射则分别是从概念模式到内模式的映射以及外模式到概念模式的映射。这种三级模式与二级映射构成了数据库内部的抽象结构体系，如图2.4所示。

2.2.1数据库的三级模式

1.数据模式

数据模式（data schema）是数据库中数据的全局、统一结构形式的具体表示与描述，它反映了数据库的基本结构特性。一般而言，一个数据库都有一个与之对应的数据模式，而该数据库中的数据则按数据模式要求组织存放。

2.数据库三级模式介绍

在数据库中，数据模式具有不同层次与结构方式，一般有三层，这就是我们所说的数据库三级模式。三级模式是一种数据库内部抽象结构体系，并具有对构作系统的理论指导价值。

（1）概念模式
概念模式（conceptual schema）是数据库中全局数据逻辑结构的描述，是全体用户（应用）公共数据视图。这种描述是一种抽象的描述，它不涉及具体的硬件环境与平台，也与具体的软件环境无关。

概念模式主要描述数据的概念记录类型以及它们间的关系，它还包括一些数据间的语义约束。对它的描述可用DBMS中的DDL语言定义。

（2）外模式
外模式（external schema）也称子模式（subschema）或用户模式（user’s schema），它是用户的数据视图，即用户所见到的模式。它由概念模式推导而出，概念模式给出了系统全局的数据描述，而外模式则给出每个用户的局部描述。一个概念模式可以有若干个外模式，每个用户只关心与它有关的模式，这样可以屏蔽大量无关信息且有利于数据保护。在一般的DBMS中都提供相关的外模式描述语言（外模式DDL）。

（3）内模式
内模式（internal schema）又称为物理模式（physical schema），它给出了数据库物理存储结构与物理存取方法，如数据存储的文件结构、索引、集簇及hash等的存取方式与存取路径。内模式的物理性主要体现在操作系统及文件级上，还没有深入到设备级（如磁盘及磁盘操作），但近年来有向设备级发展的趋势（如原始磁盘、磁盘分块技术等）。DBMS一般提供相关的内模式描述语言（内模式DDL）。

数据模式给出了数据库的数据框架结构，而数据库中的数据才是真正的实体，但这些数据必须按框架描述的结构组织。以概念模式为框架组成的数据库叫做概念数据库（conceptual database），以外模式为框架组成的数据库叫做用户数据库（user’s database），以内模式为框架组成的数据库叫做物理数据库（physical database）。这三种数据库中只有物理数据库是真实存在于计算机外存中，其他两种数据库并不真正存在于计算机中，而是通过两种映射由物理数据库映射而成。

模式的三个级别反映了模式的不同环境以及它们的不同要求，其中内模式处于最低层，它反映了数据在计算机物理结构中的实际存储形式；概念模式处于中间层，它反映了设计者的数据全局逻辑要求；而外模式处于最上层，它反映了用户对数据的要求。

2.2.2数据库的二级映射

数据库三级模式是对数据的三个级别抽象，数据的全局逻辑结构由概念模式给出，而面向用户的结构则由外模式表示，最后数据的具体物理实现留给内模式，使用户与全局设计者不必关心数据库的具体实现与物理背景。同时，它通过二级映射建立三级模式间的联系与转换，使得概念模式与外模式虽然并不物理存在，但是也能通过映射而获得其存在的实体。二级映射也保证了数据库系统中数据的独立性，即数据的物理组织与逻辑概念级发生改变，并不影响用户的外模式，它只需调整映射方式而不必改变用户模式。

1.从概念模式到内模式的映射

该映射给出了概念模式中数据的全局逻辑结构到数据的物理存储结构间的对应关系，此种映射一般由DBMS实现。

2.从外模式到概念模式的映射

概念模式是一个全局模式，而外模式则是用户的局部模式，一个概念模式中可以定义多个外模式，而每个外模式是概念模式的一个基本视图。外模式到概念模式的映射给出了外模式与概念模式的对应关系，这种映射一般也由DBMS实现。