Bài giảng Hệ quản trị cơ sở dữ liệu - Chương I: Kiến trúc tổng quát của một hệ quản trị cơ sở dữ liệu

Chương I. Kiến trúc tổng quát
của một hệ quản trị cơ sở dữ liệu
1
Nội dung
Quá trình phát triển của các hệ xử lý dữ liệu 
bằng máy tính.
Định nghĩa hệ quản trị cơ sở dữ liệu.
 Các đặc trưng của dữ liệu trên CSDL.
 Ba mức trừu tượng của dữ liệu.
 Các loại hệ quản trị CSDL.
2
Quá trình phát triển của các hệ xử 
lý dữ liệu bằng máy tính.
Hệ thống tập tin cổ điển (file systems)
Cơ sở dữ liệu (Database)
Các đối tượng sử dụng CSDL
3
Hệ thống tập tin cổ điển (file systems)
 CSDL được lưu trữ dưới dạng tập hợp các files
Mỗi file là một tập các records, thường có cùng một 
loại
Một record là một chuỗi các fields
Ví dụ: Xét hệ thống tập tin quản lý nhân sự của một 
đơn vị:
 Phòng Tổ chức hành chánh: Lý lịch chi tiết của CBCNV
 Phòng kế tóan: Phòng, họ tên, lương, phụ cấp, ngày 
công,
 Quản đốc phân xưởng: Họ tên, ngày công, ngày nghỉ,
4
Hệ thống tập tin cổ điển (file systems)
 Ưu điểm:
 Gọn nhẹ, phù hợp thực tiễn. Ít tốn thời gian, chi phí thấp
 Khả năng đáp ứng khai thác nhanh chóng và kịp thời
 Nhược điểm:
 Thông tin lưu nhiều nơi, dư thừa, không nhất quán
 Lãng phí thời gian cập nhật dữ liệu và lưu trữ
 Phối hợp tổ chức và khai thác là khó khăn
 Thiếu sự chia sẽ thông tin giữa các đơn vị và bộ phận.
 Khó khi nâng cấp ứng dụng.
 Không có người quản trị dữ liệu, mọi người có quyền sử dụng 
thêm, xóa, sửa  không an tòan, không bảo mật thông tin
5
Cơ sở dữ liệu (Database)
 Là HTTT có cấu trúc, được lưu trữ trên các thiết bị mang tin 
từ tính, phục vụ việc khai thác thông tin của nhiều người sử 
dụng một cách đồng thời với nhiều mục đích khác nhau.
 Các vấn đề cần giải quyết
 Tính chủ quyền bị vi phạm
 Tính nhất quán CSDL
 Vấn đề bảo mật
 Tính an tòan dữ liệu
 Vấn đề tranh chấp dữ liệu
 Chia sẽ thông tin cho nhiều người sử dụng một cách đồng thời
 Đảm bảo dữ liệu truy xuất đồng thời theo nhiều cách khác nhau
 Tính độc lập giữa dữ liệu và chương trình / hệ thống ứng dụng
6
Các đối tượng sử dụng CSDL
Quản trị viên (Database Administrator - DBA)
Thiết kế viên (Database Designer)
Người dùng cuối (End User)
 2 cách khai thác CSDL:
Trực tiếp: không thông qua chương trình ứng 
dụng viết trước và truy cập qua khung nhìn hay 
sql.
Gián tiếp: thông qua chương trình ứng dụng viết 
trước.
7
Quản trị viên 
8
Có trách nhiệm quản lý hệ CSDL
 Cấp quyền truy cập CSDL
 Điều phối và giám sát việc sử dụng 
CSDL
Thiết kế viên 
9
Chịu trách nhiệm về
Lựa chọn cấu trúc phù hợp để lưu trữ dữ liệu
Quyết định những dữ liệu nào cần được lưu 
trữ.
Liên hệ với người dùng để nắm bắt được 
những yêu cầu và đưa ra một thiết kế CSDL thỏa 
yêu cầu này.
Có thể là 1 nhóm các DBA quản lý các CSDL 
sau khi việc thiết kế hoàn tất
Người dùng cuối 
10
 Người ít sử dụng
Ít khi truy cập CSDL, nhưng cần những thông tin khác nhau 
trong mỗi lần truy cập và dùng những câu truy vấn phức tạp
Người quản lý 
 Người sử dụng thường xuyên
Thường xuyên truy vấn và cập nhật CSDL nhờ vào một số
các chức năng đã được xây dựng sẳn
Nhân viên
 Người sử dụng đặc biệt
Thông thạo về HQT CSDL, tự xây dựng những truy vấn phức 
tạp cho công việc
Kỹ sư, nhà khoa học, người phân tích,
Định nghĩa hệ quản trị cơ sở dữ liệu
Là một hệ thống phần mềm cung cấp các 
công cụ để xây dựng và quản lý CSDL
Định nghĩa cấu trúc dữ liệu (DDL).
Cung cấp khả năng thao tác trên CSDL (MDL).
Hỗ trợ lưu trữ dữ liệu.
Điều khiển truy xuất dữ liệu giữa nhiều người 
dùng.
11
Các đặc trưng của dữ liệu trên CSDL
Giảm thiểu sự trùng lắp thông tin.
 Bảo đảm tính nhất quán.
Dữ liệu có thể chia sẽ cho nhiều người dùng một 
cách đồng thời.
 Bảo đảm dữ liệu có thể truy cập theo nhiều cách 
khác nhau.
 Có thể khôi phục khi có sự cố
12
13
 Có tính độc lập
Vật lý (physical): Khi thay đổi tổ chức vật lý của CSDL thì 
không làm ảnh hưởng đến chương trình đang khai thác CSDL 
đó
Luận lý (logical): Khi thay đổi mức quan niệm không làm ảnh 
hưởng đến các chương trình đang khai thác CSDL
 Bảo mật thông tin được đảm bảo chặt chẽ.
Mỗi người sử dụng sẽ được cấp một quyền hạn sử dụng những 
dữ liệu thuộc phạm vi của mình vào những thời điểm nhất định
An tòan trước sự cố thông qua các cơ chế sao lưu và phục hồi 
dữ liệu một cách tự động
 Giải quyết tranh chấp dữ liệu thông qua các cơ chế cài đặt 
sẵn
Các đặc trưng của dữ liệu trên CSDL
Ba mức trừu tượng của dữ liệu.
14
 Kiến trúc 3 lược đồ
Người dùng
Lược đồ ngoài 1 Lược đồ ngoài n
Lược đồ quan niệm
Lược đồ trong
Người dùng
Ánh xạ ngoài/
Ánh xạ quan niệm
Mức ngoài
Mức quan niệm
Mức trong
Ánh xạ quan niệm/
Ánh xạ trong
Mức khung nhìn (mức ngoài)
Mô tả 1 phần nào đó của toàn bộ hệ thống
Mức quan niệm
Những thông tin gì được lưu trữ trong CSDL
Có những mối quan hệ nào giữa những thông 
tin đó
Mức vật lý (mức trong)
Dữ liệu được lưu trữ như thế nào
15
Ba mức trừu tượng của dữ liệu.
Ví dụ
Mức vật lý
Mẫu tin customer là 1 block các byte liên tiếp nhau
Mức luận lý
customer và các mối liên kết được định nghĩa
Mức khung nhìn
Người sử dụng chỉ được truy xuất đến 1 phần thông 
tin của customer 
type customer = record
customer-id: string;
customer-name: string;
customer-street: string;
cusomter-city: string;
end;
16
Các thành phần chính của DBMS
Quản lý 
khôi phục
Xử lý 
truy vấn
Ngôn ngữ
giao tiếp Quản lý 
giao tác
Quản lý 
lưu trữ
17
Ngôn ngữ giao tiếp
 DBMS cung cấp giao diện lập trình để sử dụng với 
một ngôn ngữ lập trình CSDL
SQL Server: Transaction-SQL (T-SQL)
Oracle: PL/SQL
 Ngôn ngữ bao gồm
Định nghĩa dữ liệu
Thao tác dữ liệu
18
Quản lý giao tác
 Thành phần quản lý các giao tác có ảnh hưởng đến 
CSDL
Giao tác là một nhóm các hành động mà nếu thực hiện 
được thì phải thực hiện hết tất cả các hành động trong 
giao tác đó, ngược lại xem như không thực hiện hành 
động nào
transaction
1
2
3
4
5
7
8
19
Quản lý khôi phục
Để CSDL được bền vững (durable), mọi thay 
đổi lên CSDL phải được ghi nhận lại.
Log manager – ghi chép nhật ký.
Đảm bảo CSDL vẫn nguyên vẹn khi có sự cố xảy ra.
Recovery manager – khôi phục.
Dựa vào nhật ký để phục hồi lại CSDL về trạng thái 
nhất quán trước đó.
 Trạng thái thỏa tất cả các RBTV của CSDL đó.
20
Xử lý truy vấn
 Biểu diễn câu truy vấn ở dạng ngôn ngữ cấp cao (SQL) 
và thực hiện câu truy vấn có hiệu quả
 Query compiler – biên dịch 
Query parser 
 Xây dựng cấu trúc hình cây từ câu truy vấn
Query preprocessor 
 Kiểm tra ngữ nghĩa của câu truy vấn
 Chuyển đổi cấu trúc cây sang ngôn ngữ đại số quan hệ
Query optimizer
 Sắp xếp các phép toán nhằm mục đích tối ưu hóa câu truy vấn
21
Quản lý lưu trữ
 Thành phần có nhiệm vụ điều khiển việc 
đọc/ghi dữ liệu qua lại giữa bộ nhớ và thiết bị 
lưu trữ
 Làm việc với các khái niệm
Tập tin dữ liệu
Từ điển dữ liệu
Lưu trữ các metadata về cấu trúc của CSDL, đặc 
biệt là lược đồ của CSDL
Chỉ mục
22
Các loại hệ quản trị CSDL
 Theo mô hình dữ liệu
Mạng (Network)
 Phân cấp (Hierarchical)
Quan hệ (Relation)
Hướng đối tượng (Oriented-Object)
XML
 Theo kiến trúc 
Đơn người dùng
Client/Server
Khác
Multimedia
Hypertext23
Mô hình mạng
 Dữ liệu ~ tập các record
 Mối quan hệ giữa các dữ liệu ~ các link
 Các record được tổ chức thành tập các đồ thị tùy ý
Johnson 192-83-7465 Alma Palo Alto
Smith 019-28-3746 North Rye
Hayes 677-89-9011 Main Harison
Tuner 182-73-6091 Putnam Stamford
Jones 321-12-3123 Main Harison
Lindsay 336-66-9999 Park Pittsfield
TênKH MãKH ĐịaChỉ ThànhPhố
A-101 500
A-215 700
A-102 400
A-305 350
A-201 900
A-217 750
A-222 700
MãTK SốDư
Downtown Brooklyn 9000000
Perryridge Horseneck 1700000
Round Hill Horseneck 8000000
Mianus Woodside 1000000
Redwood Princeton 2000000
Brighton Brooklyn 7000000
TênCN ThànhPhố TổngTiền
Khách hàng Tài khoản Chi nhánh24
Mô hình phân cấp
 Dữ liệu và mối quan hệ được biểu diễn bằng các 
record và link
 Các record được tổ chức dưới dạng tập các cây
Johnson 192-83-7465 
Hayes 677-89-9011 
Tuner 182-73-6091 ... 
A-101 500
A-215 700
A-102 400
A-305 350
A-201 900
A-217 750
Smith 019-28-3746 
A-201 900 John 321-12-3123 ... 
25
Mô hình quan hệ
 Sử dụng bảng 2 chiều (quan hệ) để biểu diễn cho dữ 
liệu và mối quan hệ
Johnson 192-83-7465 Alma Palo Alto
Smith 019-28-3746 North Rye
Hayes 677-89-9011 Main Harison
Tuner 182-73-6091 Putnam Stamford
Jones 321-12-3123 Main Harison
Lindsay 336-66-9999 Park Pittsfield
TênKH MãKH ĐịaChỉ ThànhPhố MãTK
A-101
A-215
A-102
A-305
Johnson 192-83-7465 Alma Palo Alto A-201
A-217
A-222
A-101 500
A-215 700
A-102 400
A-305 350
A-201 900
A-217 750
A-222 700
MãTK SốDư
Khách hàng Tài khoản
26
Mô hình hướng đối tượng
Cấu trúc 1 đối tượng
Biến (variables)
Thông điệp (messages)
Phương thức (methods)
Các khái niệm của CSDL hướng đối tượng
Lớp (class)
Định danh đối tượng (Object Identity)
Đóng gói (Encapsulation)
Kế thừa (Inheritance)
27
XML
 Dữ liệu và mối quan hệ được biểu diễn thông qua ngôn 
ngữ đánh dấu (markup language)
 Cấu trúc của dữ liệu XML
 Thẻ 
 Element
 1 cặp thẻ mở/đóng 
 Dữ liệu dưới dạng text 
 Ngôn ngữ truy vấn – Xquery, Xpath
 Ngôn ngữ định nghĩa – DTD, XML Schema (XSD)
28
Theo kiến trúc
 Hệ thống tập trung: Các hệ CSDL tập trung chạy 
trên máy đơn và không trao đổi với các máy khác. 
Các hệ thống như vậy trải từ các hệ CSDL một người 
sử dụng chạy trên các máy cá nhân ( PC ) đến các hệ 
CSDL hiệu năng cao chạy trên các hệ mainframe.
29
Theo kiến trúc (tt)
 Hệ thống Client-Server: Các hệ thống server được 
phân thành 2 loại: server giao dịch (transaction 
server) và server dữ liệu (data server).
30
Quá trình phát triển các HQT CSDL
 Những năm thập niên 60-70 người ta đã xây dựng các HQT CSDL 
theo 2 hướng: mạng và phân cấp.
 Năm 70 các nhà sản xuất đã đưa ra HQT CSDL có tên là CODASYL
 Năm 76 IBM đưa ra HQT CSDL đầu tiên theo mô hình quan hệ
của CODD mang tên SYSTEM-R và đã tồn tại được khỏang 2-3
năm sau đó.
 Năm 80, IBM đưa ra DB2 (hiện nay vẫn còn sử dụng). Các nhà sản 
xuất khác cũng đưa ra nhiều hệ CSDL khác, nhưng nổi tiếng nhất 
cho đến nay là 3 phần mềm quản trị CSDL: Oracle, SQL, Informix 
và sysbase.
 Tới năm 90 người ta nghiên cứu các các hệ QT CSDL theo hướng 
đối tượng. Tuy nhiên các HQTCSDL như thế hiện nay vẫn còn ít 
phần lớn vẫn đi theo mô hình quan hệ.
31