数据库管理系统DBMS课程设计.docx
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数据库管理系统DBMS课程设计
数据库系统原理
课程设计文档
学号：
姓名：
一、DBMS的实现方式
（一）文件存储的设计思想如下:
本数据库管理系统（DBMS）主要有一下文件:
database.ini：
用于存储本数据库管理系统（DBMS）的关系数据库、数据
库表信息；
[tablename].ini：
以关系数据库表名（tablename）命名的.ini文件主要用于存储数据库表的配置信息，如完整性约束，关系表属性名、属性类型、主
键等信息；
[Tablename]_info.ini：
以关系数据库表名（tablename）命名的_info.ini文件
主要用于存储数据库表的数据信息（Datainformation），所有的数据库表
数据信息全部存储在此类文件中；
[Tablename]_index.ini：
以关系数据库表名（tablename）命名的_index.ini文
件主要用于存储数据库表的索引文件。
此数据库管理系统（DBMS）中,除数据文件_info.ini、索引文件_index.ini外其余的均采用节点名、键名、键值之间的对应关系存储本DBMS系统
的关系数据库、数据库表信息和数据库表的配置信息；
数据文件的存储，数据文件采用流式文件，字段之间采用Tab间隔开，
从左到右根据数据库表的配置信息依次存储关系表数据；在最前端设置
一删除标志，为0表示次元组已经被删除，为1表示次元组未被删除；
索引文件的建立采用稠密索引方式，每条记录对应于一条索引记录，在
索引文件中存放了每条数据元组在数据文件中具体的位置。
这样，由于
索引文件较数据文件小很多，故大大加快了数据元组查询速度；
图1：
文件存储的设计思想
（二）DBMS系统流程控制设计思想如下：
鉴于此数据库管理系统（DBMS）采用SQL执行，故设计如下程序控制流程：
（1）超级管理员、一般管理员、普通用户通过各自的用户名、密码口令登陆系统；
（2）对SQL进行编译，本DBMS中采用CCompiler类进行编译，编译过程当中可以对要执行的SQL操作进行信息收集并保存在相应的数据结构（或类）当中。
假如编译通过，则可以继续后续SQL语句的执行，否则提示错误，并不终止后续SQL语句的执行；
注：
用户每次的SQL操作均存储在初始目录下的Sql.log日志文件中。
（3）程序编译通过后，操作执行时，首先根据收集而来的SQL语句信息，执行相应的命令操作函数，如建库、建表，查询等；若执行成功这提示信息，否则数据库管理系统（DBMS）报错！
在权限控制方面，根据用户权限进行相应的SQL操作控制，如普通用户不可以修改用户权限等。
（三）系统总体结构图如下：
图2:
系统总体结构图
二、DBMS的功能介绍
本数据库管理系统（DBMS）主要有如下功能：
1、创建关系数据库、关系数据库表；
2、对关系数据库表的插入、删除、查询；
3、对某确定数据库中表的相容关系进行关系代数的集合运算（交并差）；4、对某确定数据库中表的进行关系代数的专门运算（投影、选择、连接）；
5、对某确定数据库中表进行关系演算（exists语句的实现）；
6、对数据库表的查询优化；
7、DBMS系统用户密码、权限的管理。
三、DBMS算法实现
算法描述及其流程图如下：
插入（insert）：
对于每次执行的一条元组插入操作，对其根据数据库表的配置选项，组织从编译过程中保存的信息。
进行数据保存；同时设置删除项用于标示元组是否已经被删除；
删除（delete）：
对关系数据库表进行删除操作，采用元组累计法进行。
在每次删除操作结束的时，判断数据库表中共有多少条记录已经被删除（此删除数据信息保存在数据库表的配置信息文件中），当超过删除记录达到2000条时，更新相应数据库表的数据文件，同时在有索引文件的情况下得更新数据库的索引文件；
查询（select）：
对关系数据库表进行查询操作，采用索引判断法。
比如，在索引文件已经建立的情况下，则优先考虑索引文件查询数据库表相应的元组，否则顺序查找数据文件搜索满足查询条件的元组；
建立索引（index）：
本数据库管理系统（DBMS）主要是在主键上建立索引文件，索引文件的建立采用稠密索引方式，每条记录对应于一条索引记录，在索引文件中存放了每条数据元组在数据文件中具体的位置。
这样，由于索引文件较数据文件小很多，故大大加快了数据元组查询速度。
注：
关系代数语言的集合运算及专门运算均封装在CRelation类中
交并差集合运算：
此类运算在建立索引的情况下，采用相应的算法进行相容关系数据库表的“交并差”集合运算。
具体的实现算法见程序或相应的实验文档（算法，略）。
程序的自定义集合运算SQL如下：
交运算：
Table1andTable2;
并运算：
Table1orTable2;
交运算：
Table1minusTable2;
投影选择连接专门运算：
此类运算鉴于大多是对非主键的运算操作，故在本数据库管理系统（DBMS）当中不采用索引方式进行，而是直接对数据库表的数据文件进行运算操作。
采用相应的算法进行相应关系数据库表的“投影选择连接”专门运算。
具体的实现算法见程序或相应的实验文档（算法，略）。
程序的自定义专门运算SQL如下：
投影运算：
如：
selectSno,Sname,SagefromStu1;
选择运算：
如：
selectSno,Sname,Sage,SsexfromStu1whereSno!
=1006;
自然连接运算：
Table1&Table2;
等值连接运算：
Table1&Table2whereTable1.propertite=Table2.propertite;
关系演算功能模拟：
在含有exists的SQL语句中，采用如下算法：
在SQL（select*fromtopicwhereexists（select*fromuserwheretopicowner=username）;）语句通过编译后执行时,若没有索引文件的情况，则采用逐条语句判断,假如取出的元组记录满足exists后的条件时,则将关系元组进行存储,若存在索引文件,则可以按照索引文件进行条件的匹配（从外向内的匹配）。
满足条件则进行元组信息保存，否则跳过继续查找；
若SQL语句为（select*fromtopicwherein（select*fromuserwheretopicowner=username）;则匹配条件为从内向外，再选出的结果集中，判断从topic表选出的记录元组，若满足结果集，则进行保存。
否则继续查询数据文件…在匹配条件的结果集较大时，应当将结果集写出外存，以备后续数据元组的查询匹配。
查询优化（Optimize）：
在SQL语句编译通过的情况下，从收集到的SQL信息中进行数据的组织，启发式代数优化算法设计思想如下：
（1）、数据结构的定义
查询优化树（三叉树）节点定义：
structnode
{
structnode*up;//指向上一节点
structnode*left;//指向下左节点
structnode*right;//指向下右节点
structnode*mid;//指向下中节点
CStringopt_sql;//优化过程中使用的优化SQL语句
CStringcreate_sql;//优化过程中使用的创建节点SQL语句
};
查询优化用到的属性：
structproperties
{
chartable[25];//优化属性所在的关系数据库表名
charproper[50];//优化属性名称
};
查询优化用到的投影操作：
structprojection
{
chartable[25];//需要执行投影操作的关系数据库表名
charproper[50][50];//投影操作的投影属性列表
};
查询优化用到的选择操作
structchoose
{
chartable[25];//选择操作的关系数据库表名
charproper[50];//选择操作的关系数据库属性名
charvalue[50];//选择操作的关系数据库属性值
};
查询优化用到的连接操作：
structconnection
{
chartable1[25];//连接操作的关系数据库表名
chartable2[25];//连接操作的关系数据库表名
chartable1_proper[50];//连接操作的关系数据库属性名
chartable2_proper[50];//连接操作的关系数据库属性名
};
（2）、优化过程：
根据初始的SQL通过相应的算法建立初始树结构：
以SQL（selectStudent.sname,C.cname,C.cteacherfromStudent,SC,CwhereStudent.sno=SC.snoandSC.cno=C.cnoandStudent.ssex=female;）为例做如下说明：
初始查询优化树为：
图3：
初始查询优化树
经优化后的查询优化树为：
图4：
经优化后的查询优化树
（3）、优化过程中中间结果的保存：
根据经优化后的查询优化树，自底向上的进行优化树节点搜索，并按照节点内保存的create_sql和opt_sql进行查询优化（create_sql和opt_sql在生成最终优化树是已经设置完毕）。
同时每经过一个节点均保存一次中间结果，以备后续节点（上层节点）进行优化时使用。
最后到达根节点时保存查询优化的结果信息。
（注：
具体的中间结果见程序执行后的节点文件）
保护功能模拟：
用户权限的控制，本数据库管理系统（DBMS）用户分为三个等级，分别是：
超级管理员，一般管理员，普通用户。
其中，各用户角色相应的使用数据库管理系统（DBMS）权限为如下：
超级管理员：
可以修改任何用户的密码、权限等；但是不可以修改自己的权限；可以对表做出任何操作;包括关系数据库、关系数据表的创建，对数据库表的增、删、查、关系代数的集合运算、专门运算等所有等操作，同时还可以使用优化查询技术及用户管理；
一般管理员：
只能对数据表进行增、删、查，可以使用索引技术（创建索引文件）但是不可以进行关系代数的集合运算、专门运算和使用优化查询技术；
普通用户：
具有最低权限，只能对数据表的查询，不可以创建关系数据库、关系数据库表，而且不能使用索引技术及优化查询技术。
四、实验测试用例与结果
实验用例与结果如下：
图5：
建库命令
图6：
插入命令
以下是对系统中存储有十万条记录的数据库表（Course）进行查询：
Course数据库表（部分数据信息）如下:
（测试用例）
151200437932006周泽学计算机科学技术学院计算机科学与技术262
152200524442006杨毅计算机科学技术学院计算机科学与技术512
153200607662006史海亮计算机科学技术学院计算机科学与技术335
154200607692006周贵宾计算机科学技术学院计算机科学与技术560
155200611832006董超计算机科学技术学院计算机科学与技术580
156200611882006魏立申计算机科学技术学院计算机科学与技术158
157200611892006朱晓东计算机科学技术学院计算机科学与技术
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