MIS中數據庫關鍵技術及構架設計

宋義秋，唐玉琦

（唐山職業技術學院，唐山 063000）

0 引言

數據庫及專用軟件是MIS（管理信息系統）的物質基礎，而數據庫技術則是MIS的核心技術。一個成功的MIS是由50% 的業務和50% 的軟件組成的，而50% 的軟件又由25% 的數據庫和25% 的程序所組成。因此掌握數據庫設計關鍵技術，對于提升保證MIS成功，提升MIS性能有重要意義。

1 數據庫設計和MIS

數據庫設計（database design）是將業務對象轉換為表和視圖等數據庫對象的過程，它也是數據庫應用系統開發過程中首要的和基本的內容，即對于一個給定的應用環境，構造最優的數據庫模式，建立數據庫及其應用系統，使之能夠有效地存儲數據，滿足各種用戶的應用需求（信息要求和處理要求）。而MIS即管理信息系統，是一個以人為主導，利用計算機硬件、軟件、網絡通信設備以及其他辦公設備，進行信息的收集、傳輸、加工、儲存、更新和維護，以企業戰略競優、提高效益和效率為目的，支持企業的高層決策、中層控制、基層運作的集成化的人機系統[1]。數據庫是MIS系統的一部分，它把MIS中的大量數據按照一定的模型組織起來，提供存儲、維護、檢索數據的功能，使信息系統可以方便、及時、準確從數據庫中獲取所需的信息。因此，數據庫建設是硬件、軟件和干件（技術與管理的界面）的結合，在MIS建設中，數據庫設計應該與應用系統設計相結合，即做到數據庫框架或數據庫結構，以及應用程序、事務處理等同步。

2 數據庫設計基本步驟

按照規范設計的方法，考慮數據庫及其應用系統開發全過程，一般講MIS數據庫結構設計分為以下五個階段：需求分析；概念結構設計；邏輯結構設計；物理結構設計，實施維護階段。

1）需求分析，它是整個設計過程的基礎，是最困難、最耗費時間的一步，其目的是準確了解與分析用戶需求（包括數據和處理）。需求分析的任務是通過詳細調查現實世界要處理的對象（組織、部門、企業等），充分了解原系統（手工系統或計算機系統）工作概況，明確用戶的各種需求，然后在此基礎上確定新系統的功能，其重點是“數據”和“處理”，通過調查、收集和分析，獲得用戶對數據庫的需求。

2）數據庫概念結構設計。它是將分析得到的用戶需求抽象為概念模型的過程，即在需求分析的基礎上，設計出能夠滿足用戶需求的各種實體以及它們之間的相互關系概念結構設計模型[2]。它是整個數據庫設計的關鍵。概念結構的主要特點是能真實、充分地反映現實世界；易于理解；易于更改；易于向關系、網狀、層次等各種數據模型轉換。描述概念模型的有力工具是E-R模型。設計概念結構通常有四類方法：自頂向下，即首先定義全局概念結構的框架，然后逐步細化；自底向上，即首先定義各局部應用的概念結構，然后將它們集成起來，得到全局概念結構逐步擴張。逐步擴張，首先定義最重要的核心概念結構，然后向外擴充，以滾雪球的方式逐步生成其他概念結構，直至總體概念結構；混合策略。即將自頂向下和自底向上相結合，用自頂向下策略設計一個全局概念結構的框架，以它為骨架集成由自底向上策略中設計的各局部概念結構。

3）數據庫邏輯結構設計。其任務就是把概念結構設計階段設計好的基本E-R圖轉換為與選用DBMS產品所支持的數據模型相符合的邏輯結構。主要分三步進行：將概念結構轉換為一般的關系、網狀、層次模型；將轉換來的關系、網狀、層次模型向特定DBMS支持下的數據模型轉換；對數據模型進行優化。

4）數據庫物理結構設計。為一個給定的邏輯數據模型選取一個最適合應用要求的物理結果的過程，就是數據庫的物理設計。數據庫的物理結構設計通常分為兩步：確定數據庫的物理結構，在關系數據庫中主要指存取方法和存儲結構；對物理結構進行評價，評價的重點是時間和空間效率。

5）數據庫實施維護階段。實施就是運用DBMS提供的數據語言、工具及宿主語言，根據邏輯設計和物理設計的結果建立數據庫，編制與調試應用程序，組織數據入庫，并進行試運行。維護即系統經過試運行后不斷地對其進行評價、調整與修改等。

3 MIS中數據庫設計關鍵點

3.1 命名規則

統一命名規則可以使數據庫的結構和風格標準化，使數據庫表容易閱讀、理解和維護。好的命名約定可使數據庫表結構嚴謹、可讀性強且邏輯關系清晰。因此，在系統面向對象模型向數據庫物理模型轉化之前，將數據庫的各個對象命名進行規則約定，對數據庫建模具有重大的意義。1）所有的數據庫對象，如表、視圖、觸發器、索引、存儲過程、包、包體、函數、約束、主外鍵必須按照一定得規則命名，且命名應能保證其直觀性。如視圖（V_規則命名或規則命名_V），函數（F_規則命名或規則命名_F），檢查（CK_規則命名或規則命名_CK），觸發器（TR_規則命名或規則命名_TR），索引（IDX_表名或表名_IDX），序列（SEQ_表明_字段名或表明_字段名_SEQ），存儲過程（P_規則命名或規則命名_P）等。如果由于數據庫對象之間的命名規則與最大長度限制可能造成命名存在沖突，則可以通過縮減表名或自編序號。2）對于數據庫表，直接與業務相聯系，同時其也決定著相關主鍵外鍵，觸發器，檢查，索引，序列的命名，因此非常重要。為了便于維護，表的命名應該遵從模塊，業務，明細的規則，即保證基礎數據表則采用通用的識別方法。如進貨模塊采用通用名_SU_COM_DOC表示進貨合同類的表，通用名_SA_CON_DOC表示銷售類的合同表，通用名_SU_SET_DOC表示進貨結算的表，通用名_SA_BACK_DOC表示銷售退貨的表等。

3.2 表的設計

表是關系數據庫中基本的數據邏輯存儲塊。表設計是數據庫物理設計的第一步，也是整個設計過程中關鍵的一步。根據系統需求分析和業務邏輯模型分析的結果開始進行表的設計。表設計要綜合考慮以下因素：完整性，完整性是在數據庫中管理父記錄和子記錄的概念，它是通過主鍵，外鍵，檢查約束等保證數據的一致性；規范化，規范化過程是模型化和設計關系數據庫的基礎，它的目的是消除數據冗余、避免非規范化數據庫中的數據更新異常以及簡化完整性約束的執行。以武漢某公司信息系統為例，其銷售模塊的銷售合同數據庫表在設計過程如下：

首先為表進行分類：兩個主表，銷售合同（BMS_SA_CON_DOC，BMS_SA_CON_DTL），在這兩個主表上，會保存的信息有業務員，客戶，貨品，價格，數量等信息，因此其關聯表為PUB_EMPLOYEE，PUB_COMPANY，PUB_GOODS，PUB_GOODS_PRICE，等。顯然這三個表的主鍵EMPLOYEEID，COMPANY ID，GOODSID，應該是BMS_SA_CON_DOC，BMS_SA_CON_DTL的外鍵，其他類間的關聯關系是同樣的處理方式。

其次，對數據冗余進行控制和調整。同一客戶在采購時，可能會有不同的貨品，因此采用主從表的方式，即BMS_SA_CON_DOC，BMS_SA_CON_DTL，前者的主鍵是后者的外鍵，后者依附于前者存在。這樣同一次采購的公用信息不用多次存儲，減少數據冗余。其次，合同中會包含貨品名稱，規格，業務員等字符串信息，這些信息會占用較大的存儲空間，因此在表的設計時，合同中只記錄這些表中的主鍵，如COMPANY的主鍵即COMPANYID，GOODS的主鍵GOODSID等。在合同錄入時，自動通過關聯將其他信息帶出來方便系統使用者選擇，但是在數據庫保存時，則忽略非主鍵信息。

總體上講，表的設計要遵從一定的范式要求。一個關系模式按照數據庫范式的要求，可以分解成不同的關系模式集合，得到的關系模式集合往往不是唯一的。按照減少冗余的要求可以將數據庫分成多個關系模式集合，只要分解后的數據庫能夠表達原來數據庫所有的信息。減少冗余的目的，一是可以節約存儲空間，二是可以避免數據的不一致，提高對數據庫的操作效率，同時也可以滿足應用的需求。對于不太復雜的數據庫，一般設計時能夠符合到第三范式即可。當然也要注意，高范式的數據庫必然意味著查詢時的耳朵關聯，這樣會導致查詢效率不高，因此采用“以空間換速度”的思路也是必須的。根據數據庫范式的要求，可以建立標準的數據庫。通過使用多個、存在相互聯系的具有較少字段的表來構建數據庫，盡量減少使用多列的寬表，這樣可以帶來幾個好處：1）由于表所包含的字段較少，進行排序和索引時的效率會更高。2）由于使用多個表，可以使用多簇索引來提高效率。3）由于表中所包含的字段相對較少，在選擇主鍵和索引時會更容易，而且較少的索引也使得表在做插入、更新、刪除等操作時的效率更高。

4 MIS中數據庫構架設計

4.1 表空間及數據文件設計

表空間是ORCLE數據庫中較為特殊的概念，如果數據庫安裝在UNIX服務器上，對其的理解具有一定的難度。數據庫構架時盡量把同一時間對磁盤的讀寫操作分散開，如對一個表中數據進行更新時，數據庫將同時去讀該表中的數據和該表上的索引信息，如果把表的數據信息和索引信息都放在同一個數據文件中，則數據庫的速度將會變慢。最好的方法是把數據信息和索引信息分別放在不同磁盤的兩個數據文件中，此時數據庫對磁盤的讀寫操作將分散在兩個磁盤上，速度將得到顯著提高。因此在設計數據庫的表空間和數據文件時，首先給表和表的索引分別創建兩個表空間，分別是存放用戶數據的數據表空間和存放表索引的索引表空間。另外，還根據該系統的數據量的大小及系統中的數據的性質不同，再考慮創建幾個數據表空間或者給數據表空間添加幾個數據文件[3]。表空間創建時一般遵循以下幾個原則：較大的表或索引單獨分配一個表空間；高頻率insert的對象分成一組，存在對應的TABLESPACE中；增、刪、改的對象分成一組，存在對應的TABLESPACE中；表和索引分別存于不同的TABLESPAC等。

數據文件是保存數據的物理位置，其依附于表空間而存在，因此數據文件的設計對數據庫系統的性能的有重要影響，其設計時應注意：把記錄大小相當的表放在同一個表空間中，這時一個表空間的存儲參數設置，可以保證表中的記錄都放在一個范圍中，避免了一條記錄跨范圍存放，可以明顯數據庫的性能；規定每個表空間可由多個數據文件組成，每個數據文件大小2G；為了避免磁盤的I/O操作沖突，提高系統性能，把數據文件創建在不同位置，即不同表空間或磁盤。

4.2 oracle內存分配設計

內存分配方面最容易引起系統性能下降的原因在于Oracle系統全局區SGA的一些不恰當設置。結合一些信息資源綜合管理系統，通過查詢V$SYSSTAT視圖中的各種指標，發現目前系統運行速度過慢的主要原因是SGA內部的數據高速緩沖區命中率過低，數據庫系統在查詢時不能從共享池或者數據緩沖區內找到己經緩存的數據，從而頻繁地到磁盤上讀取數據，消耗系統資源，造成等待時間過長。針對以上問題，采用增大共享池和數據緩沖區、調整相關參數、鼓勵代碼重用等方式提高系統的命中率，減少系統到磁盤上的讀取次數，進而減少等待時間。共享池的主要組件是Library Cache以及Date Dictionary Cache，而最簡單的方法是盡可能放大共享池大小。改進Database Buffer Cache的性能也有利于提高數據庫性能，改進Data base Buffer Cache性能的最簡單方法是加大它的大小，其值越大，得到緩存的緩沖區就越不可能被LRU列表從 Buffer Cache中刪除掉。緩沖區在Data base Buffer Cache中存儲的時間越長，命中率就會越高。

服務器的內存一定的情況下，一般遵循OS使用內存+SGA+并發進程數×（Sort_area_size+Hash_area_size+2M）＜0.7RAM這個公式為參考進行自由調整即可。初始化參數文件中的一些參數對SGA的大小有決定性的影響。另外DB_BLOCKSIZE數據塊大小，DB_BLOCK_BUFFERS數據塊緩沖區，LOG_BUFFER日志緩沖區，SORT_AREASIZE，SORT_AREARETAINED_SIZE的大小，ROLLBACK_SEGMENTS回滾段等參數也必須在對初始參數運行之后，進行有效的分析并進行改進，才能達成內存的最優化配置。

[1] 楊媛媛.J2EE環境下通用數據操作框架的研究[D].山東大學,2006.

[2] 李建中,王珊.數據庫系統原理[M].北京:電子工業出版社,2004.

[3] 陳渝,秦開大,田亮.基于Power Designer的信息系統數據模型建設[J].昆明理工大學學報(理工版).2004(2):45-47.