概述

一般來說，關係型資料庫（DBMS）看起來像這樣

**通用關係型資料庫結構**

資料庫包含的實際資料駐留在物理介質上 - 磁碟驅動器。當需要資料時，它會被移動到共享記憶體 - RAM。當需要對這些資料執行工作時，它由作業系統處理 - 程序和執行緒。

儲存模型

由於磁碟上只發生讀取和寫入操作，因此磁碟上的資料受介質限制，但以一種利用磁碟儲存優點（位、位元組、塊、磁軌和柱面）的方式進行組織。這種物理組織由作業系統管理，對資料庫使用者來說完全是不可見的。資料庫管理員（DBA）可以指定將資料庫的不同部分放在不同的磁碟上，以及可以複製這些資料，但在最低級別上，您通常不關心資料是如何進出磁碟或如何組織的。磁碟資料的組織針對讀取和寫入進行了最佳化。話雖如此，但構成資料庫結構的各種不同資料集 - 我們認為是包含行和列的表的資料本身、這些資料的索引、日誌檔案、控制檔案、引數檔案、配置檔案和應用程式邏輯。至關重要的是，DBMS 知道這種結構，而 DBMS “看到” 它的方式是透過儲存模型。儲存模型是一個抽象層，它將簡單讀取和寫入資料的需求對映到 DBMS 的需求。雖然您不關心資料是如何讀取和寫入的，但您確實關心對使用者資料的更改不會寫入配置檔案，例如。因此，每個 DBMS 都有一個關於磁碟上不同型別資料的表示，它需要執行其工作。DBMS 的儲存模型描述了 DBMS 的物理結構（控制檔案、資料檔案、日誌檔案），這種結構被稱為資料庫。磁碟資料具有以下優點。它便宜，它實際上是無限的，最重要的是它是永續性的。

記憶體模型

對資料進行工作的場所是在記憶體中。記憶體訪問速度比磁碟快幾個數量級，並且在記憶體中可以構建的結構型別比磁碟上的結構型別限制更少 - 它們可以很複雜並且是任意的，並且可以輕鬆地修改和重組。這賦予了 DBMS 速度和靈活性。記憶體和磁碟之間存在一個共同的結構，這個基本的資訊構建塊恰如其分地被稱為塊。記憶體中的結構按塊組織，這便於將磁碟上的塊讀入記憶體。由於資料庫中的資料塊在邏輯上是相關的，因此不僅移動您需要的資料到記憶體，而且移動您可能在同一時間需要的資料是有效的。這些“預期”讀取稱為預取，由於它們可以一次獲取多個數據塊，因此這些塊在稱為範圍的結構中相互堆疊。除了儲存從磁碟檢索的資料外，記憶體還將儲存資料庫操作期間建立的瞬態結構（即中間排序表）、可執行程式碼塊、系統目錄和字典以及計劃。記憶體模型描述的記憶體結構可以快速訪問，並且包含 DBMS 操作所需的大部分資訊。這包括儲存在磁碟上的更大使用者資料部分，以及資料庫管理系統本身所需的結構（即計劃、元程式碼等）。由於可能無法或不希望將駐留在磁碟上的所有資料都放在記憶體中，並且出於安全性（永續性）原因，DBMS 將在記憶體和磁碟之間交換資料。

程序模型

DBMS 中同時發生很多事情，例如從磁碟讀取和寫入資料、在資料庫日誌中記錄恢復資訊、檢查記憶體中的資料是否已更改、儲存使用者和系統程式的連線、監控資料庫的執行狀況、執行使用者編寫的程式碼、鎖定資料庫的某些部分並檢測死鎖。這個列表絕不是詳盡無遺的，並且不同 DBMS 實現之間存在差異。

這些差異將在後面針對每個適當的資料庫進行介紹，但有一組核心程序處理記憶體管理、分頁到磁碟以及在恢復或回滾事件中寫入資訊。正是這些與記憶體中的結構協同工作被稱為例項。

程序模型實現

資料庫需要能夠為來自併發使用者的眾多請求提供服務。它們執行的作業系統使用程序和執行緒處理併發。執行緒是作業系統可以排程的最小執行單元，通常一個程序包含一個或多個執行緒。程序中的多個執行緒可以訪問相同的資源，例如記憶體，而包含它們的程序則不能。這在速度上具有優勢，因為執行緒可以在沒有程序間呼叫 (IPC) 開銷的情況下相互通訊。缺點是，由於執行緒可能會相互踐踏，因此它們正在處理的結構需要被鎖定，而這些鎖需要管理（這會帶來自身的開銷）。即使有了這些機制，執行緒在處理相同資料結構時仍然有可能更改資料，然後另一個執行緒將其更改回來 - 這就是所謂的“競爭條件”。這些問題極其難以隔離和重現。話雖如此，執行緒的實現方式因作業系統而異，有些作業系統在這方面做得比其他作業系統好。

在單處理器系統上，執行緒透過多路複用處理。這是處理器線上程之間切換（稱為上下文切換）的地方，當處理器正在處理執行執行緒時，其他執行緒會等待。通常情況下，處理器的執行速度遠快於各個執行緒的需求（這些執行緒可能正在等待 I/O 或使用者輸入），並且切換速度如此之快，以至於看起來每個執行緒都在同時執行。在多處理器系統上，執行緒通常會同時在不同的處理器上執行。

資料庫將對映其併發使用者需求到底層作業系統的程序和執行緒。這種對映稱為資料庫程序模型。由於資料庫的使用方式不同（單使用者與多使用者、獨立與並行），以及不同作業系統對執行緒的實現方式不同，因此 Oracle 和 DB2 允許使用者實現不同的程序模型。這是一個實現級別的決定；一旦資料庫安裝好，您選擇的程序模型就固定了。Oracle 和 DB2 將根據您的需求和作業系統指導您做出最合適的選擇。需要執行的工作單元是相同的，無論它們是作為執行緒還是程序實現的，並且令人困惑的是，術語程序模型和程序傾向於用於執行緒、使用者程序、資料庫程序和作業系統程序可互換（就像資料庫可以表示資料庫例項或磁碟上的使用者資料一樣），本書也不例外。當使用“程序”一詞時，它表示所有三種（資料庫程序、作業系統程序和使用者程序）以及執行緒正在完成的工作。當我們想要描述資料庫需要執行的工作單元時，這是一個方便使用的術語，而底層實現不是一個考慮因素（抽象，如果你願意）。在必須區分程序型別和程序與執行緒的地方，這種差異將是具體的（即，檢查點是一個程序與檢查點是一個帶執行緒的資料庫程序）。雖然這可能看起來有點迂腐，但這是一個重要的區別，因為在實現資料庫相容性時需要考慮這一點。

Oracle 和 DB2 預設情況下都透過程序支援每個併發使用者。

對於具有大量併發使用者的系統，Oracle 建議將使用者多路複用到程序池中。如果作業系統具有良好的執行緒實現，DB2 將為每個使用者使用這些作業系統執行緒。

總結

磁碟上的結構構成資料庫，記憶體中的結構和程序構成資料庫例項，資料庫例項和資料庫一起被稱為資料庫伺服器。