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　　第二章 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)生命周期

　　2.1數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)生命周期

　　2.1.1 軟件工程與軟件開發(fā)方法

　　1、 軟件工程：指導(dǎo)計算機軟件開發(fā)和維護的工程科學，它采用工程化的概念、原理、技術(shù)和方法，以及正確的項目管理技術(shù)，來開發(fā)和維護軟件;它將系統(tǒng)化、規(guī)范化、定量化方法應(yīng)用于軟件的開發(fā)、操作和維護，也就是將工程化應(yīng)用于軟件生產(chǎn);

　　2、 軟件工程的目標：在給定成本、進度的前提下，開發(fā)出滿足用戶需求并具有下述特征的軟件產(chǎn)品：可修改性、有效性、可靠性、可理解性、可維護性、可重用性、可適應(yīng)性、可移植性、可追蹤性和可互操作性。

　　3、 軟件生命周期：指軟件產(chǎn)品從考慮其概念開始，到該產(chǎn)品交付使用的整個時期，包括概念階段、需求階段、設(shè)計階段、實現(xiàn)階段、測試階段、安裝部署及交付階段;

　　4、 軟件項目管理：為了能使軟件開發(fā)按預(yù)定的質(zhì)量、進度和成本進行，而對成本、質(zhì)量、進度、人員、風險等進行分析和有效管理的一系列活動。

　　5、 軟件工程以關(guān)注軟件質(zhì)量為特征，由方法、工具和過程三部分組成;

　　6、 軟件過程模型(軟件開發(fā)模型)：是對軟件過程的一種抽象表示，表示了軟件過程的整體框架和軟件開發(fā)活動各階段間的關(guān)系，常見的有：瀑布模型、快速原形模型、增量模型和螺旋模型。

　　2.1.2 DBAS軟件組成

　　1、 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件在內(nèi)部可看作由一系列軟件模塊/子系統(tǒng)組成，這些模塊/子系統(tǒng)可分成兩類：

　　(1) 與數(shù)據(jù)訪問有關(guān)的數(shù)據(jù)庫事務(wù)模塊：利用DBMS提供的數(shù)據(jù)庫管理功能，以數(shù)據(jù)庫事務(wù)方式直接對數(shù)據(jù)庫中的各類應(yīng)用數(shù)據(jù)進行操作，模塊粒度較小;

　　(2) 與數(shù)據(jù)訪問無直接關(guān)聯(lián)的應(yīng)用模塊：在許多與數(shù)據(jù)處理有關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)中，對數(shù)據(jù)庫的訪問只是整體中的一部分，其他功能則與數(shù)據(jù)庫訪問無直接關(guān)系，這部分模塊粒度可以比較大。

　　2、 DBAS設(shè)計開發(fā)的硬件方面：主要涉及根據(jù)系統(tǒng)的功能、性能、存儲等需求選擇和配置合適的計算機硬件平臺，并與開發(fā)好的DBAS軟件系統(tǒng)進行集成，組成完整的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng);

　　2.1.3 DBAS生命周期模型

　　1、 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的生命周期模型：

　　(1) 參照軟件開發(fā)瀑布模型的原理，DBAS的生命周期由項目規(guī)劃、需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、實現(xiàn)和部署、運行管理與維護等5個基本活動組成;

　　(2) 將快速原形模型和增量模型的開發(fā)思路引入DBAS生命周期模型，允許漸進、迭代地開發(fā)DBAS;

　　(3) 根據(jù)DBAS的軟件組成和各自功能，細化DBAS需求分析和設(shè)計階段，引入了數(shù)據(jù)組織與存儲設(shè)計、數(shù)據(jù)訪問與處理設(shè)計、應(yīng)用設(shè)計三條設(shè)計主線，分別用于設(shè)計DBAS中的數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫事務(wù)和應(yīng)用程序;

　　(4) 將DBAS設(shè)計階段細分為概念設(shè)計、邏輯設(shè)計、物理設(shè)計三個步驟，每一步的設(shè)計內(nèi)容又涵蓋了三條設(shè)計主線。

　　2.2 規(guī)劃與分析

　　2.2.1 系統(tǒng)規(guī)劃與定義

　　1、 定義：系統(tǒng)規(guī)劃與分析是面向?qū)⒁_發(fā)的DBAS，通過了解用戶實際需求，明確該系統(tǒng)需要實現(xiàn)的目標和任務(wù)，并從數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)處理的角度，確定系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫軟件的功能、性能范圍;

　　2、 系統(tǒng)規(guī)劃與定義包括：

　　(1) 任務(wù)陳述：描述所要開發(fā)的DBAS的總體目標;

　　(2) 確定任務(wù)目標;

　　(3) 確定系統(tǒng)范圍和邊界;

　　(4) 確定用戶視圖;

　　2.2.2 可行性分析

　　1、 可行性分析包括以下四方面：

　　(1) 經(jīng)濟可行性：對項目進行成本效益分析;DBAS的成本主要包括：A、軟硬件購置費用;B、系統(tǒng)開發(fā)費用;C、系統(tǒng)安裝、運行、維護費用。

　　(2) 技術(shù)可行性：是根據(jù)用戶提出的系統(tǒng)功能、性能及實現(xiàn)系統(tǒng)的各項約束條件，對系統(tǒng)軟件、硬件、技術(shù)方案作出評估和選擇建議;

　　A、 硬件可行性研究是分析DBAS的硬件平臺環(huán)境和設(shè)置;

　　B、 軟件可行性研究包括：對可用的DBMS和操作系統(tǒng)的選型評估，對中間件和開發(fā)環(huán)境的選型建議，對DBAS開發(fā)模式和編程語言的建議;

　　C、 技術(shù)方案的選擇是根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)需求，提出DBAS可能采用的合理技術(shù)方案和關(guān)鍵技術(shù);

　　(3) 操作可行性：是論證是否具備DBAS開發(fā)所需的各類人員資源、軟件資源、硬件資源和工作環(huán)境等，以及為支持DBAS開發(fā)如何去改進加強這幾方面資源。

　　(4) 開發(fā)方案選擇：目的是提出并評價實現(xiàn)系統(tǒng)的各種開發(fā)方案，從中選出一種適用于DBAS軟件的開發(fā)方案;

　　2.2.3 項目規(guī)劃

　　1、 項目規(guī)劃是項目管理者對資源、成本和進度做出合理估算，并在此基礎(chǔ)上制定切實可行的DBAS項目開發(fā)計劃。

　　2、 項目規(guī)劃包括以下內(nèi)容：

　　(1) 確定項目的目標和范圍;

　　(2) 根據(jù)DBAS軟件開發(fā)模型，分解和定義整個項目包括的工作活動和任務(wù);

　　(3) 估算完成該項目的規(guī)模和所需各種資源;

　　(4) 制定合理的DBAS項目計劃

　　3、項目規(guī)劃的結(jié)果應(yīng)形成數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)項目計劃文檔，即項目計劃書。

　　2.3 需求分析

　　1、 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)需求是指用戶對DBAS在功能、性能、行為、設(shè)計約束等方面的期望和要求;

　　2、 DBAS需求分析是在已經(jīng)明確的DBAS系統(tǒng)范圍基礎(chǔ)上，通過對應(yīng)用問題的理解和分析，采用合適的工具和符號，系統(tǒng)地描述DBAS的功能特征、性能特征和約束，并形成需求規(guī)范說明文檔;

　　3、 需求分析過程由需求獲取、需求分析、需求描述和規(guī)范說明、需求驗證等組成;

　　4、 DBAS的需求分析包括：

　　(1) 數(shù)據(jù)需求分析;

　　(2) 數(shù)據(jù)處理需求分析;

　　(3) 業(yè)務(wù)需求分析;

　　(4) 分析數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在性能、存儲、安全、備份與恢復(fù)等方面的要求;

　　2.3.1 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理需求分析

　　1、 數(shù)據(jù)需求分析：是從對數(shù)據(jù)組織與存儲的設(shè)計角度，辨識應(yīng)用領(lǐng)域所管理的各類數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，與數(shù)據(jù)處理需求分析結(jié)果一起，組成數(shù)據(jù)字典;

　　2、 數(shù)據(jù)處理需求分析：是從數(shù)據(jù)訪問和處理的角度，明確對各類數(shù)據(jù)項所需進行的數(shù)據(jù)訪問操作，分析結(jié)果可表示為數(shù)據(jù)流圖或事務(wù)規(guī)范;

　　3、 事務(wù)規(guī)范包括：

　　(1)事務(wù)名稱;(2)事務(wù)描述;(3)事務(wù)所訪問的數(shù)據(jù)項;(4)事務(wù)用戶;

　　2.3.2 業(yè)務(wù)規(guī)則需求分析

　　1、業(yè)務(wù)規(guī)則需求分析：是從DBAS高層目標和整體功能出發(fā)，分析系統(tǒng)或系統(tǒng)中一些大粒度子系統(tǒng)應(yīng)具有的業(yè)務(wù)類型和功能，明確用戶或外部系統(tǒng)與DBAS的交互模式;

　　2.3.3 性能需求分析

　　1、 DBAS的性能指標：

　　(1) 數(shù)據(jù)操作響應(yīng)時間(或數(shù)據(jù)訪問響應(yīng)時間)：從提交請求到返回結(jié)果的時間;

　　(2) 系統(tǒng)吞吐量：指系統(tǒng)在單位時間內(nèi)所完成的事務(wù)或查詢的數(shù)量，單位為TPS;

　　(3) 允許并發(fā)訪問的最大用戶數(shù)：在保證響應(yīng)時間的前提下，系統(tǒng)最多允許多少用戶同時訪問數(shù)據(jù)庫;

　　(4) 每TPS代價值，用于衡量系統(tǒng)性價比的指標

　　2、 影響DBAS性能的因素：

　　(1) 系統(tǒng)硬件資源;

　　(2) 網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備性能;

　　(3) 操作系統(tǒng)環(huán)境;

　　(4) 數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計和物理設(shè)計質(zhì)量，數(shù)據(jù)庫配置參數(shù);

　　(5) DBAS的配置和性能;

　　(6) 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序自身。

　　2.3.4 其它需求分析

　　1、 存儲需求分析：是指估計DBAS系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)存儲量，包括：(1)初始數(shù)據(jù)庫大小;(2)數(shù)據(jù)庫增長速度;存儲總量估算可采用：根據(jù)數(shù)據(jù)字典中每個數(shù)據(jù)項的結(jié)構(gòu)描述信息，估計每個數(shù)據(jù)項的容量，將所有數(shù)據(jù)項的容量累加;

　　2、 安全性需求分析：

　　(1) DBAS系統(tǒng)應(yīng)達到的安全控制級別;

　　(2) 各類用戶的數(shù)據(jù)視圖和視圖訪問權(quán)限;

　　(3) DBAS應(yīng)有的口令保護機制或其它安全認證機制，用以控制用戶登錄數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

　　3、 備份和恢復(fù)需求分析：

　　(1) DBAS運行過程中備份數(shù)據(jù)庫的時間和備份周期;

　　(2) 所需備份的數(shù)據(jù)是全部數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，還是一部分;

　　(3) 備份方式是采用完全備份還是采用差異備份。

　　2.4 系統(tǒng)設(shè)計

　　2.4.1 概念設(shè)計

　　1、 數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計：是根據(jù)數(shù)據(jù)需求分析階段得到的需求結(jié)果，分析辨識需要組織存儲在數(shù)據(jù)庫中的各類應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)據(jù)對象的特征及其相互之間關(guān)聯(lián)關(guān)系，并采用概念數(shù)據(jù)模型表示出來，得到獨立于具體DBMS的數(shù)據(jù)庫概念模型;

　　2、 ER方法：(1)選擇局部應(yīng)用;(2)分別設(shè)計各個局部ER圖;(3)局部ER圖合并;

　　3、 系統(tǒng)總體設(shè)計：

　　(1) 確定DBAS體系結(jié)構(gòu);

　　(2) 系統(tǒng)硬件平臺和操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件的選型和配置;

　　(3) 應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　(4) 對需求分析階段識別出的業(yè)務(wù)規(guī)則進行初步設(shè)計，細化業(yè)務(wù)規(guī)則流程，明確采用的關(guān)鍵技術(shù)和算法;

　　(5) 對系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)進行方案選型和初步設(shè)計。

　　2.4.2 邏輯設(shè)計

　　1、 數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計：指從數(shù)據(jù)庫的概念模型出發(fā)，設(shè)計表示為邏輯模式的數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)。

　　(1) ER圖轉(zhuǎn)換為初始關(guān)系模式;

　　(2) 對初始關(guān)系模式進行優(yōu)化;

　　(3) 檢查關(guān)系表對數(shù)據(jù)庫事務(wù)的支持性;

　　(4) 確定關(guān)系模式的完整性約束;

　　(5) 從數(shù)據(jù)安全性和獨立性出發(fā)，設(shè)計用戶視圖。

　　2、 應(yīng)用程序概要設(shè)計(II);

　　3、 數(shù)據(jù)庫事務(wù)概要設(shè)計;

　　2.4.3 物理設(shè)計

　　1、 數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計：主要指數(shù)據(jù)文件在外存上的存儲結(jié)構(gòu)和存取方法，它依賴于系統(tǒng)具體的硬件環(huán)境、操作系統(tǒng)和DBMS;

　　(1) 數(shù)據(jù)庫邏輯模式調(diào)整;

　　(2) 選擇或配置基本關(guān)系表的文件組織形式;

　　(3) 數(shù)據(jù)分布設(shè)計;

　　(4) 安全模式設(shè)計;

　　(5) 確定系統(tǒng)配置;

　　(6) 物理模式評估;

　　2、 數(shù)據(jù)庫事務(wù)詳細設(shè)計：根據(jù)事務(wù)流程，利用SQL語句、數(shù)據(jù)庫訪問接口，采用高級程序設(shè)計語言或DBMS提供的事務(wù)實現(xiàn)機制，設(shè)計數(shù)據(jù)庫事務(wù)。

　　3、 應(yīng)用程序詳細設(shè)計：

　　2.5 實現(xiàn)與部署

　　1、 建立數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu);

　　2、 數(shù)據(jù)加載;

　　3、 事務(wù)和應(yīng)用程序的編碼及測試;

　　4、 系統(tǒng)集成、測試與試運行;

　　5、 系統(tǒng)部署;

　　2.6 運行管理與維護

　　2.6.1 日常維護

　　(1) 數(shù)據(jù)庫的備份與恢復(fù)

　　(2) 完整性維護

　　(3) 安全性維護

　　(4) 存儲空間管理

　　(5) 并發(fā)控制及死鎖處理

　　2.6.2 系統(tǒng)性能監(jiān)控和分析

　　1、 統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以通過兩種途徑收集：

　　(1) 由DBMS本身自動收集和存儲統(tǒng)計數(shù)據(jù)

　　(2) 通過監(jiān)控系統(tǒng)得到

　　2.6.3 系統(tǒng)性能優(yōu)化調(diào)整

　　1、 糸統(tǒng)性能優(yōu)化的手段有：數(shù)據(jù)查詢調(diào)整與優(yōu)化、索引調(diào)整、數(shù)據(jù)庫摸式調(diào)整、DBMS和操作系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整等。

　　2、 模式調(diào)整主要涉及邏輯模式調(diào)整，可以從下考慮：

　　(1) 已達到第三范式的基本表，不要進一步規(guī)范化為BCNF;

　　(2) 在分布式數(shù)據(jù)庫中，對一個基本表中某些頻繁被訪問的數(shù)據(jù)，可以按水平分區(qū)或垂直分區(qū)方式拆分基本表。

　　2.6.4 系統(tǒng)升級

　　1、 改進應(yīng)用桯序;

　　2、 數(shù)據(jù)庫重組;

　　DBMS和OS版本升級

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