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前言
数据库系统(DBS DataBase System)主要提供应用数据的组织、存储、维护、访问等数据管理功能。
数据库应用系统(DBAS DataBase Application System)不仅为用户提供了数据管理功能，还根据具体应用领域业务规则，通过数据库应用程序，实现了更为复杂的数据处理功能。
数据库应用系统设计与开发是指根据具体应用领域数据管理和处理需求，设计应用数据在数据库的组织和存储方式，即设计数据库模式或结构，并根据应用领域业务规则设计数据库应用软件。依据这些设计结果，在数据库中正确组织和存储应用数据，开发数据库应用程序，选定合适的硬件平台和操作系统、DBMS等系统软件，按照一定的体系结构将各部分有组合起来，构成实际可运行的数据库应用系统。
数据库应用系统生命周期
为了提高软件质量，加快软件开发进度，降低开发费用，人们提出了“软件工程”的思想，即用工程的概念、原理、技术、方法对软件开发和生产的全过程进行追踪和管理。
用现代工程的概念管理软件生产和开发全过程的典型方法有：瀑布模型、快速原型模型和螺旋模型。
- 瀑布模型也称（软件过程模型、软件生命周期模型）
将软件开发的全过程分为六个阶段。项目规划、系统分析、总体设计、详细设计、编码调试及集成测试、运行维护。
瀑布模型要求必须按照模型定义的顺序，从阶段1到阶段6进行软件项目的开发工作，每个阶段工作结束后必须提交阶段工作文档，并经过严格的评审确认后才能开始下一阶段的活动，保证了阶段工作的有效性、一致性和完备性。
- 快速原型模型
快速原型模型，其指导思想是不必把前期各阶段的活动做到尽善尽美后才启动下阶段的活动。将软件开发的全过程分为五个阶段。
- 螺旋模型
螺旋模型把软件开发的全过程划分为4个阶段，也称为4个象限。
螺旋模型将瀑布模型的系统化与快速原型模型的可修改性结合起来，引入了风险评估活动，采用“演化“的概念开发系统，使得开发者和使用者对每个演化层可能的风险有所了解。有效降低了大型项目实施过程中，因成本、进度、质量等因素的不确定性带来的风险。然而模型对开发人员评估风险的经验要求较高。
- DBAS生命周期模型
数据库应用系统(DBAS)是一类典型的面向数据管理和数据处理的复杂软件系统。其设计开发应当在满足实际应用需求的前提下,遵循数据库系统三级模式结构所规定的数据库设计范型，按照软件工程所定义的复杂软件系统开发原则，采取工程化方法，按计划、分步骤地进行，以便保证系统开发质量，降低开发成本，加快开发进度。因此数据库应用系统的设计开发必须有软件过程模型作为指导。
DBAS生命周期模型参照软件开发瀑布模型的原理，并引入快速原型模型和螺旋模型的开发思路，允许渐进、迭代的开发DBAS。
根据DBAS的总体目标和实现功能,在模型中引入了数据库设计与实现的内容，即按照数据组织与存储设计、数据访问与处理设计、应用设计三条设计主线，分别设计与实现DBAS中的数据库、数据库事务和应用程序。其中，数据库事务设计和应用软件设计属于数据库应用系统功能设计范畴。
规划与分析
作为DBAS生命周期中的第一步，规划与分析的目标是将数据库应用系统作为由计算机硬件，计算机软件和用户组成的复杂人机系统，从项目管理的角度，面向实际应用和用户需求，确定整个数据库应用系统的目标和任务，从技术、操作和经济三方面进行可行性分析并制定合理的项目开发计划。
1.系统规划与定义
系统规划与定义，是面向将要开发的DBAS。具体内容包括：
任务陈述–描述所要开发的DBAS的总体目标
确定任务目标–明确为了实现任务陈述所规定的系统总体目标，DBAS应该支持的一系列数据管理和数据处理任务与活动。
确定系统范围和边界–系统范围和边界定义了DBAS做什么？不做什么？做到什么程度，是DBAS需求分析和系统设计等后续开发步骤的设计依据。软件范围是指一个软件应该实现的功能，性能边界。
确定用户视图–用户视图表示了不同DBAS用户的数据访问处理/需求。
2.可行性分析
在明确了DBAS的任务目标和系统范围之后，需要从经济、资源、技术等方面进行项目可行性分析评估，判断DBAS开发项目在现有技术和经济条件下是否可行，是否能够达到预期目标，以及为保证项目正常进行需要的各种资源和支撑条件。
经济可行性研究是对项目进行成本效益分析，估算项目开发成本，评估项目经济效益、社会效益和利润，在项目成本和收益间进行合理权衡并分析项目对其产品或利润的影响。
技术可行性研究是根据用户提出的系统功能、性能及实现系统的各项约束条件，对系统软硬件和技术方案作出评估和选择建议。
操作可行性研究是论证是否具备DBAS开发所需的各类人员资源，软件资源，硬件资源和工作环境等以及为支持DBAS开发如何去改进加强这几方面资源。
开发方案选择的目标是提出并评价实践系统的各种开发方案，从中选择一种适用于DBAS软件的开发方案。
完成上述四方面的可行性分析后，应形成相应的数据库应用系统开发可行性研究报告。
3.项目规划
项目规划是项目管理者对资源成本和进度作出合理估算，并在此基础上制定出适合的的过程。
项目规划的结果应形成数据库应用系统项目计划文档，也就是项目计划书。
需求分析
需求是指用户对DBAS在功能、性能、行为、设计约束等方面的期望和要求，也就是希望DBAS做什么，做到什么程度等具体要求。
对于以处理数据为核心的数据库应用系统来说，经常需要将数据需求或信息需求独立出来进行分析。对于DBAS来说，在功能层面可以将需求分成与数据处理密切相关的功能需求和业务规则需求。
需求获取是DBAS系统分析人员的职责。
1.数据需求分析
数据需求分析是从对数据进行组织与存储的角度，从用户视图出发，分析与辨识应用领域所管理的各类数据项和数据结构形成数据字典的主要内容。
数据项是数据的最小组成单位，由若干个数据项可以组成一个数据结构。数据字典通过对数据项和数据结构的定义来描述数据流和数据存储的逻辑内容。
2.功能需求分析
功能需求分析主要针对DBAS应具有的功能进行分析，是DBAS需求分析的核心环节。包括数据处理需求分析和业务规则需求分析。
数据处理需求分析
数据处理需求分析，从数据访问和处理的角度，明确对各类数据项所需进行的数据访问操作分析，结果可表示为数据流图或DBAS应支持的各种数据处理事务规范。
数据流图是一种形式化的数据需求分析技术，利用数据项数据存储、数据加工和数据流等概念描述对数据的处理。
数据处理需求分析结果也可以表示为事务规范。
数据需求分析与数据处理需求分析的结果，组织在一起可以构成数据字典文档，该文档也经常被称为数据规范说明书，作为下一步开展系统设计的主要输入文档。
业务规则求分析
对于与数据库和数据访问无直接关系的其他功能，系统中一些软件模块与数据库访问无直接关系的功能。需要进行业务规则需求分析。
业务规则需求分析，主要面向系统开发者分析结果可采用自然语言、UML等进行描述。
3.性能需求分析
功能需求描述了一个系统应当做什么，性能需求则描述了系统应当做到什么程度？DBAS需求分析阶段的另一项重要工作是分析DBAS应具有的性能指标。
系统吞吐量指系统在单位时间内可以完成的数据库事务或数据查询的数量。
系统吞吐量可表示为每秒事务数TPS。每TPS代价值用于衡量系统性价比的指标。
DBAS性能指标是系统软硬件设计开发的重要依据，影响DBAS性能的主要因素有系统硬件资源、网络通信设备性能、操作系统环境、数据库的逻辑设计和物理设计质量、 DBMS的配置和性能、数据库应用程序本身。
4.其他需求分析
存储需求分析是指估计DBAS系统需要的数据存储量。
初始数据库大小指DBAS刚投入运行时的数据存储总量。
数据库增长速度指运行过程中DB内数据量的变化情况(增大/减小)。
安全性需求分析，考虑以下几个问题:
1.DBAS系统应达到的安全控制级别。
2.各类用户的数据视图和视图访问权限。
3.DBAS应有的口令保护机制或其他安全认证机制。
系统设计
根据DBAS生命周期模型，数据库应用系统设计包括概念设计、逻辑设计和物理设计三个步骤。
概念设计
概念设计，包括数据库概念模型设计和系统总体设计。
概念模型设计是依据数据需求分析阶段得到的需求规范说明文档，分析辨识需要组织存储在数据库中的各类应用领域数据对象的特征及其相互间相关联关系，并采用概念数据模型表示出来，得到独立于具体DBMS的数据库概念模型。数据库概念模型可能采用多种方法表示，如最常用的ER方法。
一个大型数据库应用系统是由硬件和软件组成的复杂系统，在设计上应依据自上而下，由简到繁，逐步求精的原则。
系统总体设计的内容有：
1.DBAS体系结构设计。
2.DBAS系统硬件平台的选型和配置。
3.应用软件结构设计。
4.对需求分析阶段识别出的业务规则进行初步设计，细化业务规则流程，分析所处理的业务数据和处理方式，明确采用的关键技术和算法等。
5.对系统采用的关键技术进行方案选型和初步设计。
逻辑设计
逻辑结构设计与DBMS采用的数据模型密切相关，如关系模型，层次模型，网状模型，但与具体的DBMS系统实现无关。
数据库事务概要设计的任务是根据需求分析阶段识别出的各种DBAS事务设计与具体DBMS和实现方法无关的事物数据处理流程，明确事务所访问的各关系表。
物理设计
数据库中的数据以文件形式存放在外存物理设备上，数据库物理结构主要指数据文件在外存上的存储结构和存取方法，它依赖于系统具体的硬件环境，操作系统和DBMS。
数据库事务详细设计需要将事务概要设计中的read和write元操作替换为DBMS支持的查询、删除、插入、修改等具体数据库访问操作或数据库访问API调用。
实施与部署
DBAS的实现与部署也称为DBAS的实施，在这个阶段，数据库应用系统开发人员需要根据DBAS设计结果，建立数据库，编写应用程序，集成DBAS软硬件，组成完整的DBAS。系统经测试和试运行，经过验证在功能、性能等方面达到设计要求后，可以交付用户使用，这个过程称为数据库应用系统的实现与部署。
DBAS实现与部署包括以下工作内容：
1.建立数据库结构。
2.数据加载。
3.事务和应用程序的编码及调试。
4.系统集成、测试与试运行。
5.系统部署。
运行与维护
数据库运行管理和维护的主要工作内容包括日常维护、系统监控与分析系统、性能优化调整、系统优化（升级）等工作，这些工作主要由数据库管理员（DBA)负责，有时也需要其他设计及开发人员参与。
参考资料
- 全国计算机等级考试三级教程.数据库技术 2019.12.
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