1.1.1 关系型数据库管理系统

一般来说，数据库管理系统一般会提供数据的定义、操作、组织、存储和管理，以及数据库的通信、管理、控制和保护等功能，具体包括以下功能。

（1）数据定义：提供数据定义语言（Data Definition Language，DDL），用于建立、修改数据库的库、表结构或模式，将结构或模式信息存储在数据字典（Data Dictionary）之中。

（2）数据操作：提供数据操作语言（Data Manipulation Language，DML），用于增加（Create）、查询（Retrieve）、更新（Update）和删除（Delete）数据（合称CRUD操作）。

（3）数据的持久存储、组织和维护、管理：能够分类组织、存储和管理各种数据，可以实现数据的加载、转换、重构等工作；能够将大量数据进行持久化存储，能够监控数据库的性能。

（4）保护和控制：可以支持多用户对数据并发控制，支持数据库的完整性、安全性，支持从故障和错误中恢复数据。

（5）通信与交互接口：可以实现高效存取数据（例如查询和修改数据），可以实现数据库与其他软件、数据库的通信和互操作等功能。

历史上第一批商用的数据库管理系统诞生于20世纪60年代，这些系统一般基于层次模型或网状模型：例如IBM公司研发的、基于网状模型的信息管理系统（Information Management System，IMS)等。这些数据库系统的出现，改变了过去采用人工方式或文件方式管理数据的落后方式，提高了数据管理的效率，实现了更强大的数据访问方法，以及提供了细粒度的数据定义和操作方法，但这些数据模型需要使用者（通常是程序员）对数据格式具有深入的了解，且不支持高级语言，这使得数据操作的难度很大。

1970年，IBM公司圣何塞实验室的埃德加·弗兰克·科德（Edgar Frank Codd，1923-2003）发表了名为“大型共享数据库的数据关系模型”（A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks）的论文，首次提出数据库的关系模型。科德认为：在基于关系模型的数据库系统中，使用者不需要关心数据的存储结构，只需要通过简单的、非过程化的高级语言（例如SQL语句）就可以实现数据定义和操作，这样大大简化了数据操作的方法，提高了数据操作的效率。为了实现这一目的，数据的存储将独立于硬件，呈献给用户的则是被称为“关系”的、由行和列组成的二维表结构，如图1-1所示。

上述关系模型一般包括关系数据结构、数据关系操作和数据完整性约束三个基本组成部分。

（1）在关系数据结构中，实体和实体间联系都可以通过关系（即二维表）的方式来表示。我们可以通过实体关系模型（Entity-Relationship Model）来描述这些内容。

（2）在数据关系操作中，可以通过关系代数中的并、交、差、除、投影、选择、笛卡尔积等方式完成对数据集合（而不仅仅是单条记录）的操作。

（3）在数据完整性约束中，关系模型必须对实体完整性和参照完整性进行约束，数据库系统应当提供完整性的定义与检验机制，此外，用户还可以定义并检验与业务有关的完整性约束，这并非是强制要求。

建立在关系模型基础上的数据库管理系统，称之为关系型数据库管理系统（Relational Database Management System，RDBMS）。1976年，第一个商用关系数据库系统问世。随后涌现出Oracle公司的Oracle RDBMS、微软公司的MS SQL Server、IBM公司的DB2，以及开源的MySQL数据库等诸多优秀的关系型数据库产品。

早期的网状和层次数据库被称为第一代数据库系统，关系型数据库则被称为第二代数据库系统。目前，关系型数据库的理论、相关技术和产品都趋于完善，但也仍在持续发展中，关系型数据库系统也是目前世界上应用最广泛的数据库系统，广泛应用在各行各业的信息系统当中。

除了提供数据库管理系统的一般功能，关系型数据库一般还会提供对事务（Transaction）的支持。事务是指一组数据操作必须作为一个整体来执行，这一组操作要么全部完成，要么全部取消。关系型数据库中的事务正确执行，需要满足原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）、持久性（Durability）四个特性，此外，关系型数据库需要提供事务的恢复、回滚、并发控制、死锁解决等问题。

1990年，美国的高级DBMS功能委员会提出了“第三代数据库系统”的概念，希望以关系型数据库为基础，支持面向对象等特性，以及支持更多、更复杂的数据模型。第三代数据库系统没有统一的数据模型，存在多种技术路线和衍生产品，但从技术成熟度和产品影响力上都没达到关系型数据库的水平。