關聯式資料庫系統的規劃

本章內容

• MySQL實體資料庫檔案結構

• MySQL的資料表與索引結構

•如何規劃與設計資料庫

•資料庫正規化

學習本章後，你將會

•瞭解並指出MySQL的實體檔案的預設資料夾位置

•變更預設的MySQL實體檔案存放資料夾位置

•瞭解MySQL的資料表結構及其作用

•瞭解MySQL的索引結構

•瞭解關聯式資料庫規劃的方法

•能夠簡單說明資料庫正規化的用途

•能夠運用第一正規化、第二正規化、第三正規化及Boyce-Codd正規化進行簡單的資料庫規劃

規劃資料庫系統的儲存空間

•資料庫系統會隨著存放的資料量增加而佔用更多硬碟空間

•規劃資料庫系統的第一步是要預估資料量

•按資料量來規劃需要的儲存設備(硬碟)空間

MySQL儲存資料的方法

•指定預設的資料庫檔案儲存資料夾•可以是連線在MySQL Server上的儲存設備

• MySQL Server有權限讀寫資料檔案

•對資料夾要擁有系統管理者權限

•建立附檔名為.frm、.MYD、.MYI的MySLQ資料庫檔案• .frm:紀錄資料表的結構

• .MYD:儲存MyISAM資料表的資料

• .MYI:儲存MyISAM資料表的索引檔

MySQL的資料庫實體檔案

• MySQL 5.6安裝完成的預設資料庫實體檔案資料夾為

C:\ProgramData\MySQL\MySQL Server 5.6\data

•下頁圖示為預設安裝完成後的MySQL資料庫實體檔案資料夾內容

•主檔名為db者，即為系統資料庫

• MySQL資料庫檔案可以複製•最好先停止MySQL資料庫服務再複製

•複製，是遷移MySQL資料庫檔案最直接的方法

MySQL預設的資料庫實體檔案圖示

MySQL的預設資料庫檔案儲存資料夾

•預設的C:\ProgramData資料夾是被Windows隱藏的系統資料夾

•由檔案總管視窗的資料夾選項設定• 點選“顯示隱藏的檔案、資料夾及磁碟機”

• 取消勾選“隱藏保護的作業系統檔案”

• 參見左圖

•再由檔案總管打開C磁碟機資料夾，即可見到系統資料夾C:\ProgramData

變更MySQL預設資料庫檔案資料夾(一)

• MySQL資料庫管理需要進入資料庫檔案資料夾

•為避免破壞Windows作業系統的系統安全，建議變更MySQL的預設資料庫檔案資料夾位置

•由“服務”停止MySQL資料庫系統

變更MySQL預設資料庫檔案資料夾(二)

•建立新的MySQL資料庫檔案資料夾，例如C:\MySQLDBFiles

•將原MySQL資料庫檔案資料夾C:\ProgramData\MySQL\MySQL Server 5.6\data中的所有檔案及子資料夾複製到新的MySQL資料庫檔案資料夾C:\MySQLDBFiles中

•參見左圖複製完後的新MySQL資料庫檔案資料夾內容

變更MySQL預設資料庫檔案資料夾(三)

•複製完成後，以筆記本(Notepad)打開MySQL的系統架構檔My.ini

C:\ProgramData\MySQL\MySQL Server 5.6\My.ini

•找到My.ini的[mysqld]節點，編輯其中datadir參數，將其內容變更為

datadir="C:/MySQLDBFiles\“

•參見左圖

變更MySQL預設資料庫檔案資料夾(四)

•重新啟動MySQL資料庫服務，如左圖，狀態必須為“執行中”

•檢查新的MySQL資料檔案資料夾中的各個資料庫檔案是否變更為最新系統時間• 如變更，完成預設資料夾

• 沒有變更，請重新由步驟(一)進行

變更MySQL預設資料庫檔案資料夾(五)

•恢復Windows作業系統資料夾安全性• 點選“不顯示隱藏的檔案、資料夾及磁碟機”

• 勾選“隱藏保護的作業系統檔案”

• 參見左圖

•進入C磁碟機資料夾，確定無法點選C:\ProgramData資料夾

回顧MySQL預設資料庫檔案資料夾

•本節說明MySQL資料庫系統的資料庫檔案預設資料夾

•說明在Windows作業系統中變更MySQL資料庫檔案預設資料夾的原因

•說明在Windows作業系統中變更MySQL資料庫檔案預設資料夾的操作步驟

•在Linux作業系統中，變更MySQL資料庫檔案預設資料夾的操作步驟類似

MySQL資料庫系統的資料表結構

• MySQL資料庫系統的資料表，由下列要素構成

•資料表的名稱

•資料表中的欄位(Field)，由下列要素構成• 欄位名稱(Field Name)

• 可存放的資料型別(Data Type)

• 存放資料的限制條件，例如不可存放空值(Null)

•索引鍵(Index Key)

綱要(Schema)

•綱要是指資料庫系統中，資料儲存架構的定義

•由一群有關聯的資料表，及其相關的引索鍵與控制程式組成

•綱要的應用視不同的資料庫管理系統(DBMS)的設計而異

• MySQL資料庫管理系統對綱要的應用主要是在資料庫層級• 資料庫 = 綱要

• Oracle資料庫管理系統對綱要的應用主要是在使用者帳號層級• 資料庫 -> 使用者帳號 = 綱要

• Microsoft SQL Server則是提供獨立的綱要層級，不一定會用到• 資料庫 -> 綱要

MySQL資料庫系統的索引

• MySQL資料庫系統的索引有以下數種

• INDEX，或稱為Key，是種直接、非惟一值的索引

• Unique，惟一值索引，限制索引值必須是惟一

• Primary，主索引，每個資料表只能有一個主索引，其索引值惟一

• FullText，全文檢索，這是用來建立搜尋功能的索引

MySQL資料庫系統的索引結構

• MySQL資料庫系統提供兩種索引結構

• B-Tree，二元樹索引結構，預設使用

• Hash，雜湊索引結構，只用在Memory/Heap Table

• Memory/Heap Table是比較特殊的資料表結構，和一般儲存在碟硬上的資料表不同，主要是以記憶體為儲存設備，講求速度、效能的情況下可運用這種特殊的資料表結構

B-Tree索引結構•如左圖，先以13為比較基礎，小於13的數字放左邊，大於13的數字放右邊

•依此類推小於4，介於4和7，及大於7的數字分別存放

•當搜尋數字1，先比較13，再比較4，只要比較兩次即可找到數字1，大幅縮減搜尋資料時的比較次數及時間

回顧MySQL資料庫系統的資料表及引索

•資料表主要由：欄位名稱、資料型別及限制條件構成

•資料表中有索引鍵的結構，來簡化搜尋資料的過程

• MySQL的索引鍵結構有B-Tree和Hash兩種

•預設使用B-Tree索引結構

• Hash是用在特殊的Memory/Hash Table中

如何規劃與設計資料庫

•規劃一個資料庫，和建立資料庫的目的有直接關聯

•例如• 購物網站資料庫

• 學生學籍資料庫

• 國家地理資訊資料庫

• 戶政資料庫

•設計資料庫是將資料庫的細節，如資料表結構、索引結構等資料庫物件的實際結構，予以詳細的設計

規劃資料庫的考量

•資料量大小

•資料的型態，文字、圖形、多媒體

•資料被存取的方法

•資料庫反應速度的要求

•資料庫的存取權限及資訊安全

•資料庫的服務水準的要求，例如一週7天每天24小時不能停頓

•儲存設備的要求

•備援機制的設計，異地備援的要求

•建置資料庫的預算

設計資料庫的要求

•遵循資料庫正規化的步驟，適當移除資料表結構中重覆資料欄位

•根據查詢資料表內容的條件，設計適當的主鍵及相關索引鍵

•注意資料型別應用的限制，例如整數可容納數字大小

•儘量保存與設計資料庫相關的原始文件，以利日後瞭解設計的考量何在

資料庫正規化(Database Normalized)

•正規化是為關聯式資料庫系統的設計而發展出來的方法

•由下而上評估關聯表綱要是否符合正規化型式(Normal Form)

•正規化型式的目的在• 去除資料表結構中的重覆性(Redundancy)，例如學生姓名只要出現在學籍基本資料表中，不用在成績資料表與選課資料表中出現

• 去除不一致相依性(Inconsistent Dependency)，例如學生王大同在成績資料表中，有五個不同課程的成績，對照學籍基本資料表中，兩個課程對照記錄A，三個課程對照記錄B，記錄A與B均指向相同的王大同，發生資料不一致的情形。

正規化型式(Normal Form)

•正規化型式是用來設計資料庫中資料表結構的方法

•有六個正規化型式• 第一正規化型式(First Normal Form)

• 第二正規化型式(Second Normal Form)

• 第三正規化型式(Third Normal Form)

• Boyce-Codd正規化型式(Boyce-Codd Normal Form)

• 第四正規化型式(Fifth Normal Form)

• 第五正規化型式(Sixth Normal Form)

•通常做到第三正規化型式或Boyce-Codd正規化型式即可

正規化型式的步驟

未正規化的關聯表

第一正規化型式(1NF)

第二正規化型式(2NF)

第三正規化型式(3NF)

Boyce-Codd正規化型式(BCNF)

•對大多數應用，執行到第三正規化型式即可，不用再執行BCNF及其後的第四、第五正規化型式

•如果資料表的主鍵是由多個欄位構成(又稱為複合欄位)時，就要再執行Boyce-Codd正規化型式。

•其步驟• 檢查第三正規化型式後的關聯表

• 若主鍵只有一個欄位，符合BCNF。

• 若主鍵有多個欄位，則需檢查主鍵中的各欄位不可以相依於其他非主鍵的欄位。

•上頁中的各個關聯表的主鍵均只有一個欄位，故均符合BCNF。

BCNF舉例

• 下圖最右方成績關聯表主鍵有兩個欄位：學號、課程編號

• 成績欄位相依於學號及課程編號欄位：對課程編號欄位而言，並沒有相依於成績欄位；對

學號欄位而言，, 也沒有相依於「成績」欄位。

• 所以成績資料表是符合BCNF的資料表。。

回顧資料庫正規化

•資料庫正規化有六個的步驟

•一般做到第三正規化型式即可算是完成資料庫正規化

• BCNF主要是檢查• 關聯表的主鍵是否有多個欄位構成

• 若主鍵有多個欄位，主鍵中的欄位不可相依於非主鍵的欄位

• 只有一個欄位的主鍵，即符合BCNF，不用再檢查

•商業應用的資料庫設計，很少用到第四、第五正規化型式