MiniSQL总体设计报告

MiniSQL总体设计报告第1页共7页2020-6-27MiniSQL总体设计报告作者：2002级计算机科学与技术专业XXXZZZTTTTTTTCCC1.引言1.1编写目的为了很好的实现我们的MiniSQL，这里先对系统进行一个总体的分析与层次的设计，以便提高代码的效率与质量。1.2项目背景本项目由ZZZ,TTT,XXX,CCC受数据库老师陈根才任命，以课堂大程的形式来独立完成一个MiniSQL的小型系统。本组开发人员具有数据库应用与实现的知识，并且有较好的C++基础，而且有良好的团队精神。1.3定义1．3．1专门术语C++:一种面向对象编程语言SQL:一种访问数据库管理数据库的语言。1．3．2缩写SQL:StructuredQueryLanguage（结构化查询语言）。1.4参考资料《数据库系统概念》AbrahamSilberschatzHenryF.KorthS.Sudarshan2.任务概述2.1目标设计并实现一个精简型单用户SQL引擎(DBMS)MiniSQL，允许用户通过字符界面输入SQL语句实现表的建立/删除；索引的建立/删除以及表记录的插入/删除/查找。MiniSQL总体设计报告第2页共7页2020-6-272.2运行环境PentiumII或更高，WindowsNT环境2.3需求概述数据类型只要求支持三种基本数据类型：int，char(n)，float，其中char(n)满足1=n=255。表定义一个表最多可以定义32个属性，各属性可以指定是否为unique；支持单属性的主键定义。索引的建立和删除对于表的主属性自动建立B+树索引，对于声明为unique的属性可以通过SQL语句由用户指定建立/删除B+树索引（因此，所有的B+树索引都是单属性单值的）。查找记录可以通过指定用and连接的多个条件进行查询，支持等值查询和区间查询。插入和删除记录支持每次一条记录的插入操作；支持每次一条或多条记录的删除操作。SQL语句需求说明MiniSQL支持标准的SQL语句格式，每一条SQL语句以分号结尾，一条SQL语句可写在一行或多行。为简化编程，要求所有的关键字都为小写。在以下语句的语法说明中，用黑体显示的部分表示语句中的原始字符串，如create就严格的表示字符串“create”，否则含有特殊的含义，如表名并不是表示字符串“表名”，而是表示表的名称。创建表语句该语句的语法如下：createtable表名(列名类型,列名类型,列名类型,primarykey(列名));其中类型的说明见第二节“功能需求”。若该语句执行成功，则输出执行成功信息；若失败，必须告诉用户失败的原因。示例语句：createtablestudent(snochar(8),snamechar(16)unique,sageint,sgenderchar(1),primarykey(sno));删除表语句MiniSQL总体设计报告第3页共7页2020-6-27该语句的语法如下：droptable表名;若该语句执行成功，则输出执行成功信息；若失败，必须告诉用户失败的原因。示例语句：droptablestudent;创建索引语句该语句的语法如下：createindex索引名on表名(列名);若该语句执行成功，则输出执行成功信息；若失败，必须告诉用户失败的原因。示例语句：createindexstunameidxonstudent(sname);删除索引语句该语句的语法如下：dropindex索引名;若该语句执行成功，则输出执行成功信息；若失败，必须告诉用户失败的原因。示例语句：dropindexstunameidx;选择语句该语句的语法如下：select*from表名;或：select*from表名where条件;其中“条件”具有以下格式：列op值and列op值…and列op值。op是算术比较符：===若该语句执行成功且查询结果不为空，则按行输出查询结果，第一行为属性名，其余每一行表示一条记录；若查询结果为空，则输出信息告诉用户查询结果为空；若失败，必须告诉用户失败的原因。示例语句：select*fromstudent;select*fromstudentwheresno=‘88888888’;select*fromstudentwheresage20andsgender=‘F’;插入记录语句该语句的语法如下：insertinto表名values(值1,值2,…,值n);若该语句执行成功，则输出执行成功信息；若失败，必须告诉用户失败的原因。示例语句：insertintostudentvalues(‘12345678’,’wy’,22,’M’);删除记录语句该语句的语法如下：deletefrom表名;或：deletefrom表名where条件;若该语句执行成功，则输出执行成功信息，其中包括删除的记录数；若失败，必须告诉用户失败的原因。MiniSQL总体设计报告第4页共7页2020-6-27退出MiniSQL系统语句该语句的语法如下：quit;执行SQL脚本文件语句该语句的语法如下：execfile文件名;SQL脚本文件中可以包含任意多条上述8种SQL语句，MiniSQL系统读入该文件，然后按序依次逐条执行脚本中的SQL语句。在设计中，除了基本的需求之外，我们新增了四条语句：创建数据库语句CREATEDATABASE数据库名；删除数据库语句DROPDATABASE数据库名；使用数据库语句USE数据库名；显示帮助信息语句HELP;其中前三条用于实现数据库的创建，已有数据库的使用，以及删除不需要的数据库；这些将构成对此MiniSQL操作的引导，以及数据库使用结束后，删除不必要的数据库内容的基本命令。HELP命令是为用户提供程序的说明和对MiniSQL操作的指导。同时对一些语句的功能进行了增强：1．对于WHERE条件适当地做了扩充。在实验要求中规定WHERE条件具有以下格式：列op值and列op值…and列op值。其中op是算术比较符：===。但在具体实现时，WHERE条件具有以下格式：列op值/列and/or列op值/列….And/or列op值/列。2．对于SELECT语句，除了能够选择所有属性以外，还可选择部分属性。如SELECTATTR1,ATTR2,……,ATTRnFROM表名。3.系统体系结构设计：在系统的结构设计中，我们主要是按照实验设计指导书中给定的进行设计，各个模块之间的接口会在下面的模块接口设计中进一步阐述，设计结构图完全参照实验指导上的设计结构，如下：MiniSQL总体设计报告第5页共7页2020-6-27Interpreter模块的主要功能是接受用户输入的SQL语句及其他命令语句，并检验用户输入的SQL语句及其他命令语句的格式，语法和语义的正确性。同时将符合要求的语句转化为内部形式，供API及Catalog模块使用；而对不符合要求的语句，显示其出错信息，供用户参考。SQL语句的命令解析如下图所示：API模块是整个系统的核心，其主要功能是根据Interpreter层解释生成的命令内部形式，调用CatalogManager提供的信息进行进一步的验证及确定执行规则，并调用RecordManager、IndexManager和CatalogManager提供的相应接口执行各SQL语句及命令语句。API模块实现功能根据Interpreter层解释生成的命令内部形式的语句编号分别调用CatalogManager提供的接口进行语句的语义验证，并根据结果调用RecordManager,IndexManager提供的接口执行各语句，同时也为RecordManager模块调用IndexManager模块的功能提供接口。概而言之，API是Interpreter模块，RecordManager模块及CatalogManager模块进行沟通的枢纽，三者之间的交互一般都需由API模块来进行转接才能进行相互之间的功能调用。因此，虽然API模块所实现的功能十分有限，但是该模块却是整个系统的核心。CatalogManager负责管理数据库的所有模式信息，包括：1.数据库中所有表的定义信息，包括表的名称、表中字段（列）数、主键、定义在该表上的索引。MiniSQL总体设计报告第6页共7页2020-6-272.表中每个字段的定义信息，包括字段类型、是否唯一等。3.数据库中所有索引的定义，包括所属表、索引建立在那个字段上等。4.数据表中的记录条数及空记录串的头记录号。5.数据库内已建的表的数目。CatalogManager还必需提供访问及操作上述信息的接口，供Interpreter和API模块使用。为减小模块之间的耦合，Catalog模块采用直接访问磁盘文件的形式，不通过BufferManager，Catalog中的数据也不要求分块存储。数据字典文件格式：RecordManager负责管理记录表中数据的数据文件。主要功能为实现记录的插入、删除与查找操作，并对外提供相应的接口。其中记录的查找操作要求能够支持不带条件的查找和带条件的查找（包括等值查找、不等值查找和区间查找）。数据文件由一个或多个数据块组成，块大小应与缓冲区块大小相同。一个块中包含一条至多条记录，为简单起见，只要求支持定长记录的存储（一个文件中只存储一个表或索引的内容），且不要求支持记录的跨块存储。Indexmanager是程序的索引部分,直接对buffermanager提供的内存索引块操作，主要是构建B＋树，负责实现recordmanager这一模块（提供函数接口）所需要的函数。功能有：存储\删除记录的索引，查找记录在table表中的相对位置等（由buffer负责写回磁盘）。BufferManager负责缓冲区的管理，主要功能有：1.根据需要，读取指定的数据到系统缓冲区或将缓冲区中的数据写出到文件；2.实现缓冲区的替换算法，当缓冲区满时选择合适的页进行替换；3.记录缓冲区中各页的状态，如是否被修改过等；4.提供缓冲区页的pin功能，及锁定缓冲区的页，不允许替换出去。为提高磁盘I/O操作的效率，缓冲区与文件系统交互的单位是块，块的大小应为文件系统与磁盘交互单位的整数倍，一般可定为4KB或8KB。记录管理模块（RecordManager）和索引管理模块（IndexManager）向缓冲区管理申请所要的数据，缓冲区管理器首先在缓冲区中查看数据是否存在，若存在，直接返回，否则，从磁盘中将数据读入缓冲区，然后返回。最近最少使用(LRU)算法：用一个链表记录所有的缓冲块，每次访问到一个缓冲块就将它插入到链表的头部，这样链表尾的缓冲块就是最近最少使用的块，在需要的时候就可以替换出去。改进：换出脏块时需要写出块，考虑优质换出非脏块。4.接口设计4.1外部接口本系统的外部接口为控制台。使用者通过控制台的字符界面输入查询语句使用MiniSQL。输入方式为键盘输入。MiniSQL总体设计报告第7页共7页2020-6-274.2内部接口本系统内部模块间采用函数调用的方式。具体描述如下。CatalogManager为Interpreter提供各种与创建、删除、查询表有关的函数接口，Interpreter调用相应的接口来实现用户的要求。调用时，CatalogManager利用RecordManager与IndexManager提供的接口来进行实际的对表的读写。其中，IndexManager为CatalogManager提供与索引创建、删除、插入相关的接口，RecordManager为CatalogManager提供读写文件的接口。BufferManager为RecordManager提供查找文件的接口。5出错处理设计本系统出错主要在两方面，一个是Interpreter的语法分析，另一个是后台程序的异常（比如查询的表不存在）Interpreter方面，只检查语法错误，若出现错误则重新开始程序，并不关闭程序。后台方面，错误采用异常的形式由CatalogManager模块抛出，由Interpreter捕捉，然后反映到主函数里进行