3.2.1 数据库的定义
数据库是存储数据的重要基础，对于数据库，从逻辑角度看，描述信息的数据存储在数据库中并由DBMS统一管理；从物理角度看，描述信息的数据是以文件的方式存储在物理磁盘上，由操作系统进行统一管理。
1）数据库的逻辑结构
在SQL Server中，创建一个数据库时，SQL Server会对应地在物理磁盘上创建相应的操作系统文件，数据库中的所有数据、对象和数据库操作日志都存储在这些文件中。一个数据库的所有物理文件，在逻辑上通过数据库名联系在一起，也就是说一个数据库在逻辑上对应一个数据库名，在物理存储上会对应若干存储文件。SQL Server中的每个数据库至少有两个文件（一个主数据文件和一个事务日志文件）以及一个文件组（主要文件组）。
（1）数据文件
数据文件是存放数据库数据和数据库对象的文件。一个数据库可以有一个或多个数据文件，一个数据文件只能属于一个数据库。当有多个数据文件时，其中只有一个数据文件被定义为主数据文件（扩展名为.mdf），用来存储数据库的启动信息，并指向数据库中的其他文件，是数据库的起点，一个数据库只能有一个主数据文件；次要数据文件（扩展名为.ndf）是可选的，除主数据文件以外的其他所有数据文件都是次要数据文件，一个数据库可以没有次要数据文件，也可以有多个次要数据文件。采用主数据文件和次要数据文件来存储数据，容量可以无限制地扩充而不受操作系统文件的大小限制。另外，通过将数据文件存储在不同的硬盘上，可以同时对几个硬盘进行并行存取，从而可以提高数据处理的效率。
（2）事务日志文件
事务日志文件（扩展名为.ldf）用来记录所有事务以及每个事务对数据库所做的修改。当数据库发生损坏时，可以根据日志文件来分析出错的原因；当数据丢失时，还可以使用事务日志恢复数据库。每个数据库至少拥有一个事务日志文件，当然也可以有多个事务日志文件。
（3）文件组
为了更好地实现数据库文件的组织，从SQL Server 7.0开始引入了文件组的概念。文件组是将多个数据文件集合起来形成的一个整体，是文件的逻辑结合。文件组可以对组内的多个数据文件进行统一管理，每个文件组有一个组名。通过设置文件组，可以有效地提高数据库的读写速度。例如，可以分别在3个磁盘驱动器（C盘、D盘、E盘）上创建3个数据文件：Teach_1.ndf、Teach_2.ndf和Teach_3.ndf，然后将这3个文件分配给文件组Group1。当创建Student表时，可以指定将表创建在文件组Group1上，这样该表的数据就可以分布在3个逻辑磁盘上，当对Student表中的数据进行查询操作时，可以并行操作，从而可以提高查询性能。
SQL Server提供了3种类型的文件组：主文件组（PRIMARY）、默认文件组、用户自定义文件组。
主文件组：每个数据库有一个主文件组，主文件组包含主数据文件和未指定文件组的所有次要数据文件。数据库的系统表都放在主文件组里。
默认文件组：每个数据库都有一个被指定的默认文件组，在创建数据库对象时，如果没有指定将其放在哪一个文件组中，就会将其放在默认文件组中；如果没有指定默认文件组，则主文件组为默认文件组。
用户自定义文件组：为便于管理、数据分配和放置，用户也可以自己定义文件组。所有在创建数据库CREATE DATABASE语句或修改数据库ALTER DATABASE语句中FILEGROUP关键字所指定的文件组都属于用户自定义文件组。
注意：一个数据文件只能存在于一个文件组中，一个文件组也只能被一个数据库使用；日志文件不分组，它不属于任何文件组。
2）数据库的物理结构
数据库创建成功后，会在操作系统的物理介质——硬盘的NTFS或者FAT分区上生成多个文件（*.mdf文件、*.ndf文件或者*.ldf文件），数据库的物理存储结构如图3-3所示。其中SQL Server中的数据文件是以页的形式存储，而日志文件不包含页，只是包含一系列日志记录。
（1）数据页
数据页简称为页，是SQL Server中数据存储的基本单位。数据页的大小为8 KB，这意味着SQL Server数据库中每MB有128页。每页的开头有96字节的标头，用于存储有关页的系统信息，如页码、页类型、页的可用空间以及拥有该页的对象的分配单元ID。磁盘I／O操作在页级执行，也就是说，SQL Server读取或写入所有数据页。
SQL Server中的页按照顺序从0到n连续编号，数据库中的每个文件都有一个唯一的文件ID号，因此，若要唯一标识数据页，需要同时使用文件ID和页码。图3-4显示了包含4 MB主数据文件（512页）和1 MB（128页）次要数据文件的数据库中的页。
图3-3 数据库的物理存储结构
图3-4 数据库中的数据页示例
（2）扩展盘区
扩展盘区是8个物理上连续的页的集合，它是一种文件存储结构，每个区大小为8×8 KB=64 KB。扩展盘区用来有效地管理页，所有页都存储在区中。
当创建一个数据库对象时，SQL Server会自动以扩展盘区为单位给它分配空间，同时扩展盘区也是数据检索的基本单位。
（3）事务日志
事务日志文件不包含页，而是包含一系列日志记录，是一种串行化的、顺序的、回绕的文件，一旦到达了物理日志的末尾，SQL Server将绕回并在物理日志的开头继续写当前日志。
当把数据修改写入日志时，会得到一个日志序列号LSN，如果日志记录越来越多，日志文件被填满，达到了事务日志的最大容量，那么数据库将不会允许进行数据修改。为了避免事务日志文件被填满，必须定期清理日志中的旧事务，首选的方式是备份事务日志。
3）创建数据库
在使用数据库之前，必须创建数据库。用户可以通过SQL Server Management Studio创建数据库，也可以使用CREATE DATABASE语句创建数据库。
（1）使用SQL Server Management Studio创建数据库
启动SQL Server Management Studio。
在左边的“对象资源管理器”窗口中选中“数据库”节点，单击鼠标右键，在出现的快捷菜单中选择“新建数据库”命令，如图3-5所示。
图3-5 选择“新建数据库”命令
进入“新建数据库”窗口，其中包含3个选项卡。“常规”选项卡：用于设置新建数据库的名称及所有者；“选项”选项卡：用于设置数据库的排序规则及恢复模式等选项，这里均采用默认设置；“文件组”选项卡：显示文件组的统计信息，这里均采用默认设置。操作方式如图3-6所示。
图3-6 “常规”选项卡
“常规”选项卡中，如果要更改文件的初始大小，可以直接更改文件行中的“初始大小（MB）”值；如果要修改文件的自动增长／最大大小，单击该文件行中的“自动增长／最大大小”按钮，打开如图3-7所示的对话框，修改相应值后，再单击“确定”按钮返回即可；“路径”按钮用于设置数据库的物理存储路径。
以上各项设置完成后，单击图3-6中的“确定”按钮，即可完成数据库的创建。
图3-7 更改“自动增长／最大大小”设置
（2）使用CREATE DATABASE语句创建数据库
其基本格式如下：
database_name：新建数据库的名称，其在服务器中必须唯一，并且符合标识符的命名规则；
ON：指定显式定义用来存储数据库数据部分的磁盘文件（数据文件）；
PRIMARY：指定关联的＜filespec＞列表定义主文件。在主文件组的＜filespec＞项中指定的第一个文件将成为主数据文件，一个数据库只能有一个主文件。如果没有指定PRIMARY，那么CREATE DATABASE语句中列出的第一个数据文件将成为主数据文件；
LOG ON：指定显式定义用来存储数据库日志的磁盘文件（日志文件）。如果没有指定LOG ON，将自动创建一个日志文件，其大小为该数据库的所有数据文件大小总和的25%或512 KB，取二者之中的较大者；
＜filespec＞用于设置文件属性，其中，
NAME：指定文件的逻辑名称，logical_file_name在数据库中必须唯一，并且符合标识符规则；
FILENAME：指定操作系统（物理）文件名；
SIZE：指定文件的初始大小，可以使用KB、MB、GB和TB后缀，默认值为MB。如果没有为主数据文件提供size，数据库引擎将使用model数据库中主数据文件的大小；
MAXSIZE：指定文件可增大到的最大大小，可以使用KB、MB、GB和TB后缀，默认值为MB。UNLIMITED指定文件将增长到磁盘充满。max_size是整数，如果未指定，文件将一直增长到磁盘满为止；
FILEGROWTH：指定文件的自动增量，该设置不能超过MAXSIZE设定的值。growth_increment可以KB、MB、GB、TB或百分比（%）为单位，默认值为MB。
【例3.1】 创建未指定文件的数据库。
CREATE DATABASE Teach1；
说明：创建Teach1数据库，并创建相应的主数据文件和事务日志文件。因为上述语句中没有＜filespec＞项，所以系统会自动为主数据文件和事务日志文件通过向database_name追加后缀生成逻辑文件名和物理文件名，并将其放置于默认位置（可使用“服务器属性”→“数据库设置”选项卡查看或更改数据文件和事务日志文件的默认位置）；主数据文件的大小为model数据库主数据文件的大小，事务日志文件设置为二者（512 KB或主数据文件大小的25%）中的较大值；因为没有指定MAXSIZE，文件可以增大到填满所有可用的磁盘空间为止。该数据库的两个文件的设置如图3-8所示：
图3-8 Teach1数据库的数据文件和事务日志文件设置情况
【例3.2】 创建指定数据文件和事务日志文件的数据库。
说明：创建Teach2数据库，将数据文件和事务日志文件放置于不同的磁盘上，以便提高性能。由于未使用关键字PRIMARY，因此第一个文件（Teach2_dat）将成为主数据文件。因为在Teach2_dat文件的SIZE、MAXSIZE和FILEGROWTH参数中没有指定MB或KB，将使用MB并按MB分配空间。
【例3.3】 创建具有多个数据文件和事务日志文件的数据库。
说明：创建Teach3数据库，该数据库有3个数据文件和2个事务日志文件。主数据文件是数据文件列表中的第一个文件，事务日志文件在LOG ON关键字后指定。注意各文件的扩展名：.mdf用于主数据文件，.ndf用于次要数据文件，.ldf用于事务日志文件。
【例3.4】 创建具有文件组的数据库。
说明：创建Teach4数据库，该数据库具有如下文件组：
包含Teach4_1_dat和Teach4_2_dat的主文件组；
包含Teach4_G1_1_dat和Teach4_G1_2_dat的文件组Group1；
包含Teach4_G2_1_dat和Teach4_G2_2_dat的文件组Group2。
4）修改数据库
在SQL Server中，数据库是以model数据库为模板创建的，数据库创建后，可以根据用户的需求对数据库进行修改。用户可以通过SQL Server Management Studio修改数据库，也可以使用ALTER DATABASE语句修改数据库。
（1）使用SQL Server Management Studio修改数据库
启动SQL Server Management Studio。
在左边的“对象资源管理器”窗口中展开“数据库”节点，选中并右击要修改的数据库，在出现的快捷菜单中选择“属性”命令，如图3-9所示。
图3-9 选择“属性”命令
打开数据库属性对话框，如图3-10所示，在左侧窗口中选择相应的选择页，可以添加、删除数据文件以及修改数据文件的属性；可以添加、删除文件组以及修改文件组的属性；可以设置数据库的“只读”属性；可以对数据库进行收缩；可以设置用户对数据库的使用权限等。
（2）使用ALTER DATABASE语句修改数据库
其基本格式如下：
图3-10 数据库“属性”页
说明：
database_name：要修改的数据库的名称；
MODIFY NAME=new_database_name：使用指定的名称new_database_name重命名数据库；
COLLATE collation_name：指定数据库的排序规则；
ADD FILE子句：向指定的文件组添加数据文件；
ADD LOG FILE子句：添加事务日志文件；
REMOVE FILE子句：删除逻辑文件说明并删除物理文件；
MODIFY FILE子句：指定应修改的文件；
ADD FILEGROUP子句：添加文件组；
REMOVE FILEGROUP子句：删除文件组；
MODIFY FILEGROUP子句：修改文件组的属性；
＜filespec＞用于设置文件属性。OFFLINE：将文件设置为脱机并使文件组中的所有对象都不可访问。注意：仅当文件已损坏但可以还原时，才能使用该选项。＜filespec＞中其他参数同CREATE DATABASE。
【例3.5】 修改例3.1中创建的Teach1数据库名称为Teach。
【例3.6】 向例3.4中创建的Teach4数据库中添加两个事务日志文件。
5）删除数据库
用户可以通过SQL Server Management Studio删除数据库，也可以使用DROP DATABASE语句删除数据库。
（1）使用SQL Server Management Studio删除数据库
启动SQL Server Management Studio。
在左边的“对象资源管理器”窗口中选中“数据库”节点，单击鼠标右键，在出现的快捷菜单中选择“删除”命令，如图3-11示。
出现“删除对象”对话框，单击“确定”按钮，即可删除Teach数据库，如图3-12所示。
图3-11 选择“删除”命令
图3-12 “删除对象对话框”
（2）使用DROP DATABASE删除数据库
其基本格式如下：
说明：
执行数据库删除操作会从SQL Server实例中删除数据库，并删除该数据库使用的物理磁盘文件；
不能删除当前正在使用的数据库，也不能删除系统数据库。
【例3.7】 删除例3.2和例3.3中创建的数据库Teach2和Teach3。
