一、数据库文件的组成

（一）主数据文件（Primary Data File）

• 格式与命名：
  • 主数据文件的扩展名通常是.mdf（在SQL Server中）。它是数据库的起始点，包含了数据库的启动信息以及部分或全部的数据和对象。每个数据库有且仅有一个主数据文件。例如，在创建一个名为“MyDatabase”的数据库时，会生成一个名为“MyDatabase.mdf”的主数据文件。
• 内容构成：
  • 它存储了数据库的系统表，这些系统表包含了关于数据库对象（如用户表、视图、存储过程等）的定义信息。例如，其中记录了用户自定义表的列名、数据类型、主键、外键等约束信息。同时，它也包含了数据库对象的数据，特别是对于较小的数据库，所有的数据可能都存储在主数据文件中。

（二）次要数据文件（Secondary Data File）

• 格式与命名：
  • 次要数据文件的扩展名一般是.ndf。一个数据库可以有零个或多个次要数据文件。这些文件主要用于将数据分散存储在多个磁盘上，以提高存储性能和管理数据的大小。例如，对于一个存储大量图像或视频文件的数据库应用，这些大文件可以存储在次要数据文件中。
• 内容构成：
  • 次要数据文件存储的内容与主数据文件类似，也是数据库对象的数据。当数据库的数据量增长较大，主数据文件的存储空间不足时，或者为了便于数据的组织和管理（如按照数据类型或业务模块将数据分开存储），可以使用次要数据文件。

（三）事务日志文件（Transaction Log File）

• 格式与命名：
  • 事务日志文件的扩展名通常是.ldf。它用于记录对数据库进行的所有更改操作，包括插入、更新、删除等事务操作。每个数据库至少有一个事务日志文件。例如，在数据库操作过程中，每一次数据的修改都会被记录在事务日志文件中。
• 内容构成：
  • 事务日志文件记录了事务的开始、每个操作步骤以及事务的结束（包括提交或回滚）。它包含了足够的信息，使得数据库在出现故障（如系统崩溃、硬件故障等）后能够恢复到故障前的一致状态。这些信息包括操作类型、修改的数据行、修改前后的数据值等。

二、数据库文件在存储数据方面的功能

（一）主数据文件

• 数据存储基础功能：
  • 作为数据库的核心存储组件，主数据文件存储了数据库初始的系统信息和用户数据。对于小型数据库，它可以独立承担数据存储的任务。例如，一个简单的个人博客网站的数据库，其文章内容、用户信息等数据可能全部存储在主数据文件中。
• 数据组织与索引支持：
  • 主数据文件内部对数据进行了组织，支持索引结构。索引就像是一本书的目录，能够帮助快速定位和访问数据。例如，在一个包含大量用户订单记录的数据库中，通过在订单日期字段上建立索引，当查询特定日期范围内的订单时，可以快速在主数据文件中找到相关的数据页。

（二）次要数据文件

• 数据扩展存储功能：
  • 当数据库的数据量超过主数据文件的容量限制，或者需要对数据进行分散存储以提高性能时，次要数据文件发挥作用。它提供了额外的存储空间来容纳数据库对象的数据。例如，在一个大型企业的数据库中，随着业务数据的不断增长，如销售数据、库存数据等，可以将新增加的数据存储到次要数据文件中。
• 数据分布优化：
  • 可以根据数据的使用频率、类型等因素，将数据分布在不同的次要数据文件中。例如，对于一个包含多媒体文件（如图像、视频）和文本文件的数据库，可以将多媒体文件存储在一个次要数据文件中，将文本文件存储在另一个次要数据文件中，这样在读取不同类型的数据时，可以分别从不同的文件中获取，提高了磁盘I/O的效率。

（三）事务日志文件

• 事务记录存储功能：
  • 事务日志文件存储了所有事务的详细信息。在数据库运行过程中，每一个事务都会在事务日志文件中留下记录。例如，在一个银行转账事务中，从一个账户扣除金额和在另一个账户增加金额这两个操作的详细信息都会被记录在事务日志文件中。
• 数据修改顺序记录功能：
  • 它按照事务发生的顺序记录操作，这对于数据的恢复和一致性维护非常重要。例如，当多个事务同时对数据库进行操作时，事务日志文件能够清晰地记录每个事务的先后顺序，确保数据库在恢复过程中能够按照正确的顺序重现这些操作。

三、数据库文件在保证数据完整性方面的功能

（一）主数据文件

• 数据定义完整性维护功能：
  • 主数据文件中的系统表存储了数据库对象的定义信息，这些信息保证了数据定义的完整性。例如，当创建一个用户表时，表的结构定义（包括列名、数据类型、约束等）存储在主数据文件中。如果有不符合定义的操作（如向一个定义为整数类型的列插入文本数据），数据库会根据主数据文件中的定义信息拒绝该操作，从而维护数据定义的完整性。
• 数据一致性关联功能：
  • 主数据文件中的数据之间存在关联关系，通过外键等约束来保证数据的一致性。例如，在一个包含客户表和订单表的数据库中，订单表中的客户ID字段作为外键关联到客户表的主键。当插入一个订单记录时，数据库会检查客户ID是否在客户表中存在，以确保数据的一致性。

（二）次要数据文件

• 与主数据文件协同完整性维护功能：
  • 次要数据文件存储的数据同样受到数据库完整性约束的限制。它与主数据文件一起维护数据的完整性。例如，当通过外键关联的数据分布在主数据文件和次要数据文件中时，在进行数据操作时，数据库会同时检查主数据文件和次要数据文件中的相关数据，确保数据的完整性。
• 数据备份与恢复中的完整性支持功能：
  • 在数据备份和恢复过程中，次要数据文件与主数据文件一起参与操作。当进行完整备份或差异备份时，次要数据文件中的数据也会被备份，以确保数据的完整性。在恢复数据时，次要数据文件中的数据会按照备份时的状态与主数据文件中的数据一起恢复，保证数据库的完整和可用。

（三）事务日志文件

• 事务回滚保证功能：
  • 当一个事务执行过程中出现错误（如违反了完整性约束、系统故障等），事务日志文件能够确保事务回滚。例如，在一个包含多个操作的事务中，如果其中一个操作导致数据不一致，数据库可以根据事务日志文件中的记录，撤销该事务已经执行的所有操作，将数据恢复到事务开始前的状态，从而保证数据的完整性。
• 故障恢复功能：
  • 在数据库出现故障（如服务器突然断电、磁盘损坏等）时，事务日志文件是恢复数据的关键。通过重新执行已提交事务的操作（从日志文件中读取）和回滚未完成事务的操作，数据库可以恢复到故障前的一致状态。例如，如果在一次断电后重新启动数据库，数据库引擎会根据事务日志文件中的记录，将已提交但尚未完全写入数据文件的事务重新执行，将未提交的事务回滚，保证数据的完整性和一致性。