数据库
2021-01-20 14:12:18 177 举报AI智能生成
数据库
作者其他创作
大纲/内容
基本概念
数据库系统DBS
数据库DB
数据库管理系统DBMS
核心
DBS的核心是DBMS
DBMS的核心是DB/数据
DB的核心是数据模型
常见DBMS（关系型）
Oracle（甲骨文）
DB2 （IBM）
SQL Server（微软）
MySQL
Access
数据库发展
（数据管理技术发展）
（数据管理技术发展）
人工管理阶段
数据不保存（可通过人工保存）
应用程序管理数据（在人工管理阶段时期，没有管理数据的软件系统，应用程序不仅要管理数据的逻辑结构，还要设计其物理结构、存取方法等）
数据不共享（数据是面向应用程序的，多个应用程序使用相同的数据时必须重新定义，进而导致数据冗余）
数据不具有独立性（数据的逻辑结构或物理结构发生变化后，必须对应用程序做相应的修改）
文件系统阶段
数据无结构
数据可长期保存（在使用时由外存调入到内存）
通过文件系统管理数据
数据共享性差，冗余度高（在文件系统中，一个（或一组）文件基本上对应于一个应用程序，即文件仍然是面向应用的。）
独立性差
数据库系统阶段
数据结构化
数据的共享性高，冗余度低，易扩充
数据独立性高
逻辑独立性
物理独立性
数据由DBMS统一管理和控制
数据模型
组成
数据结构
数据操作
完整性约束
分类
概念模型：E-R 实体-联系
实体
联系
属性
逻辑模型：
层次：能表示1:1, 1：n 的关系
网状：能表示m:n
关系
面向对象：（继承：子类继承父类（超类）所有属性和方法）
物理模型
应用：三世界两化
关系数据库基本理论
关系模型
关系数据结构
关系操作
传统集合运算：并∪、交∩、差 - 、笛卡尔积×
关系运算：选择、投影、连接、除
5种基本运算：选择、投影、并、差、笛卡尔积
关系完整性
实体完整性
约束对象：主码
约束条件：唯一且不得为空
约束体现：Primary Key
违约处理：拒绝执行
参照完整性（引用完整性）
约束对象：外码
约束条件
可为空
若不为空，须等于关联表已有的属性
约束体现：Foreign Key
违约处理
拒绝执行（默认）
级联操作
设置为空
用户自定义完整性
约束对象：任意属性
约束条件：任意
约束体现：Check，not null，unique（唯一但可为空）
违约处理：拒绝执行
连接
等值连接
自然连接：去掉重复列的等值连接（是一种特殊的等值连接）
左外连接：限制右表，左表所有值都要出现，包含重复列，匹配不上的用空值代替
右外连接
全外连接：= 左外 + 右外
E-R图转为关系模式
若联系R为1：1联系，则每个相关实体的码均可作为关系的候选码
若联系R为1：N联系，则关系的码为N端实体的码
若联系R为M：N联系，则关系的码为相关实体码的集合。
有时，联系本身的一些属性也必须是结果关系的码属性。
有时，联系本身的一些属性也必须是结果关系的码属性。
SQL 结构化查询语言
特点
综合统一
DDL
DML
DCL
面向集合
非过程化
使用方式
交互式/独立使用/自主型/自含型
嵌入式、嵌入高级语言（宿主语言/主语言）中、宿主型
嵌入式SQL语句与
主语言之间的通信
主语言之间的通信
（1）SQL通信区：
向主语言传递SQL语句的执行状态信息，
使主语言能够据此信息控制程序流程
向主语言传递SQL语句的执行状态信息，
使主语言能够据此信息控制程序流程
（2）主变量：SQL语句中使用的主语言程序变量，
用于向SQL语句提供参数和将SQL语句查询数据库的结果交主语言处理
用于向SQL语句提供参数和将SQL语句查询数据库的结果交主语言处理
（3）游标：系统为用户开设的一个数据缓冲区，
存放SQL语句的执行结果，指示所取出元组的位置，
用于协调SQL面向集合与主语言面向记录这两种不同的处理方式。
存放SQL语句的执行结果，指示所取出元组的位置，
用于协调SQL面向集合与主语言面向记录这两种不同的处理方式。
（4）建立和关闭数据库连接
简单
DDL
DML
DCL
关系的规范化
为什么进行规范
冗余度大
修改异常
删除异常
插入异常
函数依赖
平凡函数依赖
非平凡函数依赖
部分函数依赖：X→Y，且存在X的一个真子集也能决定Y
完全函数依赖：X→Y，且不存在X的一个真子集也能决定Y
传递函数依赖：X→Y→Z
模式分解
1NF：最基本要求，数据项不可再分
2NF：消除非主属性对码的部分函数依赖（非主属性对码都是完全函数依赖）（2NF是完全函数依赖的关系）
3NF：消除非主属性对码的传递函数依赖（没有非主属性的关系一定满足3NF）
BCNF：消除主属性对码的部分和传递函数依赖（若关系为二元关系，一定满足BCNF）
查询优化
代数优化：先做选择，少做连接，不做笛卡尔积
物理优化：优化器
保证数据库安全性的手段
用户标识和鉴别
用户标识（用户名）
口令
个人特征（生物特征）
智能卡
存取控制
组成
权限定义（保存在数据字典）
权限检查：进行相应存取控制
分类
DAC自主存取控制（C级）：grant，revoke
MAC强制存取控制（B级）：
主体：用户 （对用户划分等级：许可证）
客体：数据 （对数据划分等级：密级）
视图（是一种安全机制）
审计（审计日志文件）
用户级审计
系统审计
数据加密
替换
置换（变换顺序）
保证数据完整性的方法
实体完整性
参照完整性（引用完整性）
用户自定义完整性
触发器
DML触发器
insert
delete
update
DDL触发器
表
视图
登录触发器
数据库恢复
故障
事务故障
事务死锁
undo
系统故障
无需用户参与
关机重启
介质故障
需要用户参与
有备份导入，无备份重做
计算机病毒
是程序/代码，不是错误的程序或代码
最重要的两大特性
破坏性
传染性
解决办法
杀毒软件
手动清除
重装系统、格式化
故障的解决办法（备份，利用冗余数据）
数据转储（后备副本）
静态转储
无运行的事务
动态转储
必须配合日志文件
日志文件
先写日志文件，后更新数据库
系统故障恢复和事务故障恢复都必须使用日志文件
日志写入顺序必须与事务执行时间次序一致
日志文件中检查点记录用于提高故障恢复效率
事务三种状态
begin transaction
commit
rollback（undo）
事务四个特性
原子性 A
事务是一个原子操作，不可再分，全做或全不做
一致性 C
一旦事务完成（不管成功还是失败），系统必须确保它所建模的业务处于一致的状态，而不会是部分完成部分失败。
隔离性 I
可能有许多事务会同时处理相同的数据，因此每个事务都应该与其他事务隔离开来，防止数据损坏。
持续性 D
一旦事务完成，无论发生什么系统错误，它的结果都不应该受到影响，这样就能从任何系统崩溃中恢复过来。
并发控制
并发操作产生的问题
丢失修改
不可重复读
读脏数据
锁
排它锁 X：只允许加锁的事务进行读取和修改，不兼容任何锁
共享锁 S：允许加锁的事务进行读取，只兼容共享锁
三级封锁协议
一级封锁协议：修改前加X锁，结束后释放，解决丢失修改
二级封锁协议：一级封锁协议基础上，在读取前加S锁，读取后立即释放，解决了读脏数据问题
三级封锁协议：一级封锁协议基础上，在读取前加S锁，直到事务结束后释放，解决了不可重复读
死锁和活锁
活锁
解决：先来先服务
死锁
解决：undo（撤销）
预防
一次封锁法
顺序封锁法
并发调度的可串行化：两段锁协议
封锁阶段：只能加锁
释放阶段：只能释放锁
多粒度封锁：意向锁
数据库的设计
策略
自顶向下
自底向上
逐步扩张
混合策略
方法
新奥尔良
基于E-R模型
第三范式
ODL（面向对象）
阶段
需求分析 工具：数据流程图和数据字典 数据字典包括
数据项
数据结构
数据流
数据存储
数据处理
概念结构设计（E-R模型），独立于DBMS的设计阶段
逻辑结构设计（E-R图转成关系模式，第三范式设计方法，依赖于DBMS）
物理结构设计阶段（存储结构和存取方法） 常用存取方法
B+树索引
聚簇方法
HASH方法
数据库实施：测试（尽可能找出更多错误）
数据库运行维护（维护周期最长）
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