1、.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述一、有關(guān)概念四個基本概念1.數(shù)據(jù) (Data): 數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象2.數(shù)據(jù)庫 的定義 : 數(shù)據(jù)庫 (Database, 簡稱 DB) 是長期儲存在計算機(jī)內(nèi) 、有組織的 、可共享的大量數(shù)據(jù)集合3.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（簡稱DBMS ）： 位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件（系統(tǒng)軟件 ）。用途 :科學(xué)地組織和存儲數(shù)據(jù);高效地獲取和維護(hù)數(shù)據(jù)主要功能 : 1. 數(shù)據(jù)定義功能2.數(shù)據(jù)操作功能3.數(shù)據(jù)庫的事務(wù)管理和運行管理功能4.數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能5.數(shù)據(jù)的組織 ，存儲和管理功能6.其他功能4.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) （ Database System，簡稱 DBS）： 指在計算機(jī)系統(tǒng)中引入

2、數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)桌面 DBMSAccess ,VFP客戶機(jī) / 服務(wù)器型DBMSSQL Server , Oracle, MySQL , DB25 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) （ DBS）的構(gòu)成數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具 ）應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理員 （ DBA) 和用戶二、數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1 數(shù)據(jù)管理的三個階段人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)的特點如下1 數(shù)據(jù)共享性高 、冗余少 ；2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化 ；3 數(shù)據(jù)獨立性高 ；4 由 DBMS 進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能3.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能1 數(shù)據(jù)定義功能2 數(shù)據(jù)操作功能3 數(shù)據(jù)庫的事務(wù)管理和運行管理功能4 數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能5

3、 數(shù)據(jù)的組織 ，存儲和管理功能6 其他功能4.DBMS可以對數(shù)據(jù)提供哪些控制功能？數(shù)據(jù)的安全性 （ Security ）保護(hù) ：保護(hù)數(shù)據(jù) ，以防止不合法的使用造成的數(shù)據(jù)的泄密和破壞 。數(shù)據(jù)的完整性 （ Integrity ）檢查 ：將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內(nèi) ，或保證數(shù)據(jù)之間滿足一定的關(guān)系 。并發(fā) （ Concurrency）控制 ：對多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)，防止相互干擾而得到錯誤的結(jié)果。數(shù)據(jù)庫恢復(fù) （ Recovery ）：將數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)。.專業(yè) .專注.數(shù)據(jù)模型 用來 抽象、表示和處理 現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息的工具 。通俗地講數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)的模擬

4、 。數(shù)據(jù)模型三要素: 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ，數(shù)據(jù)操作 ，數(shù)據(jù)的完整性約束。數(shù)據(jù)模型分為概念模型 、邏輯模型和物理模型3 個方面 。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ：是所研究的對象類型的集合，它是刻畫一個數(shù)據(jù)模型性質(zhì)最重要的方面;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述數(shù)據(jù)操作 :對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)允許執(zhí)行的操作及有關(guān)的操作規(guī)則;對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的操作主要有查詢和更改 （包括插入 、修改、刪除 ）;數(shù)據(jù)操作是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述數(shù)據(jù)的約束條件:數(shù)據(jù)及其聯(lián)系應(yīng)該滿足的條件限制概念模型一、模型的三個世界1 現(xiàn)實世界2 信息世界 ：即根據(jù)需求分析畫概念模型（即 E-R 圖）， E-R 圖與 DBMS 無關(guān) 。3 機(jī)器世界 ：將 E-R 圖轉(zhuǎn)換為某一

5、種數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)模型與DBMS 相關(guān) 。注意 ：信息世界又稱概念模型，機(jī)器世界又稱數(shù)據(jù)模型二、實體及屬性1）關(guān)系 ：一個關(guān)系對應(yīng)通常說的一個表2）元組 ：表中的每一行數(shù)據(jù)稱作一個元組3）屬性 ：表中的每一列 ，列可以命名稱屬性名4）碼：也譯為碼鍵 ，表中的某個屬性或?qū)傩越M，它可以是唯一的確定一個元組。域：屬性的取值范圍6）分量 ：元組中的一個屬性值7）關(guān)系模式 ：對關(guān)系的描述，表示為 ：關(guān)系名 （屬性 1 ，屬性 2 屬性 n）注：關(guān)系模型要求關(guān)系必須是規(guī)范化的 ，滿足最一定的規(guī)范條件 ，關(guān)系的每一個分量必須是一個不可分割的數(shù)據(jù)項 。實體型 ：即二維表的結(jié)構(gòu)例 student(no ，name

6、 ， sex， age ， dept) 5 實體集 ：即整個二維表三、實體間的聯(lián)系 ：1 兩實體集間實體之間的聯(lián)系1 ： 1 聯(lián)系1 ：n 聯(lián)系m ：n 聯(lián)系2 同一實體集內(nèi)實體之間的聯(lián)系1 ： 1 聯(lián)系1 ：n 聯(lián)系m ：n 聯(lián)系.專業(yè) .專注.四、概念模型 （常用 E-R 圖表示 ）實體型：屬性：聯(lián)系：說明 ：E-R 圖作為用戶與開發(fā)人員的中間語言。 E-R 圖可以等價轉(zhuǎn)換為層次、網(wǎng)狀 、關(guān)系模型 。舉例 ：學(xué)校有若干個系，每個系有若干班級和教研室，每個教研室有若干教員，其中有的教授和副教授每人各帶若干研究生。每個班有若干學(xué)生，每個學(xué)生選修若干課程，每門課程有若干學(xué)生選修。用 E-R 圖畫

7、出概念模型。數(shù)據(jù)模型一、層次模型 ：用樹型結(jié)構(gòu)表示實體之間的聯(lián)系。 每個結(jié)點代表一個實體型。 只能直接處理一對多（含一對一 ）的實體關(guān)系 。 查找層次數(shù)據(jù)庫中的記錄，速度較慢 。二、網(wǎng)狀模型 ：用圖結(jié)構(gòu)表示實體之間的聯(lián)系。 每個結(jié)點代表一個實體型。 可以處理多對多的實體關(guān)系。 查找網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫中的記錄，速度最快 。三、關(guān)系模型 ：用二維表表示實體之間的聯(lián)系。1 重要術(shù)語 ：關(guān)系 ：一個關(guān)系就是一個二維表；元組 ：二維表的一行，即實體 ；關(guān)系模式 ：在實體型的基礎(chǔ)上，注明主碼 。.專業(yè) .專注.關(guān)系模型 ：指一個數(shù)據(jù)庫中全部二維表結(jié)構(gòu)的集合。2特點： 關(guān)系模型是建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論的基礎(chǔ)上的； 關(guān)

8、系模型的存取路徑對用戶透明； 查找關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的記錄，速度最慢 。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)完整性約束實體完整性參照完整性用戶定義的完整性關(guān)系完整性規(guī)則實體完整性規(guī)則主碼的屬性值不能為空值。因為如果出現(xiàn)空值，那么主碼就無法保證元組的唯一性。參照完整性規(guī)則在關(guān)系模式中實體以及實體之間的聯(lián)系是用關(guān)系來描述的，所以自然存在著關(guān)系與關(guān)系之間的聯(lián)系，而關(guān)系之間的聯(lián)系是靠公共屬性實現(xiàn)的，如果這個公共屬性是一個關(guān)系R1 的主碼 ，那么在另一個與它有聯(lián)系的關(guān)系R2 中就稱為外碼 。 參照完整性規(guī)則告訴我們外碼的取值只有兩種可能，要么是空值 ，要么等于R1 中某個元組的主碼值。用戶定義完整性反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須

9、滿足的語義要求。小結(jié) ：數(shù)據(jù)有三種類型，DBMS 就有三種類型 ， DB 亦有三種類型。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的 體系結(jié)構(gòu) 單機(jī)結(jié)構(gòu) ：DBMS 、數(shù)據(jù)庫 、開發(fā)工具 、應(yīng)用系統(tǒng)安裝在一臺計算機(jī)上。 C/S 結(jié)構(gòu) ：局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)客戶機(jī) ：裝開發(fā)工具 、應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器 ：裝 DBMS 、數(shù)據(jù)庫 B/S 結(jié)構(gòu) ： Internet結(jié)構(gòu)服務(wù)器 ：裝 DBMS 、數(shù)據(jù)庫 、開發(fā)工具 、應(yīng)用系統(tǒng)客戶機(jī) ：裝 IE 即可三、 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)1 三級模式 模式 ：是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。模式只涉及數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)；模式既不涉及應(yīng)用程序，又不涉及數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的存儲； 外模式 ：是模式的一

10、個子集，是與某一個應(yīng)用程序有關(guān)的邏輯表示。特點 ：一個應(yīng)用程序只能使用一個外模式，但同一個外模式可為多個應(yīng)用程序使用。 內(nèi)模式 (一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式)：描述數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的存儲，但不涉及物理記錄。2 兩級映象 外模式 / 模式映象 ：定義了外模型與模式之間的對應(yīng)關(guān)系（可以有多個 ） ,保證數(shù)據(jù)庫的 邏輯獨立性 ； 模式 / 內(nèi)模式映象 ：定義了模式與存儲結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系（唯一的 ） ,保證數(shù)據(jù)庫的物理獨立性 ；3 兩級映象的意義通過二級映像，可以使數(shù)據(jù)庫有較高的數(shù)據(jù)獨立性，也可以是邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)獨.專業(yè) .專注.立性 ，也可以使邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)得以分離，換來了用戶使用數(shù)據(jù)庫的方便。

11、使數(shù)據(jù)庫與應(yīng)用系統(tǒng)完全分開，數(shù)據(jù)庫改變時，應(yīng)用系統(tǒng)不必改變。 數(shù)據(jù)的存取完全由DBMS 管理，用戶不必考慮存取路徑。關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言分為關(guān)系代數(shù) 、關(guān)系演算和結(jié)構(gòu)化查詢語言三大類 。關(guān)系的 5 種基本操作是 選擇、投影、并、差、笛卡爾積 。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的特點（關(guān)系數(shù)據(jù)模型的特點）優(yōu)點 1 ）建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念基礎(chǔ)上2） 概念單一 ，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單清晰，易懂易用3） 關(guān)系模型為存儲路徑對用戶透明，從而具有更好的數(shù)據(jù)獨立性，更好的安全保密性，也簡化了程序員的工作和數(shù)據(jù)庫開發(fā)建立的工作缺點 ：存儲路徑對用戶透明導(dǎo)致查詢效率往往不如非關(guān)系數(shù)據(jù)模型三級模式優(yōu)點是對數(shù)據(jù)的三個抽象級別，它把數(shù)據(jù)的具體組織留給D

12、BMS 管理，使用戶能邏輯的抽象的處理數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心數(shù)據(jù)在計算機(jī)中的表示和存儲為了能在內(nèi)部實現(xiàn)這3 個抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在這三級模式之間提供了二層映像，外 / 模和模 / 內(nèi)保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)能有較高的邏輯獨立性和物理獨立性數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理員有三個主要工作 ) 數(shù)據(jù)庫設(shè)計） 數(shù)據(jù)庫維護(hù)） 改善系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)效率1 DBMS 的功能 ：負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一的管理與控制。 數(shù)據(jù)定義 ：即定義數(shù)據(jù)庫中各對象的結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)操縱 ：包括對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢、插入、刪除、修改等操作 。 數(shù)據(jù)控制 ：包括安全性控制、完整性控制 、并發(fā)控制 、數(shù)據(jù)庫恢復(fù) 。2 DBMS 的組成 ：

13、DDL 語言DML 語言DCL 語言實用程序注意 ：SQL 集 DDL ， DML ， DCL 功能于一體 ；所有應(yīng)用程序通過SQL 語句才能訪問數(shù)據(jù)庫一、 基本概念1 碼：能唯一標(biāo)識元組的屬性集。2 候選碼 ：一個屬性集既能唯一標(biāo)識元組 ，且又不含有多余屬性 ，一個關(guān)系模式可以有多個候選碼 。3 主碼 ：任選候選碼中的一個。4 主屬性 ：主碼中包含的各個屬性。5 非主屬性 ：不包含在主碼中的各個屬性。6 外碼 ：設(shè) F 是關(guān)系 R 的一個屬性 ，不是 R 的主碼 ，但卻是另一個關(guān)系 S 的主碼 ，則稱 F是關(guān)系 R的外碼 。.專業(yè) .專注.闡述 DBA 的職責(zé) 。決定數(shù)據(jù)庫的中的信息內(nèi)容和結(jié)

14、構(gòu)決定數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)和存取策略決定數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性約束條件監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的使用和運行數(shù)據(jù)庫的改進(jìn)和重組重構(gòu)定期對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行重組織，以提高系統(tǒng)的性能日志文件需要登記的內(nèi)容包括哪些？各個事物的開始（BEGIN TRANSACTION ）標(biāo)記 ；各個事物的結(jié)束（COMMIT或 ROLLBACK）標(biāo)記 ；各個事物的所有更新操作。日志文件的作用有哪些？事物故障恢復(fù)和系統(tǒng)故障恢復(fù)必須用日志文件；在動態(tài)轉(zhuǎn)儲方式中必須建立日志文件，后備副本和日志文件結(jié)合起來才能有效地恢復(fù)數(shù)據(jù)庫 ；在靜態(tài)轉(zhuǎn)儲方式中，也可以建立日志文件。關(guān)系模式的規(guī)范化一個好的關(guān)系模式應(yīng)滿足： 冗余應(yīng)盡可能少 應(yīng)盡可能避免插入 、刪除異常

15、 消去關(guān)系中不合適的屬性依賴關(guān)系。二、范式 什么叫范式 ？指一個關(guān)系的非主屬性函數(shù)依賴于主碼的程度。 什么叫關(guān)系規(guī)范化？指一個關(guān)系從低級范式向高級范式的轉(zhuǎn)換過程。1NF2NF3NFBCNF4NF5NF 應(yīng)用 ：關(guān)系規(guī)范化理論應(yīng)用在邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段。三、關(guān)系模式的規(guī)范化1 第一范式 （ 1NF ） 定義 ：若關(guān)系 R 的所有屬性不能再分，則 R1NF 存在問題 原因 ：存在非主屬性對主碼的部分依賴。 解決辦法 ：消除非主屬性對主碼的部分依賴，將關(guān)系 R 一分為二 ，將滿足完全依賴的屬性集組成一個關(guān)系；將滿足部分依賴的屬性集組成另一個關(guān)系；2 第二范式 （ 2NF ）.專業(yè) .專注. 定義 ：若關(guān)

16、系 R1NF ，且它的每個非主屬性都完全依賴于主碼，則稱 R 2NF 。 存在問題 ：冗余大 ： R1 必要冗余 ，R2 冗余可以修改。修改麻煩插入異常 ：如新來的教師沒有上課，則該教師的信息就沒辦法插入R2 表中 。刪除異常 ：若某位教師只授一門課，當(dāng)該門課不開時，該教師的信息亦被刪除。 原因 ：存在非主屬性對主碼的傳遞依賴。 傳遞依賴必須有兩個非主屬性 解決辦法 ：將 R2 一分為二3 第三范式 （ 3NF ） 定義 ：若關(guān)系 R2NF ，且它的每個非主屬性都不傳遞依賴于主碼，則稱 R3NF 。 規(guī)范化過程非規(guī)范關(guān)系使每個屬性都不能再分1NF消去非主屬性對主碼的部分依賴2NF消去非主屬性對

17、主碼的傳遞依賴3NF4 結(jié)論 若 R 1NF ，且主碼只含一個屬性，則 R 一定為 2NF 。 若 R 2NF ，且只有 01 個非主屬性 ，則 R 一定為 3NF 。 3NF 一般控制了數(shù)據(jù)冗余 ，一般避免了操作異常 。 范式并非越高越好 ，適可而止 。數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)庫設(shè)計必須遵循結(jié)構(gòu)設(shè)計 和行為設(shè)計 相結(jié)合的原則。一、數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟 需求分析 ：了解分析用戶的需要 、要求 ( 信息要求 、處理要求 、安全性與完整性要求 )。 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 ：根據(jù)需求分析的結(jié)果畫概念模型（即 E-R 圖）。 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 ：將 E-R 圖轉(zhuǎn)換為某一種數(shù)據(jù)模型，并優(yōu)化 。 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計 數(shù)據(jù)庫實施 數(shù)據(jù)庫運

18、行與恢復(fù)數(shù)據(jù)字典主要包括數(shù)據(jù)項 、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 、數(shù)據(jù)流 、數(shù)據(jù)存儲和處理過程五個部分 。三種常用抽象方法是分類 、聚集和概括 。局部 E-R 圖之間的沖突主要表現(xiàn)在屬性沖突 、命名沖突和結(jié)構(gòu)沖突三個方面 。數(shù)據(jù)庫常用的存取方法包括索引方法 、聚簇方法和HASH方法三種 。確定數(shù)據(jù)存放位置和存儲結(jié)構(gòu)需要考慮的因素主要有：存取時間 、存儲空間利用率和維護(hù).專業(yè) .專注.代價等。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計一、局部 E-R 圖設(shè)計1 確定局部范圍通常把系統(tǒng)涉及的各個部門或各個主要功能作為局部。2 確定實體與屬性 屬性是不能再分的數(shù)據(jù)項； 聯(lián)系只發(fā)生在兩實體之間； 原則上 ，能夠作為屬性 ，就不要作為實體。二、合并成總

19、體E-R 圖1 消除各局部E-R 圖的沖突問題。2 按公共實體名合并，生成初步E-R 圖 。3 消除冗余的屬性和冗余的聯(lián)系，生成總體E-R 圖 。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計一、聯(lián)系的屬性和主碼（ 1）聯(lián)系的屬性 ：必須包含相關(guān)聯(lián)的各實體型的主碼。（ 2）聯(lián)系的主碼1： 1 聯(lián)系 ：可以是相關(guān)聯(lián)的任一實體型的主碼。1： n 聯(lián)系 ：必須是 n 方實體型的主碼。m ： n 聯(lián)系：必須是相關(guān)聯(lián)的各實體型的主碼之和。二、 E-R 圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（ 1）把每個實體型轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。（ 2） 1 ： 1 聯(lián)系 ：可以消化到相關(guān)聯(lián)的任一實體型對應(yīng)的關(guān)系模式中。（ 3） 1 ：n 聯(lián)系 ：可以消化到n 方實體名對應(yīng)

20、的關(guān)系模式中。（ 4） m ： n 聯(lián)系：必須轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式 ，并且不能消化 。（ 5）多元聯(lián)系 ：不能消化物理結(jié)構(gòu)設(shè)計與數(shù)據(jù)庫實施1 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計在邏輯設(shè)計的基礎(chǔ)上，為每個關(guān)系模式選擇合適的存儲結(jié)構(gòu)與存儲方式。選擇存儲結(jié)構(gòu)：即決定每個表的記錄順序。選擇存取方式 ：即決定為哪些屬性建立非聚集索引 ，以便加快查找速度 。 一般把經(jīng)常查詢的屬性名指定為非聚集索引 。2 數(shù)據(jù)庫實施主要工作 ：定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)；組織數(shù)據(jù)入庫；編寫應(yīng)用程序；數(shù)據(jù)庫試運行；.專業(yè) .專注. . .創(chuàng)建和使用數(shù)據(jù)庫一、數(shù)據(jù)庫文件1 一個數(shù)據(jù)庫至少有一個主要數(shù)據(jù)文件和一個事務(wù)日志文件。如果數(shù)據(jù)庫很大 ，可以使用一個主要數(shù)據(jù)

21、文件、多個次要數(shù)據(jù)文件和多個事務(wù)日志文件。主數(shù)據(jù)文件 (.mdf )用于存放數(shù)據(jù)庫的各類對象次數(shù)據(jù)文件 (.ndf )事務(wù)日志文件 (.ldf ) ：用來記錄對數(shù)據(jù)庫對象的所有更新操作。2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫Master 數(shù)據(jù)庫 、 Model數(shù)據(jù)庫二、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫1 打開數(shù)據(jù)庫 ：Use 數(shù)據(jù)庫名2 刪除數(shù)據(jù)庫 ：Drop database數(shù)據(jù)庫名三、修改數(shù)據(jù)庫1 分離和附加數(shù)據(jù)庫2 備份和還原數(shù)據(jù)庫3 數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和導(dǎo)出DBMS 對數(shù)據(jù)庫的安全保護(hù)功能是通過四方面實現(xiàn)的，即安全性控制 、完整性控制 、并發(fā)性控制和數(shù)據(jù)庫恢復(fù)。完整性控制數(shù)據(jù)庫的完整性是指保護(hù)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性 、有效性和相容性，防止錯

22、誤的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫造成無效操作。關(guān)系模型的完整性包括實體完整性，參照完整性和用戶定義完整性。對于違反實體完整性和用戶定義完整性規(guī)則的操作一般都是采用拒絕執(zhí)行 的方式進(jìn)行處理 。 完整性約束條件的作用對象可以是表、元組和列 。事務(wù)處理故障種類事務(wù)內(nèi)部的故障 、系統(tǒng)故障 、介質(zhì)故障恢復(fù)的實現(xiàn)技術(shù)(1) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲 ：轉(zhuǎn)儲狀態(tài) 、轉(zhuǎn)儲方式(2) 日志：基本格式和內(nèi)容 、日志的作用 、登記日志文件 并發(fā)控制1. 問題：丟失修改 、不可重復(fù)讀 、讀 “臟 ”數(shù)據(jù)2. 封鎖共享鎖 、排它鎖1 什么叫事務(wù) ？事務(wù)是用戶定義的一組操作序列。事務(wù)是并發(fā)控制的基本單位。一個事務(wù)包含的諸操作要么都執(zhí)行，要么都不執(zhí)行。

23、1 事務(wù)的屬性.專業(yè) .專注.原子性 ：事務(wù)是數(shù)據(jù)庫的邏輯工作單位，一個事務(wù)的諸操作要么都做，要么都不做 。一致性 ：指事務(wù)執(zhí)行前后必須保持?jǐn)?shù)據(jù)庫的邏輯一致性。一致性和原子性是密切相關(guān)的。隔離性 ：指并發(fā)執(zhí)行的各個事務(wù)之間不能互相干擾。持續(xù)性 ：又稱為持久性或永久性，是指一個事務(wù)的操作提交后，其對數(shù)據(jù)庫的改變是永久的 ，屬于物理的而非邏輯的。數(shù)據(jù)的鎖定一、并發(fā)操作與數(shù)據(jù)不一致性1 數(shù)據(jù)不一致性包括三類丟失修改 ：指事務(wù) 1 與事務(wù) 2 從數(shù)據(jù)庫中讀入同一數(shù)據(jù)并修改，事務(wù) 2 的提交結(jié)果破壞事務(wù) 1 提交的結(jié)果 ，導(dǎo)致事務(wù)1 的修改被丟失 。不可重復(fù)讀 ：指事務(wù) 1 讀取數(shù)據(jù)后 ，事務(wù) 2 執(zhí)行

24、更新操作 ，使事務(wù) 1 無法再現(xiàn)前一次讀取結(jié)果 。讀臟數(shù)據(jù) ：指事務(wù) 1 修改某一數(shù)據(jù)后，事務(wù) 2 讀取該數(shù)據(jù) ，事務(wù) 1 由于某種原因被撤銷，這時數(shù)據(jù)又恢復(fù)到原值，事務(wù) 2 讀到的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不一致，稱為 “臟 ”數(shù)據(jù) 。產(chǎn)生 “幽靈 ”數(shù)據(jù) :指當(dāng)事務(wù)T1 按一定條件從數(shù)據(jù)庫中讀取了某些數(shù)據(jù)記錄后，事務(wù) T2刪除了其中的部分記錄，或者在其中添加了部分記錄，則當(dāng) T1 再次按相同條件讀取數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)其中莫名其妙地少了（對刪除 ）或多了 （對插入 ）一些記錄 。 這樣的數(shù)據(jù)對T1 來說就是 “幽靈 ”數(shù)據(jù)或稱 “幻影 ”數(shù)據(jù) 。2 產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致性的原因并發(fā)操作破壞了事務(wù)的隔離性。二、

25、并發(fā)控制的目標(biāo)、方法1 目標(biāo)：確保 DB 中的數(shù)據(jù)一致性。2 并發(fā)事務(wù)正確性的原則幾個事務(wù)的并發(fā)執(zhí)行是正確的，當(dāng)且僅當(dāng)其結(jié)果與任何一個串行執(zhí)行的結(jié)果相同。3. 并發(fā)控制的方法DBMS 一般采用 “封鎖 ”技術(shù) ，保證并發(fā)操作的可串行化。一、封鎖 （Locking ）1 什么叫封鎖 ？SQL Server自動強(qiáng)制封鎖，并且會將封鎖粒度控制在合適的級別，用戶不必考慮封鎖問題。2 封鎖類型排它鎖 （ X 鎖）：事務(wù) T 對數(shù)據(jù) A 加 X 鎖，其它事務(wù)不能再對A 加鎖 ，即其它事務(wù)不能讀取和修改A 。共享鎖 （S 鎖）：事務(wù) T 對數(shù)據(jù) A 加 S 鎖，其它事務(wù)只能再對A 加 S 鎖，即其它事務(wù)只能

26、讀 A，不能修改A。3 封鎖粒度封鎖對象可以是屬性列、元組 、關(guān)系、整個數(shù)據(jù)庫 。封鎖對象的大小稱為封鎖粒度。封鎖粒度越小，并發(fā)度越高 ，但并發(fā)控制的開銷越大。4 封鎖協(xié)議.專業(yè) .專注. 事務(wù) T 在修改數(shù)據(jù)A 之前 ，必須對其加X 鎖，直到事務(wù)結(jié)束才釋放。 事務(wù) T 在讀取數(shù)據(jù)A 之前 ，必須對其加S 鎖，直到事務(wù)結(jié)束才釋放。遵循封鎖協(xié)議，可以解決三種數(shù)據(jù)不一致性問題：丟失修改問題不可重復(fù)讀讀 “臟 ”數(shù)據(jù)四、死鎖和活鎖封鎖技術(shù)可以解決并發(fā)操作的不一致性問題，但也帶來新的問題，即死鎖和活鎖。1死鎖： 定義 ：兩個事務(wù)已經(jīng)各自鎖定一個數(shù)據(jù) ，但是又要訪問被對方鎖定的數(shù)據(jù) ，造成了循環(huán)等待 ，

27、稱為死鎖 。 避免死鎖的方法：順序封鎖法 ：若規(guī)定封鎖順序為A， B，則 T1， T2 只能先封鎖A，再封鎖 B。2活鎖： 定義 ：若多個事務(wù)請求封鎖同一個數(shù)據(jù)時 ，其中的某個事務(wù)總處于等待狀態(tài) ，則稱為活鎖 。 避免活鎖的方法：先來先服務(wù)一級封鎖協(xié)議(1) 事務(wù) T 在修改數(shù)據(jù)R 之前必須先對其加X 鎖，直到事務(wù)結(jié)束才釋放(2) 解決的問題 ：防止丟失修改二級封鎖協(xié)議(1) 一級封鎖協(xié)議加上事務(wù)T 在讀取數(shù)據(jù)R 前必須先對其加S 鎖，讀完后即可釋放S 鎖(2) 解決的問題 ：防止丟失修改 、防止讀 “臟”數(shù)據(jù)三級封鎖協(xié)議(1) 一級封鎖協(xié)議加上事務(wù)T 在讀取數(shù)據(jù)R 前必須先對其加S 鎖，直到

28、事務(wù)結(jié)束才釋放。(2) 解決的問題 ：防止丟失修改 、防止讀 “臟”數(shù)據(jù) 、防止不可重復(fù)讀預(yù)防死鎖 兩種方法 ：一次封鎖法 、順序封鎖法死鎖的診斷 ：超時法 ，等待圖法死鎖的解除 ：選擇一個處理死鎖代價最小的事務(wù)，將其撤消 ，釋放此事務(wù)持有的所有鎖，使其它事務(wù)得以繼續(xù)進(jìn)行下去。數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)數(shù)據(jù)庫運行故障：事務(wù)故障 （可以利用日志文件撤消此事務(wù)對數(shù)據(jù)庫已進(jìn)行的修改）系統(tǒng)故障介質(zhì)故障 （重裝數(shù)據(jù)庫 ，然后利用備份或鏡像設(shè)備恢復(fù)數(shù)據(jù)庫。）索引索引可以分為唯一索引、非唯一索引和聚簇索引三種類型一、索引的概念 ：.專業(yè) .專注. 如果把數(shù)據(jù)表比作一本書，那么表的索引就是這本書的目錄。可見 ，索引使用戶能

29、快速訪問數(shù)據(jù)表的特定信息。 索引包括兩項 ：索引字段值 、原記錄號 索引必須依附于某個基本表，不能單獨存在。二、索引的類型 ：聚集索引 ：影響數(shù)據(jù)表的記錄順序非聚集索引 ：不會影響數(shù)據(jù)表的記錄順序注：一個表只能建立一個聚集索引，但可以建立若干個非聚集索引。DBMS 常用存取方法 ：索引方法 ，目前主要是B+ 樹索引方法聚簇 （ Cluster ）方法HASH方法視圖一、視圖的特點 ： 視圖只有結(jié)構(gòu)，沒有記錄 ，是虛表 ； 一個視圖總對應(yīng)著一個select 語句； 對視圖的查詢、更新 ，實際上是對基本表的查詢、更新 。數(shù)據(jù)庫安全性控制的常用方法有哪些？用戶標(biāo)識和鑒定：是數(shù)據(jù)庫訪問控制的最外層安全

30、保護(hù)措施，通過用戶標(biāo)識和口令實現(xiàn) 。存取控制 ：通過用戶權(quán)限定義和合法權(quán)限檢查機(jī)制共同構(gòu)成DBMS的安全子系統(tǒng)視圖：可在一定程度上對保密數(shù)據(jù)提供隱藏保護(hù)。審計：用于記錄用戶對數(shù)據(jù)庫的所有操作以便事后跟蹤和追溯。加密存儲 ：對高度機(jī)密的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，是防止數(shù)據(jù)在存儲和傳輸過程中失密的有效手段 ?；謴?fù)的實現(xiàn)技術(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲 （動態(tài)海量轉(zhuǎn)儲，動態(tài)增量轉(zhuǎn)儲，靜態(tài)海量轉(zhuǎn)儲 ，靜態(tài)增量轉(zhuǎn)儲）登記日志文件故障的種類及其影響以及相應(yīng)的恢復(fù)策略1、事務(wù)內(nèi)部故障的恢復(fù)：事務(wù)內(nèi)部故障的恢復(fù)由DBMS 自動完成 ，對用戶而言是透明的。DBMS 執(zhí)行的恢復(fù)步驟如下：.專業(yè) .專注.（ 1 ）反向掃描文件日志 （即從后向

31、前掃描日志文件 ），查找該事務(wù)的更新操作 。（ 2 ）對該事務(wù)的更新操作執(zhí)行逆操作 ，即將日志記錄中 “更新前的值 ”寫入數(shù)據(jù)庫 。（ 3 ）繼續(xù)反向掃描日志文件 ，進(jìn)行同樣的處理 。（ 4 ）如此繼續(xù)下去 ，直至獨到此事務(wù)的開始標(biāo)記 ，該事務(wù)故障恢復(fù)就完成了 。2、系統(tǒng)故障的恢復(fù)：會造成數(shù)據(jù)庫處于不一致的狀態(tài)，主要是一方面，為完成事務(wù)對數(shù)據(jù)庫所做的更新可能已寫入數(shù)據(jù)庫；另一方面 ，已提交事務(wù)對數(shù)據(jù)庫做的更新可能尚留在緩沖區(qū) ，未能及時寫入數(shù)據(jù)庫。因此恢復(fù)操作就是撤銷（ UNDO ）故障發(fā)生時為完成的事務(wù)，重做 （REDO）已完成的事務(wù)?；謴?fù)步驟如下 ：（ 1 ）正向掃描日志文件，找出在故障發(fā)

32、生之前已經(jīng)提交的事務(wù)隊列（ REDO 隊列 ）和為完成的事務(wù)隊列（ UNDO 隊列 ）。（ 2 ）對于撤銷隊列中的各個事務(wù)進(jìn)行 UNDO 處理 。 進(jìn)行 UNDO 處理的方法是 ：反向掃描日志文件 ，對每個 UNDO 事務(wù)的過呢更新操作執(zhí)行逆操作 ，即將日志記錄中 “更新前的值 ” 寫入數(shù)據(jù)庫中 。（ 3 ）對重做隊列中的各個事務(wù)進(jìn)行REDO 處理 。 進(jìn)行 REDO 處理的方法是 ：正向掃描日志文件 ，對每個 REDO 事務(wù)重新執(zhí)行日志文件中所登記的操作，激將日志記錄中“更新后的值 ”寫入數(shù)據(jù)庫 。3、截至故障的恢復(fù)：恢復(fù)方法是重裝數(shù)據(jù)庫，然后重做已完成的事務(wù)，具體操作如下 ：（ 1 ） D

33、BA 裝入最新的數(shù)據(jù)庫后備副本（離故障發(fā)生時刻最近的轉(zhuǎn)儲副本） ,使數(shù)據(jù)庫回復(fù)到轉(zhuǎn)儲時的一致性狀態(tài)。（ 2 ） DBA 裝入轉(zhuǎn)儲結(jié)束時的日志文件副本。（ 3 ） DBA 啟動系統(tǒng)恢復(fù)命令，有 DBMS 實現(xiàn)恢復(fù)功能 ，即重做已完成的事務(wù)。簡述事務(wù)故障的恢復(fù)步驟。1) 反向掃描日志文件 （即從最后向前掃描日志文件 ） , 查找該事務(wù)的更新操作 。2) 對該事務(wù)的更新操作執(zhí)行逆操作 。 即將日志記錄中 “更新前的值 ”寫入數(shù)據(jù)庫 。.專業(yè) .專注.3) 繼續(xù)反向掃描日志文件 , 查找該事務(wù)的其他更新操作 , 并做同樣處理 。4) 如此處理下去 , 直至讀到此事務(wù)的開始標(biāo)記 , 事務(wù)故障恢復(fù)就完成了

34、 。簡述系統(tǒng)故障的恢復(fù)步驟 。1) 正向掃描日志文件 （即從頭掃描日志文件 ），找出重做 (REDO) 隊列和撤銷 (Undo)隊列 ；2) 對撤銷 (Undo) 隊列事務(wù)進(jìn)行撤銷 (UNDO) 處理 ：即反向掃描日志文件 , 對每個 UNDO 事務(wù)的更新操作執(zhí)行逆操作 ，即將日志記錄中 “更新前的值 ”寫入數(shù)據(jù)庫 ；3) 對重做 (Redo) 隊列事務(wù)進(jìn)行重做 (REDO) 處理：即正向掃描日志文件 , 對每個 REDO 事務(wù)重新執(zhí)行登記的操作 。 即將日志記錄中 “更新后的值 ”寫入數(shù)據(jù)庫 。檢查點記錄的內(nèi)容包括哪些？1) 建立檢查點時刻所有正在執(zhí)行的事物清單；2) 這些事物最近一個日志記

35、錄的地址 。 重新開始文件用來記錄各個檢查點記錄在日志文件中的地址 。一、名詞解釋1. 數(shù)據(jù)庫角色 ：被命名的一組與數(shù)據(jù)庫操作相關(guān)的權(quán)限，是權(quán)限的集合 ，通過角色授權(quán)可簡化授權(quán)過程。用 CREATE ROLE 語句創(chuàng)建角色 ，然后用 GRANT 語句給角色授權(quán)。2. 自主存取控制(DAC) ：通過將不同數(shù)據(jù)庫對象的不同操作權(quán)限授予不同的用戶，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全性控制的一種機(jī)制。在這種機(jī)制下， DBA 和屬主用戶可以將對象的操作權(quán)限自主授予他人，也可隨時回收權(quán)限。3. 強(qiáng)制存取控制(MAC) ：是建立在DAC 之上的安全驗證機(jī)制。這種機(jī)制分別對主體和客體施加敏感度標(biāo)記(許可證和密級)，標(biāo)記與數(shù)據(jù)是一

36、個不可分的整體，數(shù)據(jù)的副本與正本一樣擁有密級保護(hù)。4. 數(shù)據(jù)加密 ：是根據(jù)一定的算法將原始數(shù)據(jù) (明文 )變換為不可直接識別的格式 (密文 )的一種數(shù)據(jù)保護(hù)手段，加密可以使不知道解密算法的人無法獲知數(shù)據(jù)的內(nèi)容，從而防止數(shù)據(jù)在存儲和傳輸過程中失密。5. 觸發(fā)器 ：是用戶定義在基本表上的一類由事件驅(qū)動的特殊過程。由服務(wù)器自動激活，能執(zhí)行更為復(fù)雜的檢查和操作，具有更精細(xì)和更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)控制能力。使用 CREATETRIGGER.專業(yè) .專注.命令建立觸發(fā)器。6. 計算機(jī)系統(tǒng)存在技術(shù)安全 、管理安全和政策法律三類安全性問題。7. TCSEC/TDI標(biāo)準(zhǔn)由安全策略、責(zé)任 、保證和文檔四個方面內(nèi)容構(gòu)成。8.

37、 常用存取控制方法包括自主存取控制(DAC)和強(qiáng)制存取控制(MAC) 兩種 。9. 自主存取控制 (DAC) 的 SQL 語句包括 GRANT 和 REVOKE 兩個 。 用戶權(quán)限由數(shù)據(jù)對象和操作類型兩部分構(gòu)成 。10 強(qiáng)制存取控制 (MAC)將實體分為主體和客體兩大類。11. MAC 的敏感度標(biāo)記分為絕密 、機(jī)密、可信和公開四個安全級別 。12. 數(shù)據(jù)加密的方法大致分為替換法、置換法和混合法三種類型 。13. 參照完整性違約處理的方式包括拒絕執(zhí)行、級連操作和置空值三種策略。1. 代數(shù)優(yōu)化 ：指針對關(guān)系代數(shù)表達(dá)式的優(yōu)化。即通過對關(guān)系代數(shù)表達(dá)式的等價變換(主要為改變查詢語句中操作的次序和組合)來

38、提高查詢效率。2. 物理優(yōu)化 ：指針對存取路徑和底層操作算法的優(yōu)化。即選擇高效合理的操作算法或存取路徑 ，求得優(yōu)化的查詢計劃以達(dá)到查詢優(yōu)化的目的。1. 查詢優(yōu)化分為關(guān)系 代數(shù)優(yōu)化 和物理優(yōu)化 兩大類 。2. 表與表連接操作的實現(xiàn)方法主要有嵌套循環(huán)法、排序 - 合并法 、索引連接法和哈希連接法四種 。3. 查詢執(zhí)行的代價主要包括 ： I/O 代價 (磁盤存取塊數(shù) )、CPU 代價 (處理機(jī)時間 )以及內(nèi)存代價等 。何謂靜態(tài)轉(zhuǎn)儲？何謂動態(tài)轉(zhuǎn)儲 ？它們各有什么優(yōu)缺點？靜態(tài)轉(zhuǎn)儲指在系統(tǒng)中無事務(wù)運行時進(jìn)行的轉(zhuǎn)儲操作。轉(zhuǎn)儲期間不允許對數(shù)據(jù)庫的任.專業(yè) .專注.何存取 、修改活動 ，得到的一定是一個數(shù)據(jù)一致

39、性的副本。動態(tài)轉(zhuǎn)儲的轉(zhuǎn)儲操作與用戶事務(wù)并發(fā)進(jìn)行，轉(zhuǎn)儲期間允許對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存取或修改。靜態(tài)轉(zhuǎn)儲實現(xiàn)簡單，但必須等待正運行的事務(wù)結(jié)束后才能進(jìn)行，新的事務(wù)也必須等轉(zhuǎn)儲結(jié)束后方可開始，降低了數(shù)據(jù)庫的可用性。動態(tài)轉(zhuǎn)儲不用等待正在運行的用戶事務(wù)結(jié)束即可開始，也不會影響新事務(wù)的運行，但不能確保副本中的數(shù)據(jù)一定正確有效，需要配合日志記錄才能完成故障恢復(fù)。關(guān)系的數(shù)學(xué)定義一、域( domain)1 定義 ：域是一組具有相同類型的值的集合。2 域的基數(shù) ：域中所含數(shù)據(jù)的個數(shù)。二、笛卡爾積1 定義 ：給定一組域D1,D2,D3 ，則 D1 ×D2 ×D3 稱為笛卡爾積 。2 笛卡爾積D1 

40、5;D2 ×D3 對應(yīng)一個二維表，所含元組的個數(shù)等于各個域的基數(shù)之積。三、關(guān)系1 定義 ：笛卡兒積的一部分元組稱為關(guān)系。2 關(guān)系的目 （或度 ）： 一個關(guān)系所含屬性的個數(shù)。3 關(guān)系的性質(zhì)任意兩個元組不能完全相同，但屬性名允許重復(fù)。四、關(guān)系的完整性1 實體完整性 ：指關(guān)系的所有主屬性都不能取空值。注意 ：實體完整性不僅僅是主碼整體不能取空值。2 參照完整性 ：指一個關(guān)系外碼的取值必須是相關(guān)關(guān)系中主碼的有效值或空值。例：班級 ( 班名 ,人數(shù) )學(xué)生 (學(xué)號 ,姓名 ,性別 ,密碼 ,班名 ) 在學(xué)生表中 ，班名的取值必須是班級表 班名 的值或空值 。關(guān)系代數(shù)一、傳統(tǒng)的集合運算設(shè)關(guān)系 R

41、、 S 的結(jié)構(gòu)完全相同，則：RS：由屬于 R 或?qū)儆?S 的元組組成 。RS：由既屬于R 又屬于 S 的元組組成 。RS：由屬于 R 而不屬于S 的元組組成 。思考 ：（ RS）（ R S） = ？.專業(yè) .專注.R×S：設(shè) R 有 m 個屬性 ， K1 個元組 ； S 有 n 個屬性 ， K2 個元組 ，則 R×S 含有 (m+n)個屬性 ， (K1×K2) 個元組 。二、專門的關(guān)系運算1 選擇 ：從關(guān)系 R 中選擇滿足條件的元組。記為：F (R)2 投影 ：從關(guān)系 R 中選擇若干屬性組成新的關(guān)系，并把新關(guān)系的重復(fù)元組去掉。記為 ：A（R）3條件連接：將兩關(guān)系按一定條件連接成一個新關(guān)系，記為：RFSF（RS）說明 ：條件連接 ：兩關(guān)系可以沒有公共屬性，若有公共屬性，則新關(guān)系含有重復(fù)屬性。4 自然連接 ：將兩關(guān)系按公共屬性連接成一個新的關(guān)系，并把新關(guān)系的重復(fù)屬性去掉。記為：RS說明 ：自然連接 ：兩關(guān)系至少有一個公共屬性。 對于 R 的每個元組 ，S 都從第一個元組開始判斷 ，若兩元組的公共屬性值相同，則產(chǎn)生一個新元組添加到新關(guān)系中 ，最后把新關(guān)系中的重復(fù)屬性去掉 。5 除：給定關(guān)系 R（ x， y）和 S（ y， z），則 R÷S=P（ x），其中 x， y， z 為屬性組 。求解過程 ：求