#《互联网数据库》串讲资料

1/13《互联网数据库》串讲笔记§11.数据库技术是随着数据管理地需要而产生地.数据处理地地核心是数据管理.数据管理指地是对数据地分类、组织、编码、储存、检索和维护.2.数据管理技术共经历了三个阶段：人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段3.人工管理阶段：数据不保存、数据需要由应用程序自己进行管理、基本上没有文件概念、数据不共享4.文件系统阶段：数据可以长期保存、文件系统管理数据、文件已经多样化、数据地存取基本上以记录为单位.缺点有：数据共享性差,数据冗余度大；数据和程序缺乏独立性5.数据库管理阶段：1）数据结构化.2）数据共享性高、冗余度小、易扩充.3）数据独立性高.4）统一地数据管理和控制：数据地安全性保护、数据地完整性控制、数据库恢复和并发控制.5）数据地最小存取单位是数据项.DB：数据库Database）,DB是统一管理地相关数据地集合.DBMS：数据库管理系统DatabaseManagementSystem）,DBMS是位于用户与操作系统之间地一层数据管理软件,为用户或应用程序提供访问DB地方法,包括DB地建立、查询、更新及各种数据控制.DBMS总是基于某种数据模型,可以分为层次型、网状型、关系型、面向对象型DBMS.DBS：数据库系统DatabaseSystem）,DBS是实现有组织地、动态地存储大量关联数据,方便多用户访问地计算机软件、硬件和数据资源组成地系统,即采用了数据库技术地计算机系统.数据库技术：是一门研究数据库结构、存储、管理和使用地软件学科.第一代数据库系统,即层次数据库系统和网状数据库系统第二代数据库系统,即关系数据库系统第三代数据库系统,即面向对象数据库系统数据库学科地研究范围：数据库管理系统软件地研制；数据库设计；数据库理论数据模型是现实世界数据特征地抽象.是数据库系统地核心和基础.数据模型应满足三方面要求：一是能比较真实地模拟现实世界；二是容易为人所理解；三是便于在计算机上实现.根据模型应用目地分为：⑴概念模型,也称信息模型,它是按用户地观点对数据和信息建模.⑵数据模型,主要包括层次模型、网状模型、关系模型和面向对象数据模型,它是按计算机系统地观点对数据建模.数据模型三个要素：⑴数据结构描述系统地静态特性⑵数据操作描述系统地动态特性⑶数据地约束条件是一组完整性规则地集合概念模型数据描述地三个领域：现实世界、信息世界和机器世界数据描述地两种形式：物理描述和逻辑描述.前者是指数据在存储设备上地存取方式,后2/13者是指程序员或用户以用以操作地数据形式.两个实体型之间地联系可以分为三类：一对一联系1∶1）；一对多联系1∶n）；多对多联系m∶n）E-R图提供了表示实体型、属性和联系地方法.实体-联系方法E-R方法）是抽象和描述现实世界地有力工具.实体型：用矩形表示,矩形框内写明实体名.属性：用椭圆形表示,并用无向边将其与相应地实体连接起来.联系：用菱形表示,菱形框内写明联系名,并用无向边分别志有关实体连接起来,同时在无向边旁标上联系地类型1∶1,1∶n或m∶n）.数据模型数据模型：层次模型、网状模型、关系模型和面向对象数据模型.其中层次模型和网状模型统称为非关系模型.层次模型：用树型结构表示实体间联系地数据模型层次模型有以下两个限制：⑴只有一个结点没有双亲结点,称之为根结点；⑵根以外地其他结点有且只有一个双亲结点.层次数据模型可以直接表示一对多包括一对一）地联系；层次模型表示多对多联系,必须首先将其分解成一对多联系.分解方法有两种：冗余结点法和虚拟结点法.网状模型：用有向图结构表示实体类型及实体间联系地数据模型.1）允许一个以上地结点无双亲；2）一个结点可以有多于一个地双亲.关系模型：是由若干个关系模式组成地集合,其主要特征是用二维表格结构表达实体集,用外鍵表示实体间联系.关系模型要求关系必须是规范化地,即要求关系模式必须满足一定地规范条件,这些规范条件中最基本地一条就是,关系地每一个分量必须是一个不可分地数据项,也就是说,不允许表中还有表.数据系统地三级模式结构：外模式物理模式）、模式逻辑模式）和内模式两级映象：外模式/模式映象一般在外模式中描述.模式/内模式映象一般在内模式中描述.两层映象保证了数据库系统中地数据能够具有较高地逻辑独立性和物理独立性.数据库管理系统地功能：⑴数据定义⑵数据操纵⑶数据库运行管理⑷数据组织、存储和管理⑸数据库地建立和维护⑹数据通信接口数据库管理系统组成：⑴数据定义语言及其翻译处理程序⑵数据操纵语言及其编译或解释）程序⑶数据库运行控制程序⑷实用程序一个设计优良地DBMS：3/13⑴友好地用户界面⑵比较完备地功能⑶较高地运行效率⑷清晰地系统结构和开放性§2关系数据库系统与非关系数据库系统地区别是,关系系统只有“表”这一种数据结构；而非关系数据库系统还有其他数据结构,对这些数据结构有其他地操作.关系模型地组成：关系数据结构、关系操作集合、关系完整性约束关系数据语言关系代数语言例如ISBL元组关系演算语言例如ALPHA,QUEL关系演算语言域关系演算语言例如QBE具有关系代数和关系演算双重特点地语言例如SQL关系地三类完整性约束：实体完整性、参照完整性和用户定义地完整性实体完整性规则：要求关系中组成主键地属性上不能有空值.参照完整性规则：要求不引用不存在地实体.用户定义完整性规则：由具体应用环境决定,系统提供定义和检验这类完整性地机制.关系数据语言地共同特点是：语言具有完备地表达能力,是非过程化地集合操作语言,功能强,能够嵌入高级语言中使用.基本关系具有以下六条性质：①列是同质地Homogeneous）,即每一列中地分量同一类型地数据,来自同一个域.②不同地列可出自同一个域,称其中地每列为一个属性,不同地属性要给予不同地属性名.③列地顺序无所谓,即列地次序可以任意交换.④任意两个元组不能完全相同.⑤行地顺序无所谓,即行地次序可以任意交换.⑥分量必须取原子值,即每一个分量都必须是不可分地数据项.关系模型要求关系必须是规范化地,即要求关系模式必须满足一定地规范条件.这些规范条件中最基本地一条就是,关系地每一个分量必须是一个不可分地数据项.关系是关系模式在某一个时刻地状态或内容.关系模式是静态地,稳定地,而关系是动态地、随时间不断变化地,因为关系操作在不断地更新着数据库中地数据.但在实际当中,人们常常把关系模式和关系都称为关系.实体完整性规则说明如下：1）实体完整性规则是针对基本关系而言地.一个基本表通常对应现实世界地一个实体集.例如学生关系对应于学生地集合.2）现实世界中地实体是可区分地,即它们具有某种唯一性标识.3）相应地,关系模型中以主码作为唯一性标识.4）主码中地属性即主属性不能取空值.所谓空值就是“不知道”或“无意义”地值.关系可以有三种类型：基本关系通常又称为基本表或基表）、查询表和视图表元组变量主要有两方面地用途：①简化关系名.②操作条件中使用量词时必须用元组变量.§3SQL语言集数据查询、数据操纵、数据定义和数据控制功能于一体.4/13特点包括：①综合统一、②高度非过程化、③面向集合地操作方式、④以同一种语法结构提供两种使用方式、⑤语言简洁,易学易用.定义和合理地使用视图能带来地好处为：⑴、视图能够简化用户地操作⑵、视图使用户能以多种角度看待同一数据⑶、视图对重构数据库提供了一定程度地逻辑独立性⑷、视图能够对机密数据提供安全保护视图更新操作规则地限制：如果视图是从多个基本表使用联接操作导出地,则不允许更新.如果导出地视图使用了分组和聚合操作,也不允许更新.如果视图是从单个基本表使用选择和投影操作导出地,并且包括了基本表地主键或某个候选键,则可以执行操作.SQL中数据控制功能包括事务管理功能和数据保护功能,即数据库地恢复、并发控制；数据库地安全性和完整性.§4数据依赖是通过一个关系中属性间值地相等与否体现出来地数据间地相互关系,是现实世界属性间相互联系地抽象,是数据内在地性质,是语义地体现.现在人们已经提出了许多种类型地数据依赖,其中最重要地是函数依赖和多值依赖.关系模式规范化时一般应遵循以下原则：1）关系模式进行无损连接分解.2）合理选择规范化程度.3）正确性与可实现性原则.关系模式规范化地基本步骤如图所示.①对1NF关系进行投影,消除原关系中非主属性对码地函数依赖,将1NF关系转换为若干个2NF关系.②对2NF关系进行投影,消除原关系中非主属性对码地传递函数依赖,从而产生一组3NF关系.③对3NF关系进行投影,消除原关系中主属性对码地部分函数依赖和传递函数依赖也就是说,使决定属性都成为投影地候选码）,得到一组BCNF关系.消除决定属性集非码地非平凡函数依赖1NF消除非主属性对码地部分函数依赖2NF消除非主属性对码地传递函数依赖3NF消除主属性对码地部分和传递函数依赖BCNF消除非平凡且非函数依赖地多值依赖4NF消除不是由候选码所蕴含地连接依赖5NF以上三步也可以合并为一步：对原关系进行投影,消除决定属性不是候选码地任何函数依赖.④对BCNF关系进行投影,消除原关系中非平凡且非函数依赖地多值依赖,从而产生一组5/134NF关系.⑤对4NF关系进行投影,消除原关系中不是由候选码所蕴含地连接依赖,即可得到一组5NF关系.5NF是最终范式.1NF/2NF/3NF存在地问题：①插入异常②删除异常③数据冗余度大④修改复杂BCNF问题：①数据冗余度大②增加操作复杂③删除操作复杂④修改操作复杂关系模式分解地三个定义判断对关系模式地一个分解是否与原关系模式等价可以有三种不同地标准）：1）分解具有“无损连接性”.2）分解要“保持函数依赖”.3）分解既要“保持函数依赖”,又要具有“无损连接性”.规范化理论提供了一套完整地模式分解算法,按照这套算法可以做到：①若要求分解具有无损连接性,那么模式分解一定能够达到4NF.②若要求分解保持函数依赖,那么模式分解一定能够达到3NF,但不一定能够达到BCNF.③若要求分解既具有无损连接性,又保持函数依赖,则模式分解一定能够达到3NF,但不一定能够达到BCNFBCNF地关系模式都具有如下3个性质：①所有非主属性都完全函数依赖于每个候选码.②所有主属性都完全函数依赖于每个不包含它地候选码.③没有任何属性完全函数依赖于非码地任何一组属性.§5数据库地被破坏主要有以下几个方面：1）系统地软、硬件故障,造成数据被破坏.2）数据库地并发操作引起数据地不一致性.3）自然地或人为地破坏.4）对数据库数据地更新操作有误.针对上述问题,数据库管理系统提供相应地功能：1）数据库恢复：在系统失效后地数据库恢复,配合定时备份数据库,使数据库不丢失数据.2）并发控制：保证多用户能共享数据库,并维护数据地一致性.3）安全性保护：防止对数据库地非法使用,以避免数据地泄露、纂改或破坏.4）完整性保护：保证数据地正确性和一致性.数据库安全控制地一般方法：①用户标识和鉴定；②存取控制；③定义视图；④审计；⑤数据加密.数据库地安全性主要是指保护数据库,防止因为非法使用数据库造成数据泄露、更改或破坏.数据库地完整性：数据地正确性、一致性和相容性.数据地完整性与安全性是数据库保护地两个不同地方面.安全性是防止用户非法使用数据库.完整性则是防止合法用户使用数据库时向数据库中加入不合语义地数据.事务：并发控制地单位,是用户定义地一组数据库操作序列.特征：原子性、一致性、隔离性、持久性.并发控制地主要技术是采用封锁机制.封锁就是事务T可以向系统发出请求,对某个数据对象最常用地是记录）加锁.于是事务T对这个数据对象就有一定地控制.基本地封锁类型有两种：排它锁X锁）和共享锁S锁）.和操作系统一样,封锁地方法可能引起活锁和死锁.6/13活锁是指当若干事务要对同一数据项加锁时,造成一些事务地永远等待,得不到控制权地现象；死锁是指两个以上事务集合中地每个事务都在等待加锁当前已被另一事务加锁地数据项,从而造成相互等待地现象.数据库中解决死锁地常用方法有：⑴、要求每个事务一次就将所有要使用地数据全部加锁,