數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論復習重點

1、學習必備歡迎下載數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是與數(shù)據(jù)庫技術密切相關的4個基本概念。數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象?？梢詫?shù)據(jù)做如下定義：描述事物的符號記錄稱為數(shù)據(jù) 。數(shù)據(jù)庫是存放數(shù)據(jù)的倉庫。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)具有 永久存儲、有組織和可共享三個基本特點。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要功能：1、數(shù)據(jù)定義功能。2、數(shù)據(jù)組織、存儲和管理。3、數(shù)據(jù)操縱功能。4、數(shù)據(jù)庫的事務管理和運行管理。5、數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能。6、其他功能。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一個重要組成部分。數(shù)據(jù)模型也是一種模型，它是對現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征的抽象。數(shù)據(jù)模型分為兩種不同的模型： 第一類是概念模型，第二類是邏輯模型和物理模型。數(shù)據(jù)模型通常

2、由 數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)操作和完整性約束 三部分組成。兩個實體型之間的聯(lián)系可以分為三種：1、一對一聯(lián)系。2、一對多聯(lián)系。3、多對多聯(lián)系。E-R圖關系模型是目前最重要的一種數(shù)據(jù)模型。關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用關系模型作為數(shù)據(jù)的組織方式。關系數(shù)據(jù)模型的操縱與完整性約束。操作主要包括 查詢、插入、 刪除和更新數(shù)據(jù)。這些操作必須滿足關系的 完整性約束條件。關 系的完整性約束條件包括三大類： 實體完整性、參照完整性和用 戶定義的完整性。在關系數(shù)據(jù)模型中， 實體及實體間的聯(lián)系都用 表來表示。關系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點：1、關系模型與格式化模型不同，它是建 立在嚴格的數(shù)學概念的基礎上的 。2、關系模型的概念單一， 都 用表來表示

3、。3、關系模型的存取路徑對用戶透明，從而具有更高的數(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。關系數(shù)據(jù)模型的主要欠缺點是 由于存取路徑對用戶透明，查詢效 率往往不如格式化數(shù)據(jù)模型。在數(shù)據(jù)模型中有型和值的概念。 型是指對某一類數(shù)據(jù)的結構和屬 性的說明，值是型的一個具體賦值。模式是數(shù)據(jù)庫中 全體數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述，它僅僅涉及 到型的描述，不涉及到具體的值。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結構是指數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由外模式、模式和 內模式三級構成。關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是支持關系模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。域是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合。笛卡爾積是域上面的一種集合運算。若關系中的某一屬性組的

4、值能唯一地標識一個元組，則稱該屬性組為候選碼。若一個關系有多個候選碼， 則選定一個為主碼。候選碼的諸屬性成為主屬性。不包含在任何候選碼中的屬性稱為非 主屬性或非碼屬性。在最簡單的情況下，候選碼只包含一個屬性。在最極端的情況下，關系模式的所有屬性是這個關系模式的候選碼，稱為全碼。關系可以有三種類型： 基本關系、查詢表和視圖表。基本表示實際存在的表，他是 實際存儲數(shù)據(jù)的邏輯表示。查詢表是查詢結果對應的表視圖表是由基本表或其他視圖表導出的表，是虛表，不對應實際 存儲的數(shù)據(jù)。基本關系具有六條性質：1、列是同質的，即每一列中的分量是 同一類型的數(shù)據(jù)，來自同一個域。2、不同的列可出自同一個域， 稱其中的每

5、一列為一個屬性，不同的屬性要給與不同的屬性名。3、列的順序無所謂，即列的次序可以任意交換。4、任意兩個元組的候選碼不能相同。 5、行的順序無所謂，即行的次序可以 任意交換。6、分量必須取原子值，即每一個分量都必須是不可 分的數(shù)據(jù)項。關系模型中常用的關系操作包括 查詢操作和插入、刪除、修改操 作兩大部分。關系的查詢表達能力很強， 是關系操作中最主要的 部分。關系操作的特點是 集合操作方式，即操作的對象和結果都 是集合。關系模型的完整性規(guī)則是對關系的某種約束條件。也就是說關系的值隨著時間變化時應該滿足一些約束條件。實體完整性規(guī)則：若屬性A是基本關系R的主屬性，則A不能 取空值。參照完整性規(guī)則：若屬

6、性F是基本關系R的外碼，它與基本關 系S的主碼Ks相對應，則對于R中每個元組在F上的值必須為： 或者取空值，或者等于 S中某個元組的主碼值。數(shù)據(jù)庫的安全性 是指保護數(shù)據(jù)庫以防止不合法的使用所造成的 數(shù)據(jù)泄露、更改或破壞。數(shù)據(jù)庫安全性所關心的主要是 DBMS的存取控制機制。存取控 制機制主要包括兩部分：1、定義用戶權限，弁將用戶權限登記 到數(shù)據(jù)字典中。2、合法權限檢查。當前大型的DBMS 一般都支持C2級中的自主存取控制，有些DBMS同時還支持B1級中的強制存取控制。在自主存取控制方法中，用戶對于不同的數(shù)據(jù)庫對象有不同的存取權限，不同的用戶對同一對象也有不同的權限，而且用戶還可將其擁有的存取權限

7、轉授給其他用戶。非常靈活。在強制存取控制方法中，每一個數(shù)據(jù)庫對象被標以一定的密級，每一個用戶也被授予某一個級別的許可證。相對比較嚴格。數(shù)據(jù)的完整性是為了防止數(shù)據(jù)庫中存在不符合語義的數(shù)據(jù)，也就是防止數(shù)據(jù)庫中存在不正確的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的安全性是保護數(shù)據(jù)庫 防止惡意的破壞和非法的存取。因此完整性檢查和控制的防范對 象是不合語義的、不正確的數(shù)據(jù)，防止它們進入數(shù)據(jù)庫。安全性 控制的防范對象是非法用戶和非法操作，防止他們對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的非法存取。關系模型的實體完整性在 CREATE TABNLE 中用PRIMARY KEY定義。對單屬性構成的碼有兩種說明方法，一種是定義為 列級約束條件，另一種是定義為表級約束條

8、件。對多個屬性構成 的碼只有一種說明方法，即定義為表級約束條件。實體完整性檢查包括：1、檢查主碼值是否唯一，如果不唯一則 拒絕插入或修改。2、檢查主碼的各個屬性是否為空，只要有一個為空就拒絕插入或修改。關系模型的參照完整性在 CREATE TABLE中用FOREIGN KEY短語定義哪些列為外碼，用 REFERENCES短語指明這些 外碼參照哪些表的主碼。一個參照完整性將兩個表中的相應元組聯(lián)系起來了。 因此，對被 參照表和參照表進行增刪改操作時可能破壞參照完整性， 必須進行檢查被參照表可能破壞參照完整性 可能破壞參照完整性 刪除元組修改主碼值參照表插入元組修改外碼值可能破壞參照完整性 可能破壞

9、參照完整性違約處理拒絕拒絕拒絕/級連刪除/設置為空值 拒絕/級連刪除/設置為空值拒絕：不允許該操作執(zhí)行級連操作：當刪除或修改被參照表 （SC）的一個元組造成了 與參照表的不一致，則刪除或修改參照表中的所有造成不一 致的元組設置為空值：當刪除或修改被參照表的一個元組時造成了不 一致，則將參照表中的所有造成不一致的元組的對應屬性設 置為空值。在CREATE TABLE中定義屬性的同時可以根據(jù)應用要求，定義屬性上的約束條件，即屬性值限制，包括： 1、列值非空（NOT NULL短語）2、列值唯一（UNIQUE短語）3、 檢查列值是否滿足一個布爾表達式（CHECK短語）數(shù)據(jù)依賴是一個關系內部屬性與屬性之

10、間的一種約束關系。這種約束關系是通過屬性間值的相等與否體現(xiàn)由來的數(shù)據(jù) 間相關聯(lián)系。它是現(xiàn)實世界屬性間相互聯(lián)系的抽象，是數(shù)據(jù) 內在的性質，是語義的體現(xiàn)。數(shù)據(jù)依賴中最重要的是函數(shù)依 賴和多值依賴。設R(U)是屬性集U上的關系模式。X, Y是U得子集。若 對于R (U)的任意一個可能的關系 r, r中不可能存在兩個 元組在X上的屬性值相等，而在Y上的屬性值不等，則稱X 函數(shù)確定Y或Y函數(shù)依賴于 X,記作X-Y。關系數(shù)據(jù)庫中的關系是要滿足一定要求的，滿足不同程度要求的為不同范式。滿足最低要求的叫第一范式，簡稱 1NF。 在第一范式中滿足進一步要求的為第二范式，其余以此類 推。一個低一級范式的關系模式，

11、通過模式分解可以轉換為 若干個高一級范式的關系模式的集合，這種過程就叫規(guī)范 化。給一個關系模式，寫由函數(shù)依賴，候選碼，判斷第幾范式， 然后將一種范式分解為另一種范式。模式分解算法數(shù)據(jù)字典，數(shù)據(jù)流圖表達了數(shù)據(jù)和處理的關系，數(shù)據(jù)字典則是系統(tǒng)中給類數(shù)據(jù)描述的集合，是進行詳細的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析所獲得的主要成果。數(shù)據(jù)字典通常包括數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲和處理過程五個部分。其中數(shù)據(jù)項 是數(shù)據(jù)的最小組成單位， 若干個數(shù)據(jù)項可以組成一個數(shù)據(jù)結 構，數(shù)據(jù)字典通過對數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結構的定義來描述數(shù)據(jù) 流、數(shù)據(jù)存儲的邏輯內容。數(shù)據(jù)項：數(shù)據(jù)項是不可再分的數(shù)據(jù)單位。數(shù)據(jù)結構反映了數(shù)據(jù)之間的組合關系。數(shù)據(jù)流是數(shù)

12、據(jù)結構在系統(tǒng)內傳輸?shù)穆窂?。?shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)結構停留或保存的地方，也是數(shù)據(jù)流的來源和去向之一。處理過程的具體處理邏輯一般用 判定表或判定樹來描述。概念結構是對現(xiàn)實世界的一種抽象。所謂抽象是對實際的人物事和概念進行人為處理，抽取所關心的共同特性，忽略非 本質的細節(jié)，并把這些特性用各種概念精確地加以描述，這 些概念組成了某種模型。一般有三種抽象：1、分類：定義某一類概念作為現(xiàn)實世界中一組對象的類型。2、聚集：定義某一類型的組成成分。3、概括：定義類型之間的一種子集聯(lián)系。從數(shù)據(jù)字典由發(fā)定義 E-R圖，之后進行必要的調整， 在調整 中遵循的一條原則是： 為了簡化E-R圖的處置，現(xiàn)實世界的 事物能作為屬性對

13、待的，盡量作為屬性對待 。符合什么條件的事物可以作為屬性對待，兩條準則：1、作為屬性，不能再具有需要描述的性質。屬性必須是不可分的數(shù)據(jù)項，不能包含其他屬性。2、屬性不能與其他實體具有聯(lián)系，即E-R圖中所表示的聯(lián)系是實體之間的聯(lián)系。視圖的集成。視圖集成可以有兩種方式：1、多個分E-R圖一次集成。2、逐步集成，用累加的方式一次集成兩個分E-R圖。無論哪種方式都需要分兩步走。1、合并，解決各分E-R圖之間的沖突，將各分E-R圖合并起來生成初步 E-R 圖。2、修改和重構，消除不必要的冗余，生成基本E-R圖。合并分E-R圖，生成初步E-R圖。合理消除各分 E-R圖的 沖突是合并分E-R圖的主要工作與關

14、鍵所在。各分 E-R圖 之間的沖突主要有三類：屬性沖突、命名沖突和結構沖突。所謂冗余的數(shù)據(jù)是指可由基本數(shù)據(jù)導由的數(shù)據(jù)，冗余的聯(lián)系是指可由其他聯(lián)系導生的聯(lián)系。消除冗余主要采用分析方 法，即以數(shù)據(jù)字典和數(shù)據(jù)流圖為依據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)字典中關于 數(shù)據(jù)項之間邏輯關系的說明來消除冗余E-R圖向關系模型的轉換。轉換規(guī)則。查詢處理步驟，RDBMS查詢處理可以分為四個階段：查詢分析、查詢檢查、查詢優(yōu)化和查詢執(zhí)行。所謂事務是用戶定義的一個數(shù)據(jù)庫操作序列。這些操作要么全做要么全不做，是一個不可分割的工作單位。事務具有四個特性： 原子性，一致性，隔離性和持續(xù)性。這四個特性簡稱為ACID特性。事務故障的恢復。事務故障是指事

15、務在運行至正常終點前被 終止，這時恢復子系統(tǒng)應利用日志文件撤銷此事務已對數(shù)據(jù) 庫進行的修改。事務故障的恢復是由系統(tǒng)自動完成的，對用 戶是透明的。系統(tǒng)的恢復步驟是：1、反向掃描日志文件， 查找該事務的更新操作。2、對該事務的更新操作實行逆操作。3、繼續(xù)反向掃描日志文件，查找該事務的其他更新操 作，并做同樣處理。4、如此處理下去，直至讀到此事務的開始標記，事務故障恢復就完成了。系統(tǒng)故障的恢復。系統(tǒng)故障造成數(shù)據(jù)庫不一致狀態(tài)的原因有 兩個：一是未完成事務對數(shù)據(jù)庫的更新可能已寫入數(shù)據(jù)庫， 二是已提交事務對數(shù)據(jù)庫的更新可能還留在緩沖區(qū)沒來得 及寫入數(shù)據(jù)庫。因此恢復操作就是要撤銷故障發(fā)生時未完成 的事務，重

16、做已完成的事務 。系統(tǒng)故障的恢復是由系統(tǒng)在重 新啟動時自動完成的，不需要用戶干預。其步驟是：1、正向掃描日志文件，找由在故障發(fā)生前已經(jīng)提交的事務，將其 事務標識記入重做隊列。2、對撤銷隊列中的各個事務進行撤銷處理。3、對重做隊列中的各個事務進行重做處理。介質故障是最嚴重的一種故障，恢復方法是重裝數(shù)據(jù)庫，然后重做已完成的事務。事務是并發(fā)控制的基本單位，保證事務ACID特性是事務處 理的重要任務，而事務ACID特性可能遭到破壞的原因之一 是多個事務對數(shù)據(jù)庫的并發(fā)操作造成的。仔細分析并發(fā)操作帶來的數(shù)據(jù)不一致性包括丟失修改、不可重復讀和讀臟數(shù)據(jù)等。產(chǎn)生上述三類數(shù)據(jù)不一致性的主要原 因是并發(fā)操作破壞了事

17、務的隔離性。并發(fā)控制就是要用正確的方式調度并發(fā)操作，使一個用戶事務的執(zhí)行不受其他事務 的干擾，從而避免造成數(shù)據(jù)的不一致性。并發(fā)控制的主要技 術有封鎖、時間戳和樂觀控制法。避免活鎖的簡單方法是采用先來先服務的策略預防死鎖通常兩種方法：1、一次封鎖法，要求每個事務必須一次將所有要使用的數(shù)據(jù)全部加鎖，否則就不能繼續(xù)執(zhí) 行。2、順序封鎖法，順序封鎖法是預先對數(shù)據(jù)對象規(guī)定一 個封鎖順序，所有事務都按這個順序實行封鎖。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中診斷死鎖的方法與操作系統(tǒng)類似，一般使用超時法或事務等待圖法。1、如果一個事務的等待時間超過了 規(guī)定的時限，就認為發(fā)生了死鎖。2事務等待圖是一個有向圖G=(T,U) o T為結點的集合，每個結點表示正運行的事務； U為邊的集合，每條邊表示