數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第1章

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數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2.5學(xué)分上課、0.5學(xué)分上機(jī)，共3學(xué)分。學(xué)習(xí)目的：掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念、原理和方法；學(xué)會有效地使用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和對數(shù)據(jù)庫的編程。學(xué)習(xí)方法：理論結(jié)合實踐。

考核方式及要求：作業(yè)（20％）：按時認(rèn)真完成作業(yè)。實驗（10％）：完成上機(jī)實驗并提交實驗報告。閉卷考試（70％）。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)參考書JeffreyD.Ullman,JenniferWidom.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎(chǔ)教程(原書第3版).

岳麗華等譯.機(jī)械工業(yè)出版社.2009.AbrahamSilberschatz,HenryF.Korth,S.Sudarshan.DatabaseSystemConcepts(FourthEdition).機(jī)械工業(yè)出版社./~ullman/fcdb.html數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)世界關(guān)系數(shù)據(jù)模型*關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論高級數(shù)據(jù)庫模型代數(shù)和邏輯查詢語言*數(shù)據(jù)庫語言SQL約束與觸發(fā)器視圖與索引服務(wù)器環(huán)境下的SQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫的新課題數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎(chǔ)教程1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)世界1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展

1.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)概述

1.3本課程內(nèi)容1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫是什么?數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)（信息）的集合。數(shù)據(jù)庫可以存儲大量的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可能需要存儲很長時間。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以為多用戶多應(yīng)用服務(wù)。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按特定的結(jié)構(gòu)存儲。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行定義、存取、控制等有效的管理。數(shù)據(jù)庫是由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（databasemanagementsystem，簡稱DBMS）管理的數(shù)據(jù)集合。1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫應(yīng)用:銀行：客戶，賬戶，交易，貸款等航空：飛機(jī)，航班，客戶，預(yù)定等學(xué)校：學(xué)生，教師，課程，成績等銷售：產(chǎn)品，顧客，訂單，進(jìn)貨，售后等人力資源：職工，考勤，業(yè)績，工資等Databasestouchallaspectsofourlives.1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）應(yīng)具有以下功能提供數(shù)據(jù)定義語言(DDL,DataDefinitionLanguage)用以建立數(shù)據(jù)庫并說明它們的模式(schema)。一個數(shù)據(jù)庫的模式是一組用DDL表達(dá)的語句集合，完整描述該數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。提供數(shù)據(jù)查詢語言(DQL,DataQueryLanguage)和數(shù)據(jù)操作語言(DML,DataManipulationLanguage)以支持?jǐn)?shù)據(jù)查詢或數(shù)據(jù)更新的能力。支持超大量數(shù)據(jù)的長時間存儲，manyterabytes(1012bytes)ormore,并且在數(shù)據(jù)查詢和更新時支持對數(shù)據(jù)的有效存取。1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）應(yīng)具有以下功能具有持久性，在遇到各種故障、錯誤或用戶的錯誤使用時，提供數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)功能。支持?jǐn)?shù)據(jù)共享，控制多個用戶對數(shù)據(jù)的同時存取，不允許一個用戶的操作影響另一個用戶，也不允許對數(shù)據(jù)的不完整操作。1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展文件系統(tǒng)

數(shù)據(jù)以文件的形式長期保存，可以存儲大量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu)有了區(qū)別文件形式多樣化數(shù)據(jù)的存取以記錄為單位1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展文件系統(tǒng)的問題

缺少完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)關(guān)系的定義數(shù)據(jù)冗余及不一致性缺乏特定的文件查詢語言，讀寫數(shù)據(jù)不方便無法說明特定的對數(shù)據(jù)的約束例如：賬戶余額>01.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展文件系統(tǒng)的問題

當(dāng)多個用戶或進(jìn)程對文件并發(fā)訪問時，可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)的不一致性例如:兩位客戶同時更新同一個賬戶的余額可能出現(xiàn)不完整的操作例如:兩位客戶之間的轉(zhuǎn)賬安全性問題很難限制用戶只能讀取數(shù)據(jù)或記錄中的某一部分1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

指采用了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的計算機(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫不僅反映數(shù)據(jù)本身的內(nèi)容，同時也反映數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。在數(shù)據(jù)庫中是用數(shù)據(jù)模型來對現(xiàn)實世界進(jìn)行抽象的。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中用于提供信息表示和操作手段的形式架構(gòu)。1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展Late1960sand1970s:硬盤技術(shù)的發(fā)展使數(shù)據(jù)的直接讀寫成為可能層次模型和網(wǎng)狀模型數(shù)據(jù)庫得到廣泛應(yīng)用早期的DBMS不支持高級的查詢語言。1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展1970:TedCodd提出關(guān)系數(shù)據(jù)模型ReceivedtheACMTuringAwardin1981IBMResearchbeginsSystemRprototype主要思想:數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)全部以表的形式呈現(xiàn)給用戶,這種表被稱作關(guān)系。可以用高級查詢語言表達(dá)查詢從而提高程序員的編程效率。1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展1980s:關(guān)系數(shù)據(jù)庫由原型發(fā)展為商用。SQLbecomesindustrialstandard并行分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng)1990s:大型決策支持系統(tǒng)及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)得到發(fā)展Largemulti-terabytedatawarehouses(數(shù)據(jù)倉庫)Emergence(出現(xiàn))ofWebcommerce(商務(wù))2000s:XML(可擴(kuò)展模型語言)andXQuerystandards1.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)概述

負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫存取、維護(hù)和管理的軟件系統(tǒng)，通常稱為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem，DBMS）。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的各類用戶對數(shù)據(jù)庫的各種操作請求，都是由DBMS完成的。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心軟件。1.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)概述

1.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)概述

Application1Application2...ApplicationnDBMSdatabaseDatabaseManagementSystemread/writepagesStoragemanagerStorageindex,file,andrecordrequestsindex/file/recordmangerDDLcommandsQueries,updatesQuerycompilerUser/applicationDDLcompilerDatabaseadministratorLocktableLoggingandrecoveryConcurrencycontrollogpagespagecommandsBuffermanagerbuffersdata,metadata,indexsmetadataQueryplanExecutionengineMetadata,statistics單線框系統(tǒng)成分雙線框內(nèi)存中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實線控制和數(shù)據(jù)流虛線數(shù)據(jù)流P4圖1-1數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成TransactionmanagerTransactioncommands1.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)概述

兩種用戶:普通用戶和應(yīng)用程序：發(fā)出查詢或修改命令。數(shù)據(jù)庫管理員(databaseadministrator，DBA):

負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)或模式。三種數(shù)據(jù)庫指令:Queries,updates:commandstoaffectthecontentofthedatabaseorextract(提取)datafromthedatabase.

Transaction(事務(wù))commands:commandstotellthetransactionmanagerwhentransactionsbeginandend.DDLcommands:

由DBA發(fā)出的修改數(shù)據(jù)庫模式或建立新數(shù)據(jù)庫的指令.1.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)概述

存儲和緩沖區(qū)管理器:includesthestoragemanagerandthebuffermanager:存儲管理器:控制數(shù)據(jù)在磁盤上的位置及其在磁盤和主存之間的移動,跟蹤文件在磁盤上的位置，根據(jù)緩沖區(qū)管理器的請求獲取包含請求文件的一個或多個磁盤塊。緩沖區(qū)管理器:負(fù)責(zé)將可用主存分割成不同的緩沖區(qū)并對之進(jìn)行管理。1.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)概述

信息的種類:數(shù)據(jù):thecontentsofthedatabaseitself.元數(shù)據(jù)(Metadata):描述數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)及約束(constraints)的數(shù)據(jù)庫模式。索引(Indexes):支持對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行有效存取的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。統(tǒng)計數(shù)據(jù):

由DBMS收集存儲的關(guān)于數(shù)據(jù)特征的數(shù)據(jù)。日志記錄:

數(shù)據(jù)庫新近修改的信息,該信息支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的持久性(durability)。

read/writepagesStoragemanagerStorageindex,file,andrecordrequestsindex/file/recordmangerDDLcommandsQueries,updatesQuerycompilerUser/applicationDDLcompilerDatabaseadministratorLocktableLoggingandrecoveryConcurrencycontrollogpagespagecommandsBuffermanagerbuffersdata,metadata,indexsmetadataQueryplanExecutionengineMetadata,statistics單線框系統(tǒng)成分雙線框內(nèi)存中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實線控制和數(shù)據(jù)流虛線數(shù)據(jù)流TransactionmanagerTransactioncommands1.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)概述

事務(wù)處理器:事務(wù)(Transaction):

一組數(shù)據(jù)庫操作。事務(wù)管理器:

接收來自應(yīng)用的事務(wù)命令，負(fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性，保證并發(fā)運(yùn)行的多個SQL命令相互不沖突；保證系統(tǒng)出現(xiàn)故障時不丟失不損壞數(shù)據(jù)。并發(fā)控制管理器(調(diào)度器):保證事務(wù)的原子性(atomcity)和隔離性(isolation)。Lock.日志和恢復(fù)管理器:保證事務(wù)的持久性(durability)。

Logging.1.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)概述

ACID性質(zhì)Atomicity:eitherallofatransactionbeexecutedornoneofitis.Consistency(一致性):keepconsistentstate.Isolation(隔離性):Whentwoormoretransactionsrunconcurrently,theireffectsmustbeisolatedfromoneanother.Durability(持久性):Ifatransactionhascompleteditswork,itseffectshouldnotgetlostwhilethesystemfail,evenifitfailsimmediatelyafterthetransactioncompletes.

1.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)概述

查詢處理器：Querycompiler(編譯器):將查詢轉(zhuǎn)換成某種內(nèi)部形式，稱為查詢計劃.Queryparser(分析器):構(gòu)造查詢樹.Querypreprocessor(預(yù)處理器):生成初始查詢計劃

Queryoptimizer(優(yōu)化器):利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)及索引Executionengine:執(zhí)行選定查詢計劃的每一步，為了對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，它必須將數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫

讀入緩沖區(qū)，必須與調(diào)度器交流以避免讀到加鎖的數(shù)據(jù)，它還要與日志管理器交互以保證所有數(shù)據(jù)庫的改變都被日志正確地記錄。read/writepagesStoragemanagerStorageindex,file,andrecordrequestsindex/file/recordmangerDDLcommandsQueries,updatesQuerycompilerUser/applicationDDLcompilerDatabaseadministratorLocktableLoggingandrecoveryConcurrencycontrollogpagespagecommandsBuffermanagerbuffersdata,metadata,indexsmetadataQueryplanExecutionengineMetadata,statistics單線框系統(tǒng)成分雙線框內(nèi)存中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實線控制和數(shù)據(jù)流虛線數(shù)據(jù)流TransactionmanagerTransactioncommands1.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)概述

Client/Server(C/S)architectureDBClientDBClientDBServerJavaC/C++PowerBuilderDelphiVB…MSAccessMSSQLServerSybaseMySQLOracleIBMDB2…sqlrequestsqlrequestreplyreplyClient(客戶):

發(fā)出查詢或其它指令的用戶進(jìn)程Server(服務(wù)器):

處理查詢或其它指令的服務(wù)器進(jìn)程1.3本課程內(nèi)容本課程的學(xué)習(xí)分為三個部分:設(shè)計：如何設(shè)計一個數(shù)據(jù)庫?我們介紹如何從需求分析開始,進(jìn)行數(shù)據(jù)建模,以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計.編程：如何在數(shù)據(jù)庫中表達(dá)查詢以及各種操作?實施：如何建立和使用數(shù)據(jù)庫（上機(jī)實踐）?1.3.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)庫設(shè)計第4章:高級數(shù)據(jù)庫模型

實體-聯(lián)系模型第2章:關(guān)系數(shù)據(jù)模型從E/R模型到關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式第3章:關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論1.3.2數(shù)據(jù)庫程序設(shè)計數(shù)據(jù)庫程序設(shè)計2.4：代數(shù)查詢語言第5章:代數(shù)和邏輯查詢語言

第6章:數(shù)據(jù)庫語言SQL第7章:約束與觸發(fā)器第8章:視圖與索引第9章:服務(wù)器環(huán)境下的SQL第10章:關(guān)系數(shù)據(jù)庫的新課題為某商品銷售公司構(gòu)作一個銷售業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少應(yīng)管理以下內(nèi)容：公司分為多個下屬部門(Department)，如“江蘇銷售部”，“上海銷售部”等。每個部門有若干銷售員(Salesman)，每個銷售員有唯一的員工號(如“E0025”)和身份證號，也包含姓名、性別、出生日期、電話等信息。一個銷售員僅屬于一個部門，且每個部門有一個銷售員擔(dān)任部門經(jīng)理。

。

系統(tǒng)應(yīng)管理客戶信息(Customer)，包含：名稱、省、市、單位名稱、電話等。系統(tǒng)應(yīng)管理所有銷售的商品(Product)：制造商(如“春蘭”、“海爾”)、種類(如“摩托車”、“空調(diào)機(jī)”)、規(guī)格(如“MT125”型摩托車、“RE1500”型空調(diào))、價格、功能及性能描述。

該系統(tǒng)用銷售訂單(Salesorder)表示銷售業(yè)務(wù)。每個訂單有一個訂單號和簽訂日期，且對應(yīng)一個客戶和一個銷售員。一個訂單至少銷售一種產(chǎn)品，并可銷售多種產(chǎn)品，且每種產(chǎn)品應(yīng)確定其銷售數(shù)量和單價，以計算銷售金額。1.3.3數(shù)據(jù)庫應(yīng)用實例DepartmentSalesmanCustomerSalesorderProductSalesitemsalesforrunsforasheaderworksforcontainssellsdeptidnameempididnonamegenderphonenameprovcityphoneunitordernosigndatecustidlinenosalescostquantitytypespecpricedescprodidfactory

實體/聯(lián)系模型1.3.3數(shù)據(jù)庫應(yīng)用實例關(guān)系數(shù)據(jù)模型：Customer(custid,name,prov,city,phone,unit)Product(prodid,factory,type,spec,price,desc)Salesman(empid,idno,name,gender,