數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論4-習(xí)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論4-習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)基本概念關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)基本理論SQL語(yǔ)言及應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)安全性與完整性保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法與步驟數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)技術(shù)原理與實(shí)踐數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)基本概念01數(shù)據(jù)庫(kù)定義數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的、統(tǒng)一管理的大量數(shù)據(jù)的集合。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)按照一定的數(shù)據(jù)模型組織，具有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)化形式。數(shù)據(jù)共享性高數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)可以被多個(gè)用戶、多個(gè)應(yīng)用程序共享使用。數(shù)據(jù)獨(dú)立性高數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)獨(dú)立于應(yīng)用程序，即數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)之間的獨(dú)立性。數(shù)據(jù)冗余度小數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)數(shù)據(jù)共享和結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)，減少了數(shù)據(jù)冗余。數(shù)據(jù)安全性強(qiáng)數(shù)據(jù)庫(kù)提供了數(shù)據(jù)安全性控制機(jī)制，如訪問(wèn)控制、加密等，確保數(shù)據(jù)的安全性和完整性。數(shù)據(jù)庫(kù)定義與特點(diǎn)描述數(shù)據(jù)庫(kù)的組成對(duì)象以及對(duì)象之間的聯(lián)系，是數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的操作類型和操作方式，如查詢、更新、刪除等。數(shù)據(jù)操作定義數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存關(guān)系，保證數(shù)據(jù)的正確性和相容性。數(shù)據(jù)完整性約束數(shù)據(jù)模型三要素三級(jí)模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通常采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，包括外模式、模式和內(nèi)模式。其中，模式是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖；外模式是用戶與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的接口，是用戶用到的那部分?jǐn)?shù)據(jù)的描述；內(nèi)模式是數(shù)據(jù)庫(kù)物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部的表示方式。兩級(jí)映像為了保證數(shù)據(jù)的獨(dú)立性和安全性，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通常采用兩級(jí)映像技術(shù)，包括外模式/模式映像和模式/內(nèi)模式映像。其中，外模式/模式映像保證了數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性，即當(dāng)模式改變時(shí)，通過(guò)修改映像而使外模式保持不變，應(yīng)用程序不必改變；模式/內(nèi)模式映像保證了數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性，即當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，通過(guò)修改映像而使模式保持不變，從而應(yīng)用程序也不必改變。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)基本理論02關(guān)系模型基本概念關(guān)系模型一種用二維表格結(jié)構(gòu)表示實(shí)體集以及實(shí)體集之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型，由關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作集合和關(guān)系完整性約束三部分組成。關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即關(guān)系（二維表），每個(gè)關(guān)系有一個(gè)關(guān)系名，現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體和實(shí)體間的聯(lián)系均用關(guān)系來(lái)表示。關(guān)系操作集合一組完備的高級(jí)集合運(yùn)算，包括選擇、投影、連接、除等，用這些操作可以完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的查詢、更新等操作。關(guān)系完整性約束包括實(shí)體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性，用于保證數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的正確性和一致性。

關(guān)系代數(shù)運(yùn)算及優(yōu)化關(guān)系代數(shù)運(yùn)算包括選擇、投影、連接、除等基本運(yùn)算，以及集合運(yùn)算（并、交、差）和笛卡爾積等，這些運(yùn)算可以組合起來(lái)完成復(fù)雜的查詢?nèi)蝿?wù)。關(guān)系代數(shù)表達(dá)式由關(guān)系代數(shù)運(yùn)算組成的表達(dá)式，用于描述對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的查詢和更新操作。關(guān)系代數(shù)優(yōu)化通過(guò)對(duì)關(guān)系代數(shù)表達(dá)式進(jìn)行等價(jià)變換，使得查詢效率更高。常見的優(yōu)化策略包括減少中間結(jié)果的大小、盡早執(zhí)行選擇操作等。范式符合某一種級(jí)別的關(guān)系模式的集合，根據(jù)滿足的約束條件的不同，可以將關(guān)系模式劃分為不同的范式級(jí)別。函數(shù)依賴描述關(guān)系中屬性之間的依賴關(guān)系，是規(guī)范化理論的基礎(chǔ)。規(guī)范化將一個(gè)低級(jí)別的關(guān)系模式轉(zhuǎn)換為高級(jí)別的關(guān)系模式的過(guò)程，目的是消除數(shù)據(jù)冗余和操作異常，提高數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化理論SQL語(yǔ)言及應(yīng)用03SQL語(yǔ)言概述SQL（StructuredQueryLanguage，結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言）是用于管理關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，包括數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱和數(shù)據(jù)控制等功能。數(shù)據(jù)類型SQL語(yǔ)言支持多種數(shù)據(jù)類型，如字符型、數(shù)值型、日期型等。具體的數(shù)據(jù)類型可能因不同的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）而有所差異。SQL語(yǔ)言概述及數(shù)據(jù)類型使用CREATETABLE語(yǔ)句創(chuàng)建表，定義表名、列名、數(shù)據(jù)類型等。創(chuàng)建表修改表刪除表使用ALTERTABLE語(yǔ)句修改表結(jié)構(gòu)，如添加、刪除或修改列。使用DROPTABLE語(yǔ)句刪除表及其所有數(shù)據(jù)。030201數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言（DDL）數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言（DML）使用INSERTINTO語(yǔ)句向表中插入新數(shù)據(jù)。使用UPDATE語(yǔ)句更新表中的數(shù)據(jù)。使用DELETEFROM語(yǔ)句刪除表中的數(shù)據(jù)。使用SELECT語(yǔ)句從表中查詢數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行單表查詢、連接查詢、嵌套查詢等。插入數(shù)據(jù)更新數(shù)據(jù)刪除數(shù)據(jù)查詢數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)安全性與完整性保護(hù)04用戶身份鑒別訪問(wèn)控制數(shù)據(jù)加密審計(jì)追蹤數(shù)據(jù)庫(kù)安全性控制方法01020304通過(guò)用戶名/密碼、數(shù)字證書等方式驗(yàn)證用戶身份，防止非法用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)用戶身份和角色，限制對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的訪問(wèn)權(quán)限，如數(shù)據(jù)表、視圖、存儲(chǔ)過(guò)程等。對(duì)敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密存儲(chǔ)和傳輸，確保數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)和傳輸過(guò)程中的安全性。記錄用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)和操作行為，以便事后分析和追責(zé)。通過(guò)創(chuàng)建視圖，只暴露部分?jǐn)?shù)據(jù)給用戶，隱藏底層數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)。限制數(shù)據(jù)訪問(wèn)視圖可以封裝復(fù)雜的SQL查詢語(yǔ)句，用戶只需簡(jiǎn)單查詢視圖即可獲取所需數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)化復(fù)雜查詢視圖提供了一種數(shù)據(jù)抽象的方式，使得用戶可以專注于所需的數(shù)據(jù)，而無(wú)需關(guān)心底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)抽象視圖機(jī)制在安全性保護(hù)中應(yīng)用確保數(shù)據(jù)表中每個(gè)實(shí)體的唯一性，通常通過(guò)設(shè)置主鍵約束實(shí)現(xiàn)。實(shí)體完整性約束維護(hù)數(shù)據(jù)表之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，確保關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的一致性和有效性。參照完整性約束根據(jù)業(yè)務(wù)需求，設(shè)置特定的完整性規(guī)則，如字段值范圍、格式等。用戶自定義完整性約束數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)提供完整性檢查機(jī)制，并在發(fā)現(xiàn)違反完整性約束時(shí)采取相應(yīng)措施，如拒絕操作、觸發(fā)器等。完整性檢查和違反處理完整性約束條件設(shè)置與檢查數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法與步驟0503評(píng)審和確認(rèn)用戶需求組織專家和用戶代表對(duì)需求說(shuō)明書進(jìn)行評(píng)審和確認(rèn)，確保需求的正確性和完整性。01調(diào)查和分析用戶需求通過(guò)與用戶交流、發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷、觀察用戶操作等方式，收集用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的需求。02整理和表達(dá)用戶需求對(duì)收集到的用戶需求進(jìn)行整理、分類和歸納，形成清晰、準(zhǔn)確的需求說(shuō)明書。需求分析階段任務(wù)和方法定義實(shí)體和屬性根據(jù)需求說(shuō)明書，定義數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)體和屬性，包括實(shí)體名稱、屬性名稱、數(shù)據(jù)類型等。定義實(shí)體之間的聯(lián)系分析實(shí)體之間的聯(lián)系，確定實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多等。構(gòu)建概念模型使用實(shí)體-聯(lián)系圖（E-R圖）等工具，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模型，表達(dá)實(shí)體之間的聯(lián)系和數(shù)據(jù)約束。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段任務(wù)和方法123將概念模型轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)支持的邏輯模型，如關(guān)系模型、層次模型或網(wǎng)狀模型等。轉(zhuǎn)換概念模型為邏輯模型對(duì)邏輯模型進(jìn)行優(yōu)化，包括調(diào)整表結(jié)構(gòu)、優(yōu)化索引、減少數(shù)據(jù)冗余等，以提高數(shù)據(jù)庫(kù)性能。優(yōu)化邏輯模型根據(jù)用戶需求和數(shù)據(jù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完整性約束，如主鍵約束、外鍵約束、檢查約束等，確保數(shù)據(jù)的正確性和一致性。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完整性約束邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段任務(wù)和方法數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)技術(shù)原理與實(shí)踐06事務(wù)故障是指事務(wù)在運(yùn)行過(guò)程中由于某種原因未運(yùn)行至正常終止點(diǎn)，事務(wù)故障的恢復(fù)是由系統(tǒng)自動(dòng)完成的，對(duì)用戶是透明的。事務(wù)故障定義當(dāng)事務(wù)發(fā)生故障時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)需要利用日志文件來(lái)進(jìn)行恢復(fù)。首先，系統(tǒng)反向掃描日志文件，查找該事務(wù)的更新操作。然后，系統(tǒng)對(duì)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(kù)。這樣，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)結(jié)束時(shí)，事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的所有更新被撤銷，數(shù)據(jù)庫(kù)回滾到該事務(wù)開始時(shí)的狀態(tài)?；謴?fù)原理事務(wù)故障恢復(fù)原理及實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法2.對(duì)該事務(wù)的更新操作執(zhí)行逆操作。1.反向掃描日志文件，查找該事務(wù)的更新操作。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，并重復(fù)上述過(guò)程，直到讀到此事務(wù)的開始標(biāo)記。事務(wù)故障恢復(fù)原理及實(shí)現(xiàn)方法VS系統(tǒng)故障是指造成系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的任何事件，使得系統(tǒng)要重新啟動(dòng)。整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行突然被破壞，所有正在運(yùn)行的事務(wù)都非正常終止?；謴?fù)原理當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)需要利用日志文件和數(shù)據(jù)文件來(lái)進(jìn)行恢復(fù)。首先，系統(tǒng)正向掃描日志文件，找出在故障發(fā)生前已經(jīng)提交的事務(wù)隊(duì)列（REDO隊(duì)列）和未完成的事務(wù)隊(duì)列（UNDO隊(duì)列）。然后，對(duì)撤銷隊(duì)列中的各個(gè)事務(wù)進(jìn)行UNDO處理。最后，對(duì)重做隊(duì)列中的各個(gè)事務(wù)進(jìn)行REDO處理。系統(tǒng)故障定義系統(tǒng)故障恢復(fù)原理及實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法1.正向掃描日志文件，找出在故障發(fā)生前已經(jīng)提交的事務(wù)和未完成的事務(wù)。2.對(duì)撤銷隊(duì)列中的各個(gè)事務(wù)進(jìn)行UNDO處理。3.對(duì)重做隊(duì)列中的各個(gè)事務(wù)進(jìn)行REDO處理。01020304系統(tǒng)故障恢復(fù)原理及實(shí)現(xiàn)方法介質(zhì)故障指外存故障，如磁盤損壞、磁頭碰撞、瞬時(shí)強(qiáng)磁場(chǎng)干擾等。這類故障將破壞數(shù)據(jù)庫(kù)或部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，并影響正在存取這部分?jǐn)?shù)據(jù)的所有事務(wù)。當(dāng)發(fā)生介質(zhì)故障時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)需要利用備份文件和日志文件來(lái)進(jìn)行恢復(fù)。