數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)標準設(shè)計期末考總結(jié)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計期末考總結(jié)什么是數(shù)據(jù)庫？數(shù)據(jù)庫是被一個系統(tǒng)所使用全部數(shù)據(jù)集合數(shù)據(jù)庫管理員(DatabaseAdministrator)什么是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)？（DBMS）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)就是幫助存放，管理和使用數(shù)據(jù)庫程序集合，對數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一管理和控制，以確保數(shù)據(jù)庫安全性和完整性DBMS（databasemanagementsystem）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)環(huán)境組成硬件，軟件，數(shù)據(jù)，程序（procedures），人數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)生命周期(databasesystemdevelopmentlifecycle)數(shù)據(jù)庫設(shè)計三個關(guān)鍵步驟:概念設(shè)計邏輯設(shè)計物理設(shè)計C/SvsB/SC/S即Client/Server

(用戶機/服務器)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過將任務合理分配到Client端和Server端，降低了系統(tǒng)通訊開銷，需要安裝用戶端才可進行管理操作。用戶端和服務器端程序不一樣，用戶程序關(guān)鍵在用戶端，服務器端關(guān)鍵提供數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)及系統(tǒng)維護和并發(fā)控制等，用戶端程序關(guān)鍵完成用戶具體業(yè)務。開發(fā)比較輕易，操作簡便，但應用程序升級和用戶端程序維護較為困難。三層C/S構(gòu)架在三層架構(gòu)中，用戶端接收用戶請求，用戶端向應用服務提出請求，應用服務從數(shù)據(jù)庫服務中取得數(shù)據(jù)，應用服務將數(shù)據(jù)進行計算并將結(jié)果提交給用戶端，用戶端將結(jié)果展現(xiàn)給用戶。兩層和三層區(qū)分？兩層架構(gòu)Clientsidepresentedtwoproblemspreventingtruescalability:‘Fat’client,requiringconsiderableresourcesonclient’scomputertoruneffectively.Significantclientsideadministrationoverhead.By1995,threelayersproposed,eachpotentiallyrunningonadifferentplatform.用戶端提出兩個問題阻止真正可伸縮性:脂肪”用戶端,需要相當大用戶端電腦上資源有效地運行。重大用戶端管理開銷。三層架構(gòu)Advantages:‘Thin’client,requiringlessexpensivehardware.Applicationmaintenancecentralized.Easiertomodifyorreplaceonetierwithoutaffectingothers.Separatingbusinesslogicfromdatabasefunctionsmakesiteasiertoimplementloadbalancing.MapsquitenaturallytoWebenvironment.優(yōu)點:瘦”用戶機,需要更少昂貴硬件。應用程序維護集中。輕易修改或替換一個層而不影響其它。將業(yè)務邏輯和數(shù)據(jù)庫函數(shù)分開使其輕易實現(xiàn)負載平衡。很自然地映射到Web環(huán)境。Threemaintypesoftransactions（三種關(guān)鍵類型事務）:retrievaltransactions檢索事務updatetransactions更新交易處理mixedtransactions混合事項B/S即Browser/Server(瀏覽器/服務器)結(jié)構(gòu),用戶界面完全經(jīng)過WWW瀏覽器實現(xiàn)。用戶端基礎(chǔ)上沒有專門應用程序，應用程序基礎(chǔ)上全部在服務器端。因為用戶端沒有程序，應用程序升級和維護全部能夠在服務器端完成，升級維護方便。因為用戶端使用瀏覽器，使得用戶界面“豐富多彩”，但數(shù)據(jù)打印輸出等功效受到了限制。SQLSQL分類：

DDL—數(shù)據(jù)定義語言(CREATE，ALTER，DROP，DECLARE)

DML—數(shù)據(jù)操縱語言(SELECT，DELETE，UPDATE，INSERT)

DCL—數(shù)據(jù)控制語言(GRANT，REVOKE，COMMITQuery（查詢）Security(安全)Index（索引）View（視圖）ERDAfive-stepprocessforERDconstruction:ERD構(gòu)建五個步驟過程:Step1:RepresentEntitiesasTables（將實體轉(zhuǎn)換成表）Step2:DetermineRelationships（確定關(guān)系）Inmostcases,arecordinonetablewillcorrespondtomultiplerecordsinanothertable.在大多數(shù)情況下,一個表統(tǒng)計將對應于另一個表中多條統(tǒng)計。Formany-to-manyrelationships,anewassociativetablemustbecreatedbetweentwotables.多對多關(guān)系,必需創(chuàng)建一個新關(guān)聯(lián)表兩個表之間關(guān)系。Step3:ListFields（確定表屬性）Step4:IdentifyKeys（確定鍵，主鍵和外鍵）Step5:DeterminingDataTypes確定數(shù)據(jù)類型Primaryandforeignkeysmustmatchindatatypeandsize.主鍵和外鍵必需匹配數(shù)據(jù)類型和大小。2.主鍵Aprimarykeyuniquelyidentifieseachrecordinatable.主鍵唯一標示表中每一條統(tǒng)計。UniqueMinimalNotNullNonupdateable3.外鍵假如公共關(guān)鍵字在一個關(guān)系中是主關(guān)鍵字，那么這個公共關(guān)鍵字被稱為另一個關(guān)系外鍵。4.完整性實體完整性：每個表一定要有一個正當主鍵。（主鍵值唯一）參考完整性規(guī)則（ReferentialIntegrity）：若屬性組F是關(guān)系模式R1主鍵，同時F也是關(guān)系模式R2外鍵，則在R2關(guān)系中，F(xiàn)取值只許可兩種可能：空值或等于R1關(guān)系中某個主鍵值。（外鍵，值在主鍵中沒有出現(xiàn)）5.范式第一范式：（1NF）強調(diào)是列原子性，即列不能夠再分成其它幾列。

Definition:Atableinwhichallfieldscontainasinglevalue.第二范式：（2NF）屬性完全依靠于主鍵Definition:Atableinwhicheachnon-keyfieldisdeterminedbythewholeprimarykeyandnotpartoftheprimarykeybyitself.沒有包含在主鍵中列必需完全依靠于主鍵，而不能只依靠于主鍵一部分。第三范式：（3NF）屬性不依靠于其它非主屬性首先是2NF，另外非主鍵列必需直接依靠于主鍵，不能存在傳輸依靠。即不能存在：非主鍵列A依靠于非主鍵列B，非主鍵列B依靠于主鍵情況。6.Normalization規(guī)范化沒有進行規(guī)范化數(shù)據(jù)存在插入（表沒有分開，插入數(shù)據(jù)是產(chǎn)生異常），更新（數(shù)據(jù)冗余，更新時產(chǎn)生異常），刪除異常（表沒有分開，數(shù)據(jù)間存在依靠關(guān)系）同一張表本身設(shè)計不合理造成異常規(guī)范化優(yōu)缺點優(yōu)點:消除更新異常降低數(shù)據(jù)冗余處理了數(shù)據(jù)完整性問題節(jié)省存放空間缺點:包含多表子查詢和表之間聯(lián)接，需要更復雜SQL語句DBMS額外工作使應用程序變慢

7.關(guān)系型數(shù)據(jù)庫優(yōu)點依靠邏輯,而不是物理、相關(guān)統(tǒng)計之間聯(lián)絡(luò)使用第四代語言(4gl)備抵高度數(shù)據(jù)獨立性WeakEntity（弱實體）一個實體對于另一個實體含有很強依靠關(guān)系，而且該實體主鍵一部分或全部全部是從其它強實體中取得，則稱該實體為弱實體Derivedattribute（派生屬性）Attributethatrepresentsavaluethatisderivablefromvalueofarelatedattribute,orsetofattributes,notnecessarilyinthesameentity.屬性代表了一個值從一個相關(guān)屬性中派生出來,或一組屬性值引出，,不一定在同一個實體。recursiverelationship（遞歸關(guān)系）添加一個外鍵，使得有一對多關(guān)系，多對多關(guān)系complexrelationship(復雜關(guān)系)Multiplicityisthenumber(orrange)ofpossibleoccurrencesofanentitytypeinann-aryrelationshipwhenother(n-1)valuesarefixed.problemsinanERmodelOftenduetoamisinterpretationofthemeaningofcertainrelationships.通常因為特定意義關(guān)系誤解。connectiontraps.(連接陷阱)倆個關(guān)鍵連接陷進：扇形陷進和深坑陷進扇形陷進：兩個實體有一個一對多關(guān)系，從而扇出第三個實體，兩個實體鍵本該有一個直接關(guān)系提供必需信息深坑陷進：一個模型顯示實體之間存在關(guān)系,但一些實體出現(xiàn)之間路徑不存在。Supertype/SubtypeHierarchies（超類和子類）某個實體類型中全部實體同時也是另一個實體類型實體.此時,我們稱前一實體類型是后一實體類型子類(Subtype),后一實體類型稱為超類(Supertype).不過子類有一個很關(guān)鍵性質(zhì):繼承性。子類繼承其超類上定義全部屬性,其本身還能夠包含其它另外屬性.第九章：磁盤性能指標：磁盤容量，存取時間，數(shù)據(jù)傳輸速度，可靠性磁盤總?cè)萘拷y(tǒng)計盤面數(shù)*每統(tǒng)計盤面磁道數(shù)*每磁道扇區(qū)數(shù)*每扇區(qū)字節(jié)數(shù)扇區(qū)：扇區(qū)是磁盤尋址最小單位，其大小通常是512字節(jié)數(shù)據(jù)在磁盤上定位信息：柱面號，磁頭號，扇區(qū)號編址方法：柱面從外向內(nèi)編址（如：0~199），磁道按柱面編號（如：0號柱面從上向下編號0~19，再給1號柱面磁道編號），盤塊號（假設(shè)每個磁道有17個扇區(qū)，0號柱面0號磁道0號扇區(qū)盤塊號為0,0號柱面1號磁道0號扇區(qū)盤塊號為17）Accesstime(存取時間)–thetimeittakesfromwhenareadorwriterequestisissuedtowhendatatransferbegins.(一個讀或?qū)懻埱蟀l(fā)出到數(shù)據(jù)開始傳輸時間)Consistsof:Seektime（尋道時間）–timeittakestorepositionthearmoverthecorrecttrack.將磁頭移到柱面時間：約2~30msRotationallatency（旋轉(zhuǎn)等候時間）–timeittakesforthesectortobeaccessedtoappearunderthehead.約10~20ms總時間：10~40msData-transferrate–therateatwhichdatacanberetrievedfromorstoredtothedisk.（從磁盤上讀取數(shù)據(jù)或存放數(shù)據(jù)到磁盤時間）Meantimetofailure(MTTF)（平均失效時間）–theaveragetimethediskisexpectedtoruncontinuouslywithoutanyfailure.（磁盤無故障連續(xù)運行時間Typically3to5years）Block–acontiguoussequenceofsectorsfromasingletrackdataistransferredbetweendiskandmainmemoryinblockssizesrangefrom512bytestoseveralkilobytes內(nèi)存和外存一次數(shù)據(jù)交換稱為一次I/O操作，每次交換數(shù)據(jù)量是一個Block內(nèi)存中開辟緩沖區(qū)大小最少要等于一個blockBlock大小通常由DBMS廠商決定廉價磁盤冗余陣列（RAID）RedundantArraysofIndependentDisks經(jīng)過冗余提升可靠性是一個利用大量廉價磁盤進行磁盤組織技術(shù)價格上，大量廉價磁盤比少許昂貴大磁盤合算得多性能上，使用大量磁盤能夠提升數(shù)據(jù)并行存取可靠性上，冗余數(shù)據(jù)能夠存放在多個磁盤上，所以一個磁盤故障不會造成數(shù)據(jù)丟失冗余（Redundancy）存放額外信息，方便當磁盤故障時能從中重建磁盤還是內(nèi)存？5-minuterule：假如一個被隨機訪問頁面使用頻率超出每5分鐘一次，那么它應該被駐留在內(nèi)存minuterule：假如被次序訪問頁面使用頻率超出每1分鐘一次，那么它應該被駐留在內(nèi)存文件存放：Thedatabaseisstoredasacollectionoffiles.Eachfileisasequenceofrecords.Arecordisasequenceoffields數(shù)據(jù)庫是存放為文件集合。每個文件全部是一個序列統(tǒng)計。字段統(tǒng)計是一個序列。第十章：BasicStepsinQueryProcessing（查詢處理基礎(chǔ)步驟）：1.Parsingandtranslation解析和翻譯2.Optimization最優(yōu)化3.Evaluation評定RDBMS查詢處理階段：1.查詢分析2.查詢檢驗3.查詢優(yōu)化4.查詢實施選擇操作經(jīng)典實現(xiàn)方法：1.簡單全表掃描方法對查詢基礎(chǔ)表次序掃描，逐一檢驗每個元組是否滿足選擇條件，把滿足條件元組作為結(jié)果輸出適合小表，不適合大表2.索引(或散列)掃描方法適合選擇條件中屬性上有索引(比如B+樹索引或Hash索引)經(jīng)過索引先找到滿足條件元組主碼或元組指針，再經(jīng)過元組指針直接在查詢基礎(chǔ)表中找到元組排序原因SQL查詢能夠指定對輸出進行排序關(guān)系運算一些操作，如連接運算，排序后實現(xiàn)高效對于可放進內(nèi)存關(guān)系，使用如快排序之類技術(shù)。對不能放進內(nèi)存關(guān)系，使用外排序內(nèi)排序當數(shù)據(jù)集小于可用內(nèi)存時，采取快速排序算法快速排序思想起源于分治策略。將數(shù)據(jù)塊劃分為兩個序列，第一個序列值小于第二個序列，在兩個序列中根據(jù)遞歸排序思想再次進行上述劃分，這么直到?jīng)]有措施劃分為止外排序創(chuàng)建有序段＋N路歸并全部輸入數(shù)據(jù)最初分成很多有序歸并段文件，然后不停歸并成很多更大歸并段文件，直到剩下一個文件為止JoinOperation多個不一樣連接算法Nested-loopjoin（嵌套循環(huán)連接）Blocknested-loopjoin（塊嵌套循環(huán)連接）Indexednested-loopjoin（索引嵌套循環(huán)連接）Merge-join（合并連接）Hash-join（哈希或散列連接）Choicebasedoncostestimate（依據(jù)成本估算選擇連接方法）關(guān)系型數(shù)據(jù)庫優(yōu)點依靠邏輯,而不是物理、相關(guān)統(tǒng)計之間聯(lián)絡(luò)使用第四代語言(4gl)備抵高度數(shù)據(jù)獨立性關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)查詢優(yōu)化查詢優(yōu)化優(yōu)點不僅在于用戶無須考慮怎樣最好地表示查詢以取得很好效率，而且在于系統(tǒng)能夠比用戶程序“優(yōu)化”做得愈加好(1)優(yōu)化器能夠從數(shù)據(jù)字典中獲取很多統(tǒng)計信息，而用戶程序則難以取得這些信息(2)假如數(shù)據(jù)庫物理統(tǒng)計信息改變了，系統(tǒng)能夠自動對查詢重新優(yōu)化以選擇相適應實施計劃。在非關(guān)系系統(tǒng)中必需重寫程序，而重寫程序在實際應用中往往是不太可能(3)優(yōu)化器能夠考慮數(shù)百種不一樣實施計劃，程序員通常只能考慮有限多個可能性。(4)優(yōu)化器中包含了很多復雜優(yōu)化技術(shù)，這些優(yōu)化技術(shù)往往只有最好程序員才能掌握。系統(tǒng)自動優(yōu)化相當于使得全部些人全部擁有這些優(yōu)化技術(shù)RDBMS關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RelationalDatabaseManagementSystem）經(jīng)過某種等價模型計算出多種查詢實施策略實施代價，然后選替換價最小實施方案集中式數(shù)據(jù)庫實施開銷關(guān)鍵包含：磁盤存取塊數(shù)(I/O代價)處理機時間(CPU代價)查詢內(nèi)存開銷I/O代價是最關(guān)鍵 分布式數(shù)據(jù)庫總代價=I/O代價+CPU代價+內(nèi)存代價＋通信代價查詢優(yōu)化總目標：選擇有效策略求得給定關(guān)系表示式值使得查詢代價最小(實際上是較小)實際系統(tǒng)查詢優(yōu)化步驟：1.將查詢轉(zhuǎn)換成某種內(nèi)部表示，通常是語法樹2.依據(jù)一定等價變換規(guī)則把語法樹轉(zhuǎn)換成標準（優(yōu)化）形式3.選擇低層操作算法對于語法樹中每一個操作計算多種實施算法實施代價選擇代價小實施算法4.生成查詢計劃(查詢實施方案)查詢計劃是由一系列內(nèi)部操作組成。2代數(shù)優(yōu)化代數(shù)優(yōu)化策略：經(jīng)過對關(guān)系代數(shù)表示式等價變換來提升查詢效率關(guān)系代數(shù)表示式等價：指用相同關(guān)系替換兩個表示式中對應關(guān)系所得到結(jié)果是相同兩個關(guān)系表示式E1和E2是等價，可記為E1≡E2具體方法笛卡爾積查詢樹啟發(fā)式優(yōu)化經(jīng)典啟發(fā)式規(guī)則：1.選擇運算應盡可能先做。在優(yōu)化策略中這是最關(guān)鍵、最基礎(chǔ)一條2.把投影運算和選擇運算同時進行如有若干投影和選擇運算，而且它們?nèi)繉ν粋€關(guān)系操作，則能夠在掃描此關(guān)系同時完成全部這些運算以避免反復掃描關(guān)系3.把投影同其前或其后雙目運算結(jié)合起來4.把一些選擇同在它前面要實施笛卡爾積結(jié)合起來成為一個連接運算5.找出公共子表示式假如這種反復出現(xiàn)子表示式結(jié)果不是很大關(guān)系而且從外存中讀入這個關(guān)系比計算該子表示式時間少得多，則先計算一次公共子表示式并把結(jié)果寫入中間文件是合算當查詢是視圖時，定義視圖表示式就是公共子表示式情況6.在實施連接操作前對關(guān)系合適進行預處理按連接屬性排序在連接屬性上建立索引

索引：SearchKey（檢索關(guān)鍵字）-attributetosetofattributesusedtolookuprecordsinafile.（設(shè)置屬性用于查找在一個文件中統(tǒng)計）Anindexfileconsistsofrecords(calledindexentries)oftheform（一個索引文件包含統(tǒng)計表格即索引項表）Indexfilesaretypicallymuchsmallerthantheoriginalfile(索引文件比源文件小很多)Twobasickindsofindices（兩種基礎(chǔ)索引）:Orderedindices（指令索引）:searchkeysarestoredinsortedorder（根據(jù)次序搜索密鑰存放）Hashindices（哈希索引）:searchkeysaredistributeduniformlyacross“buckets”usinga“hashfunction”.（檢索關(guān)鍵字均勻分布哈希函數(shù)桶中）clusteringindex聚簇索引：Primaryindex:inasequentiallyorderedfile,theindexwhosesearchkeyspecifiesthesequentialorderofthefile.初級索引:在一個次序文件、索引搜索鍵指定文件次序。Alsocalledclusteringindex聚簇索引Thesearchkeyofaprimaryindexisusuallybutnotnecessarilytheprimarykey.主索引檢索關(guān)鍵字通常但不一定是主鍵。non-clusteringindex.非聚簇索引Secondaryindex:anindexwhosesearchkeyspecifiesanorderdifferentfromthesequentialorderofthefile.索引檢索關(guān)鍵字指定一個次序不一樣于文件中次序。Alsocalled

non-clusteringindex.非聚簇索引DenseIndexFiles（密集索引文件）指向行Indexrecordappearsforeverysearch-keyvalueinthefile.索引統(tǒng)計對應每個檢索關(guān)鍵字值（一一對應）SparseIndexFiles（稀疏索引文件）指向頁containsindexrecordsforonlysomesearch-keyvalues.只包含部分search-key值索引統(tǒng)計。Applicablewhenrecordsaresequentiallyorderedonsearch-key適適用于統(tǒng)計次序統(tǒng)計檢索關(guān)鍵字MultilevelIndex沖突可串行化沖突指令 當兩條指令是不一樣事務在相同數(shù)據(jù)項上操作，而且其中最少有一個是write指令時，則稱這兩條指令是沖突 如在②、③、④情況下，Ii和Ij是沖突 非沖突指令交換次序不會影響調(diào)度最終止果沖突等價 假如調(diào)度S能夠經(jīng)過一系列非沖突指令交換轉(zhuǎn)換成調(diào)度S'，則稱調(diào)度S和S'是沖突等價B+-treeB+-treeindicesareanalternativetoindexed-sequentialfiles（B+樹索引是連續(xù)索引文件替換）Disadvantageofindexed-sequentialfiles（次序索引文件缺點）performancedegradesasfilegrows,sincemanyoverflowblocksgetcreated.（伴隨文件增多，性能會有所下降，因為創(chuàng)建了很多溢出塊）Periodicreorganizationofentirefileisrequired.（必需定時重組整個文件）AdvantageofB+-treeindexfiles（B+-tree優(yōu)點）:automaticallyreorganizesitselfwithsmall,local,changes,inthefaceofinsertionsanddeletions.（在進行插入和刪除時候，能自動對備份和更改善行整理）Reorganizationofentirefileisnotrequiredtomaintainperformance.（對于性能維護，不需要對整個文件進行重組）(Minor)disadvantageofB+-trees（缺點）:extrainsertionanddeletionoverhead,spaceoverhead.（額外插入和刪除開銷,空間開銷。）AdvantagesofB+-treesoutweighdisadvantages，B+-treesareusedextensively（B+-trees優(yōu)點大于缺點，被廣泛使用）AB+-treeisarootedtreesatisfyingthefollowingproperties（B+-tree含有以下屬性）:Allpathsfromroottoleafareofthesamelength（全部樹枝從根到葉長度相同）Eachnodethatisnotarootoraleafhasbetweenn/2andnchildren.（每個不是根節(jié)點也不是葉子節(jié)點節(jié)點有n/2到n個孩子節(jié)點）Aleafnodehasbetween(n–1)/2andn–1values特殊情況:假如根不是一片葉子,它最少有兩個孩子。假如根是葉(即沒有其它節(jié)點樹),它能夠有0到(n-1)之間值。B+-TreeNodeStructure（節(jié)點結(jié)構(gòu)）P1是指針，指向子節(jié)點（非葉子結(jié)點）或指向統(tǒng)計內(nèi)容（葉子結(jié)點）Kiarethesearch-keyvaluesK1是關(guān)鍵字檢索值B+-Tree中葉子結(jié)點ACIDpropertiesofaTransaction（事務ACID屬性）原子性（Atomicity）：一個事務中全部操作要么全部成功，要么全部失敗。原子性由恢復機制實現(xiàn)。一致性（Consistency）：事務完成后，全部數(shù)據(jù)處于應有狀態(tài)，全部內(nèi)部結(jié)構(gòu)正確，能夠正確反應事務所作工作?；诟綦x性實現(xiàn)。隔離性（Isolation）：一個事務不會干擾另一個事務進程，事務交叉調(diào)度實施結(jié)果和串行調(diào)度實施結(jié)果是一致。隔離性由并發(fā)控制機制實現(xiàn)。持久性（Durability）：事務提交后，對數(shù)據(jù)庫影響是持久，即不會因為系統(tǒng)故障影響事務持久性。持久性由恢復機制實現(xiàn)。事務調(diào)度：事務實