《chap數(shù)據(jù)庫存儲》課件

數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)庫存儲是現(xiàn)代應(yīng)用的關(guān)鍵要素，它負(fù)責(zé)管理和組織數(shù)據(jù)，并確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。課程大綱數(shù)據(jù)模型概述介紹數(shù)據(jù)模型的概念、類型和作用，包括關(guān)系模型、層次模型、網(wǎng)狀模型等。關(guān)系數(shù)據(jù)模型深入講解關(guān)系數(shù)據(jù)模型的基本概念，包括關(guān)系、元組、屬性、鍵等。關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算介紹關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算，并講解其在數(shù)據(jù)庫查詢中的應(yīng)用。SQL語言介紹介紹SQL語言的基本語法和常用語句，并講解其在數(shù)據(jù)庫操作中的應(yīng)用。數(shù)據(jù)模型概述數(shù)據(jù)模型是描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)之間關(guān)系的一種抽象方法。它為數(shù)據(jù)庫設(shè)計和實現(xiàn)提供藍圖，幫助理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和語義。常見數(shù)據(jù)模型包括關(guān)系模型、層次模型、網(wǎng)狀模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷取ｊP(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系模型簡介關(guān)系模型是當(dāng)前最流行的數(shù)據(jù)模型之一。它基于集合論和數(shù)學(xué)理論，提供一種結(jié)構(gòu)化的方法來存儲和管理數(shù)據(jù)。關(guān)系模型特點數(shù)據(jù)以表格形式組織，稱為關(guān)系。關(guān)系具有行（元組）和列（屬性）的結(jié)構(gòu)。關(guān)系模型的優(yōu)點包括數(shù)據(jù)的一致性和完整性，以及易于理解和操作。關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算關(guān)系代數(shù)是基于集合論的數(shù)學(xué)模型，它提供了一組運算符，用于對關(guān)系數(shù)據(jù)進行操作和查詢。關(guān)系演算是基于謂詞邏輯的一種數(shù)據(jù)查詢語言，它利用邏輯表達式來描述查詢條件。1關(guān)系演算邏輯表達式2關(guān)系代數(shù)集合運算3數(shù)據(jù)查詢提取信息關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算都是重要的理論基礎(chǔ)，它們奠定了關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為數(shù)據(jù)查詢和操作提供了強大的理論支撐。SQL語言介紹1結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL是一種用于訪問和管理數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)化語言。2數(shù)據(jù)定義語言DDL用于創(chuàng)建、修改和刪除數(shù)據(jù)庫對象。3數(shù)據(jù)操縱語言DML用于插入、更新和刪除數(shù)據(jù)。4數(shù)據(jù)控制語言DCL用于控制對數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限。SQL數(shù)據(jù)定義語言創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫和表定義數(shù)據(jù)庫名稱、表名、字段名、數(shù)據(jù)類型、約束等信息。修改數(shù)據(jù)庫和表修改表結(jié)構(gòu)、字段類型、約束條件等。刪除數(shù)據(jù)庫和表刪除數(shù)據(jù)庫或表中的所有數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)。其他DDL語句創(chuàng)建索引、視圖、存儲過程等其他數(shù)據(jù)庫對象。SQL數(shù)據(jù)操縱語言數(shù)據(jù)插入INSERT語句用于將新數(shù)據(jù)行插入數(shù)據(jù)庫表中。數(shù)據(jù)更新UPDATE語句用于修改數(shù)據(jù)庫表中已有數(shù)據(jù)行的值。數(shù)據(jù)刪除DELETE語句用于從數(shù)據(jù)庫表中刪除數(shù)據(jù)行。數(shù)據(jù)查詢SELECT語句用于從數(shù)據(jù)庫表中檢索數(shù)據(jù)。SQL數(shù)據(jù)控制語言數(shù)據(jù)訪問控制控制用戶訪問權(quán)限和數(shù)據(jù)操作權(quán)限，確保數(shù)據(jù)安全。數(shù)據(jù)完整性約束使用約束規(guī)則來保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性，防止無效數(shù)據(jù)的輸入。數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)定期備份數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)丟失時能夠快速恢復(fù)。索引機制索引是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)用于快速查找數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。它類似于書籍的目錄，幫助我們快速定位到想要的信息。索引可以有效提升查詢性能，尤其是在大型數(shù)據(jù)庫中。通過創(chuàng)建索引，我們可以避免掃描整個數(shù)據(jù)表，從而提高效率。B樹和B+樹索引B樹B樹是一種平衡的多路搜索樹，適合磁盤存儲。它能夠快速查找、插入和刪除數(shù)據(jù)。B樹的每個節(jié)點可以包含多個數(shù)據(jù)項和子節(jié)點指針，它將數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)部節(jié)點中，葉子節(jié)點存儲實際數(shù)據(jù)。B+樹B+樹是在B樹基礎(chǔ)上改進的樹結(jié)構(gòu)，它將所有數(shù)據(jù)都存儲在葉子節(jié)點中，內(nèi)部節(jié)點僅包含索引信息。B+樹更適合用于范圍查詢，因為葉子節(jié)點之間是順序排列的，可以有效地遍歷范圍數(shù)據(jù)。哈希索引哈希函數(shù)哈希函數(shù)將鍵值映射到哈希表中的特定位置。鍵值查找直接根據(jù)哈希值定位數(shù)據(jù)，無需逐一比較。沖突處理當(dāng)多個鍵值映射到相同位置時，需要采用沖突解決策略。聚簇索引和非聚簇索引聚簇索引數(shù)據(jù)物理存儲順序與索引順序一致，主鍵索引通常為聚簇索引。非聚簇索引索引數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)存儲位置不同，指向?qū)嶋H數(shù)據(jù)地址，可以包含多個非聚簇索引。兩種索引區(qū)別聚簇索引只允許一個，非聚簇索引可以有多個，聚簇索引查詢速度快，非聚簇索引查詢速度較慢。數(shù)據(jù)庫事務(wù)概述數(shù)據(jù)庫事務(wù)是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)中執(zhí)行的一系列操作的邏輯單元。事務(wù)是數(shù)據(jù)庫的基本單元，它是一個不可分割的工作單位，要么全部成功，要么全部失敗。事務(wù)的原子性、一致性、隔離性和持久性(ACID)保證了數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的一致性和完整性。事務(wù)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中確保數(shù)據(jù)一致性和完整性的關(guān)鍵概念。ACID特性1原子性事務(wù)中所有操作要么全部成功，要么全部失敗。2一致性事務(wù)執(zhí)行完成后，數(shù)據(jù)庫狀態(tài)保持一致。3隔離性并發(fā)事務(wù)之間相互隔離，互不影響。4持久性事務(wù)提交后，數(shù)據(jù)修改永久保存。并發(fā)控制機制鎖機制鎖機制是并發(fā)控制的核心。它保證了在同一時間只有一個事務(wù)可以訪問共享資源。時間戳排序時間戳排序利用每個事務(wù)開始和結(jié)束的時間戳來確定事務(wù)的執(zhí)行順序。多版本并發(fā)控制(MVCC)MVCC允許多個事務(wù)同時訪問數(shù)據(jù)，即使數(shù)據(jù)正在被其他事務(wù)修改。死鎖問題及解決1定義多個事務(wù)相互等待對方釋放資源，導(dǎo)致所有事務(wù)都無法繼續(xù)執(zhí)行。2原因競爭資源不合理的事務(wù)調(diào)度3解決方法死鎖預(yù)防死鎖檢測與恢復(fù)恢復(fù)機制概述數(shù)據(jù)庫恢復(fù)是指在系統(tǒng)故障或人為錯誤導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失后，將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到一致性狀態(tài)的過程。恢復(fù)機制是保證數(shù)據(jù)安全和完整性的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）通常提供以下恢復(fù)機制：日志文件、備份、檢查點。日志文件記錄數(shù)據(jù)庫操作的順序，例如插入、刪除、更新等。備份是定期創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的副本。檢查點是在特定時間點創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫狀態(tài)的快照。這些機制協(xié)同工作以實現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)。備份與恢復(fù)策略定期備份定期備份數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)丟失，可采用全備份、增量備份等策略。異地備份將數(shù)據(jù)備份到遠離主數(shù)據(jù)中心的異地，提高數(shù)據(jù)安全性和可靠性。恢復(fù)測試定期進行數(shù)據(jù)恢復(fù)測試，驗證備份數(shù)據(jù)的完整性和可恢復(fù)性。并行處理技術(shù)11.并行處理概述并行處理是指同時執(zhí)行多個任務(wù)或操作，以提高效率和速度。22.并行處理類型常見的類型包括數(shù)據(jù)并行、任務(wù)并行和流水線并行。33.并行處理優(yōu)勢可以提高系統(tǒng)吞吐量，降低延遲，增強可擴展性。44.并行處理挑戰(zhàn)需要解決數(shù)據(jù)分割、任務(wù)分配、同步和通信等問題。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將數(shù)據(jù)分布在多個節(jié)點上。它能提高性能，可用性和擴展性，并支持大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。常見類型包括：水平分割，垂直分割和復(fù)制數(shù)據(jù)庫。NoSQL數(shù)據(jù)庫非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫NoSQL數(shù)據(jù)庫是不同于傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的一種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。它具有靈活的結(jié)構(gòu)，可用于存儲各種類型的數(shù)據(jù)，例如文檔、圖形和時間序列數(shù)據(jù)。優(yōu)勢高可擴展性高性能數(shù)據(jù)模型靈活應(yīng)用場景適用于高并發(fā)、海量數(shù)據(jù)存儲和處理的場景，例如社交媒體、電子商務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。云數(shù)據(jù)庫服務(wù)彈性擴展按需調(diào)整資源，滿足業(yè)務(wù)需求。安全保障數(shù)據(jù)加密，訪問控制，防止數(shù)據(jù)泄露。數(shù)據(jù)備份自動備份，快速恢復(fù)，保障數(shù)據(jù)安全。大數(shù)據(jù)時代的數(shù)據(jù)庫大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)量激增，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫難以應(yīng)對。新型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)運而生，例如NoSQL數(shù)據(jù)庫、分布式數(shù)據(jù)庫等，提供高擴展性、高可用性、低延遲等優(yōu)勢。同時，云數(shù)據(jù)庫服務(wù)成為主流，提供彈性擴展和便捷管理。數(shù)據(jù)庫安全性11.訪問控制控制用戶訪問數(shù)據(jù)庫資源的權(quán)限，確保敏感信息安全。22.數(shù)據(jù)加密使用加密算法保護敏感數(shù)據(jù)，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。33.審計跟蹤記錄數(shù)據(jù)庫操作，方便追溯和安全分析。44.漏洞修復(fù)及時更新數(shù)據(jù)庫軟件和系統(tǒng)，修復(fù)安全漏洞，提高安全性。數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化索引優(yōu)化選擇合適的索引類型和索引策略，提高數(shù)據(jù)檢索效率。查詢優(yōu)化使用高效的查詢語句，避免低效的查詢模式，優(yōu)化查詢計劃。硬件優(yōu)化選擇合適的硬件配置，例如內(nèi)存、磁盤和網(wǎng)絡(luò)，提高數(shù)據(jù)庫性能。數(shù)據(jù)庫調(diào)優(yōu)調(diào)整數(shù)據(jù)庫參數(shù)，例如緩存大小、連接池和事務(wù)隔離級別，提高數(shù)據(jù)庫效率。數(shù)據(jù)庫發(fā)展趨勢云原生數(shù)據(jù)庫云計算正在改變數(shù)據(jù)管理方式。云原生數(shù)據(jù)庫提供可擴展性、彈性和成本效益，適應(yīng)快速變化