《數(shù)據(jù)庫概述》課件

數(shù)據(jù)庫概述數(shù)據(jù)庫是組織和存儲數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，為用戶提供高效的訪問和管理功能。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是信息系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，支持各種應用程序和業(yè)務流程。什么是數(shù)據(jù)庫11.有組織的數(shù)據(jù)集合數(shù)據(jù)庫是存儲和管理數(shù)據(jù)的有組織的集合，可用于各種目的。22.存儲在計算機系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫通常存儲在計算機系統(tǒng)中，以便于訪問和維護。33.可供多個用戶訪問數(shù)據(jù)庫通常設(shè)計為可供多個用戶同時訪問，以滿足不同的需求。44.結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通常以結(jié)構(gòu)化的方式存儲，以便于檢索和分析。數(shù)據(jù)庫的特點數(shù)據(jù)持久性數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以長期保存，即使系統(tǒng)重啟也不會丟失。數(shù)據(jù)共享性多個用戶可以同時訪問和操作數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)一致性數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)必須保持一致性，確保數(shù)據(jù)完整性和準確性。數(shù)據(jù)安全性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供多種安全機制，防止數(shù)據(jù)被非法訪問和破壞。數(shù)據(jù)庫的作用數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以有效地組織、存儲和管理大量數(shù)據(jù)，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，方便不同用戶訪問和共享數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析通過數(shù)據(jù)分析工具，可以挖掘數(shù)據(jù)庫中的有價值信息，幫助企業(yè)做出更明智的決策，提高工作效率。應用開發(fā)數(shù)據(jù)庫是各種應用程序的基礎(chǔ)，為各種軟件提供數(shù)據(jù)支持，例如電子商務網(wǎng)站、銀行系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)安全數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以有效地保護數(shù)據(jù)安全，防止數(shù)據(jù)丟失、損壞和非法訪問。數(shù)據(jù)庫的發(fā)展歷程1文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)存儲在獨立文件中，缺乏統(tǒng)一管理。2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段出現(xiàn)了DBMS，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中管理。3關(guān)系數(shù)據(jù)庫階段關(guān)系模型成為主流，簡化數(shù)據(jù)管理。4面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫階段支持復雜數(shù)據(jù)類型和繼承，更靈活。5分布式數(shù)據(jù)庫階段數(shù)據(jù)分布在多個節(jié)點，提高可擴展性。數(shù)據(jù)庫技術(shù)不斷發(fā)展，從簡單的文件管理到現(xiàn)在的分布式系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)管理提供了越來越強大的工具。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是存儲和管理數(shù)據(jù)的集合，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的重要組成部分，包含所有數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）DBMS是管理數(shù)據(jù)庫的軟件系統(tǒng)，負責數(shù)據(jù)的存儲、訪問、更新和維護等操作，是用戶與數(shù)據(jù)庫交互的接口。應用程序應用程序是與數(shù)據(jù)庫進行交互的工具，例如Web應用程序、桌面應用程序等，負責向用戶提供數(shù)據(jù)訪問和操作界面。用戶用戶是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的最終使用者，通過應用程序與數(shù)據(jù)庫交互，進行數(shù)據(jù)查詢、更新、維護等操作。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）定義數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)是一種軟件，用于創(chuàng)建、維護和訪問數(shù)據(jù)庫。功能DBMS提供用戶友好的界面，允許用戶定義、操作和控制數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)管理DBMS管理數(shù)據(jù)存儲、檢索、更新和刪除，確保數(shù)據(jù)完整性和一致性。DBMS的基本功能數(shù)據(jù)定義創(chuàng)建、修改、刪除數(shù)據(jù)庫對象，包括表、視圖、索引等。定義數(shù)據(jù)類型、約束條件，確保數(shù)據(jù)的一致性和完整性。數(shù)據(jù)操縱對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行插入、刪除、修改、查詢等操作。提供數(shù)據(jù)訪問接口，方便用戶進行數(shù)據(jù)管理和應用開發(fā)。數(shù)據(jù)控制管理用戶訪問權(quán)限，控制數(shù)據(jù)安全性和完整性。提供日志記錄、備份恢復功能，保障數(shù)據(jù)可靠性和一致性。數(shù)據(jù)管理監(jiān)控數(shù)據(jù)庫運行狀態(tài)，優(yōu)化性能，解決故障問題。提供數(shù)據(jù)字典、統(tǒng)計分析功能，方便用戶理解和管理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)模型概念模型用圖形方式描述現(xiàn)實世界，提供一個整體的、抽象的、與具體DBMS無關(guān)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計。邏輯模型對概念模型進行形式化描述，轉(zhuǎn)換為DBMS可理解的結(jié)構(gòu)，獨立于具體的DBMS。物理模型將邏輯模型映射到具體DBMS上，描述數(shù)據(jù)在物理存儲器中的組織方式。關(guān)系模型的基本概念11.關(guān)系關(guān)系對應一個二維表，用于存儲數(shù)據(jù)。每個關(guān)系對應一個實體或?qū)嶓w集。22.元組元組是表中的一行，表示一個數(shù)據(jù)實體。33.屬性屬性是表中的一個列，描述數(shù)據(jù)實體的特征。44.域域是指屬性取值范圍的集合。關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型是一種結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)組織方式，基于集合論和關(guān)系代數(shù)的數(shù)學基礎(chǔ)。它將數(shù)據(jù)存儲在表中，每個表包含一個或多個屬性，每個屬性表示一個數(shù)據(jù)項。表中的行代表數(shù)據(jù)記錄，列代表屬性。關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型的特點是數(shù)據(jù)獨立性高、易于理解和維護，廣泛應用于現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的完整性約束實體完整性每個關(guān)系中至少有一個屬性或?qū)傩越M合可以唯一地標識該關(guān)系的每個元組，稱為候選鍵，其中選定一個作為主鍵。參照完整性如果關(guān)系R中的一個屬性或?qū)傩越M（外鍵）引用另一個關(guān)系S中的一個屬性或?qū)傩越M（主鍵），則稱關(guān)系R滿足參照完整性約束。域完整性關(guān)系中每個屬性的值必須取自該屬性的域，確保數(shù)據(jù)的類型和取值范圍符合預定規(guī)則。數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟1需求分析確定用戶需求，收集數(shù)據(jù)，了解業(yè)務流程，定義數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)。2概念設(shè)計建立概念模型，將需求轉(zhuǎn)化為抽象的實體和關(guān)系，定義數(shù)據(jù)模型，并進行邏輯設(shè)計。3邏輯設(shè)計將概念模型轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)據(jù)庫模式，選擇合適的數(shù)據(jù)模型，定義表結(jié)構(gòu)、字段類型和約束。4物理設(shè)計根據(jù)邏輯設(shè)計，確定數(shù)據(jù)庫的物理存儲結(jié)構(gòu)，選擇合適的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫性能。5數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)根據(jù)物理設(shè)計，使用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，導入數(shù)據(jù)，進行測試和調(diào)試。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分層式體系結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)劃分為多個層次，每個層次完成特定的功能。網(wǎng)狀式體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)之間以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)連接，可以實現(xiàn)復雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系?？蛻舳?服務器體系結(jié)構(gòu)客戶端負責用戶操作，服務器負責數(shù)據(jù)庫管理，兩者通過網(wǎng)絡(luò)連接。分布式數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)庫分布在不同的計算機系統(tǒng)中，提高性能和可擴展性。層次式體系結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)特點層次式數(shù)據(jù)庫模型將數(shù)據(jù)組織成樹狀結(jié)構(gòu)。它采用了一種自頂向下的結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)按等級組織，每個級別代表不同的數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)按照層次結(jié)構(gòu)組織，父節(jié)點包含子節(jié)點，形成樹形結(jié)構(gòu)，例如：一個部門包含多個員工，每個員工可以擁有不同的技能。網(wǎng)狀式體系結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)的擴展網(wǎng)狀模型是一種更復雜的數(shù)據(jù)模型，它允許一個記錄可以有多個父記錄，形成一個復雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。復雜的數(shù)據(jù)關(guān)系這種結(jié)構(gòu)可以表達更復雜的數(shù)據(jù)關(guān)系，但同時也增加了數(shù)據(jù)的冗余和維護的復雜度。數(shù)據(jù)依賴性網(wǎng)狀模型中的數(shù)據(jù)具有高度的依賴性，如果一個記錄被刪除，可能會影響到其他相關(guān)記錄。示例早期的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如IMS和IDMS，使用了網(wǎng)狀模型?？蛻舳?服務器體系結(jié)構(gòu)客戶端負責向服務器發(fā)送請求，并接收服務器的響應。服務器負責處理客戶端的請求，并返回響應。網(wǎng)絡(luò)連接客戶端和服務器之間通過網(wǎng)絡(luò)連接進行通信。分布式數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分片將數(shù)據(jù)分成多個獨立的碎片，并將其存儲在不同的服務器上。數(shù)據(jù)復制將數(shù)據(jù)復制到多個服務器上，以確保數(shù)據(jù)的可靠性和可用性。分布式事務跨多個節(jié)點協(xié)調(diào)多個操作，確保數(shù)據(jù)一致性。數(shù)據(jù)庫安全性數(shù)據(jù)完整性確保數(shù)據(jù)準確、一致且不受破壞。數(shù)據(jù)機密性防止未經(jīng)授權(quán)訪問敏感信息。數(shù)據(jù)可用性保證數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)對授權(quán)用戶始終可用。數(shù)據(jù)完整性防止惡意攻擊和意外數(shù)據(jù)丟失。數(shù)據(jù)備份與恢復數(shù)據(jù)備份定期備份數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，以防止數(shù)據(jù)丟失或損壞。備份可以是完整備份、增量備份或差異備份。備份策略制定合理的備份策略，包括備份頻率、備份類型、備份存儲位置等，確保數(shù)據(jù)安全和可恢復性。數(shù)據(jù)恢復當數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障時，使用備份數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)恢復，恢復到故障前的狀態(tài)?；謴头椒òㄍ耆謴?、增量恢復和差異恢復。測試恢復定期進行數(shù)據(jù)恢復測試，驗證備份數(shù)據(jù)的有效性和恢復方法的可行性，確保數(shù)據(jù)恢復過程的順利進行。數(shù)據(jù)庫事務原子性事務是一個不可分割的工作單位。事務中的所有操作必須全部成功執(zhí)行，否則全部失敗。一致性事務必須保證數(shù)據(jù)庫從一個一致性狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個一致性狀態(tài)。事務執(zhí)行前后的數(shù)據(jù)必須滿足數(shù)據(jù)庫的完整性約束。隔離性多個事務并發(fā)執(zhí)行時，相互之間不能看到對方正在進行的操作的結(jié)果，防止數(shù)據(jù)不一致。持久性事務一旦提交，其對數(shù)據(jù)庫的改變就是永久性的，即使出現(xiàn)系統(tǒng)故障也不會丟失。并發(fā)控制多用戶訪問多個用戶可能同時訪問數(shù)據(jù)庫，并對數(shù)據(jù)進行修改。數(shù)據(jù)一致性并發(fā)訪問可能會導致數(shù)據(jù)不一致，需要保證數(shù)據(jù)的一致性。事務隔離并發(fā)控制機制通過事務隔離來確保數(shù)據(jù)的一致性。數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化索引優(yōu)化索引可以加快數(shù)據(jù)查詢速度，合理使用索引，可以提高數(shù)據(jù)庫性能。建立索引需要占用磁盤空間，索引過多會降低插入、刪除和更新操作的性能。查詢優(yōu)化優(yōu)化查詢語句，避免使用模糊查詢，盡量使用索引查詢，提高查詢效率。使用存儲過程和函數(shù)，可以減少數(shù)據(jù)庫服務器的解析負擔，提高查詢速度。數(shù)據(jù)庫訪問語言定義數(shù)據(jù)庫訪問語言是用戶與數(shù)據(jù)庫進行交互的語言，用于創(chuàng)建、修改、查詢和管理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。作用它允許用戶以結(jié)構(gòu)化的方式訪問和操作數(shù)據(jù)庫，使數(shù)據(jù)管理變得更加高效、規(guī)范和可靠。類型常見的數(shù)據(jù)庫訪問語言包括SQL、NoSQL等，每種語言都有其特點和適用場景。SQL語言概述1結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL是一種結(jié)構(gòu)化查詢語言，用于訪問和操作數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。2標準化語言SQL是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中用于執(zhí)行查詢、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)定義和其他管理任務的標準語言。3廣泛應用SQL被廣泛應用于各種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，包括Oracle、MySQL、PostgreSQL等。4關(guān)鍵功能SQL允許用戶檢索、插入、更新和刪除數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，以及創(chuàng)建、修改和刪除數(shù)據(jù)庫對象。SQL語句的分類數(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，例如表、視圖、索引等。數(shù)據(jù)操縱語言（DML）用于對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行增、刪、改、查等操作。數(shù)據(jù)控制語言（DCL）用于管理數(shù)據(jù)庫的訪問權(quán)限，包括用戶、角色、權(quán)限的授予和撤銷。數(shù)據(jù)查詢語言（DQL）用于從數(shù)據(jù)庫中檢索數(shù)據(jù)，提供各種條件查詢和數(shù)據(jù)篩選功能。數(shù)據(jù)定義語言（DDL）11.創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫使用CREATEDATABASE語句創(chuàng)建一個新的數(shù)據(jù)庫，指定數(shù)據(jù)庫名稱和其他相關(guān)屬性。22.創(chuàng)建表使用CREATETABLE語句定義表結(jié)構(gòu)，包括列名、數(shù)據(jù)類型、約束等。33.修改表結(jié)構(gòu)使用ALTERTABLE語句修改已有表的結(jié)構(gòu)，例如添加或刪除列、修改數(shù)據(jù)類型、添加約束等。44.刪除表使用DROPTABLE語句刪除指定的表及其所有數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)操縱語言（DML）DML功能DML用于對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行增、刪、改、查操作。常見的DML語句包括INSERT、DELETE、UPDATE和SELECT。數(shù)據(jù)操作INSERT語句用于向數(shù)據(jù)表中插入新的數(shù)據(jù)記錄。DELETE語句用于從數(shù)據(jù)表中刪除數(shù)據(jù)記錄。UPDATE語句用于修改數(shù)據(jù)表中已有記錄的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)控制語言（DCL）權(quán)限管理DCL用于控制用戶對數(shù)據(jù)庫的訪問權(quán)限，包括創(chuàng)建用戶、刪除用戶、授予權(quán)限和撤銷權(quán)限。數(shù)據(jù)完整性DCL保證數(shù)據(jù)完整性，防止惡意操作和數(shù)據(jù)丟失，維護數(shù)據(jù)庫的安全性和可靠性。事