高级数据库系统简介.ppt

高级数据库系统,主讲：张炜 哈工大数据库研究中心,2019/6/17,HIT-DBLAB,2,联系方式,地址 哈工大综合楼 806室 电话ext. 807 Email ,2019/6/17,HIT-DBLAB,3,数据库是40年不衰的活跃研究领域,新的研究领域层出不穷 国际数据库学术刊物与日俱增 数据库国际学术会议方兴未艾 数据库学术论文每年数以千计 数据库管理系统产品丰富多彩 数据库应用海阔天空,2019/6/17,HIT-DBLAB,4,目标,更好的理解和使用目前的商用数据库 Oracle, SQL Server, MySQL,etc 新的应用需要设计和实现新的数据库管理系统 gmail,2019/6/17,HIT-DBLAB,5,目标,学习数据库系统的内部实现 怎样使数据库系统运行得更快、更安全 从不同的系统级别上理解什么将影响数据库应用的性能 了解数据库技术新发展,2019/6/17,HIT-DBLAB,6,课程内容,36学时 第一部分：基本概念回顾 数据库系统概念 关系模型 第二部分：数据库系统实现技术 数据存储 查询处理与优化 事务管理与并发控制,2019/6/17,HIT-DBLAB,7,学时与参考教材,学时：36学时 先修课：数据库系统导论，数据结构 参考教材： 1、Hector Garcia-Molina, Jeffrey D. Ullman, Jennifer Widom.数据库系统实现 2、Hector Garcia-Molina, Jeffrey D. Ullman, Jennifer Widom. 数据库系统全书，岳丽华等译，机械工业出版社，2003.10 3 、李建中、王珊编著 数据库系统原理，电子工业出版社,2019/6/17,HIT-DBLAB,8,第一部分 基本概念回顾,数据库系统简介 关系模型 数据库系统结构,2019/6/17,HIT-DBLAB,9,第一章：数据库系统简介,数据库系统 数据库模式 数据模型 数据库系统结构,2019/6/17,HIT-DBLAB,10,数据库系统概念,数据库 数据库是具有一定结构的、互相之间有一定联系的数据的有序集合。 具有逻辑关系和确定意义的数据集合 为了访问和修改而组织的、在长时期内保存的数据集合 针对明确的应用目标而设计、建立和加载的 表示了现实世界的某些方面 由DBMS统一管理，多用户共享,2019/6/17,HIT-DBLAB,11,数据库系统概念,数据库管理系统DBMS DBMS是一个通用的软件系统，由一组系统程序构成，负责数据库的定义、管理、使用及操作维护。 系统软件 对数据库进行统一管理和控制 数据库系统 数据库系统是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便用户访问的计算机软、硬件和数据资源组成的系统，它包括DB、DBA、DBMS等。 即带有数据库的整个计算机系统，包括硬件、软件、数据、人员,2019/6/17,HIT-DBLAB,12,数据库系统的特点,面向全组织的复杂的数据结构 支持全企业的应用而不是某一个应用 数据反映了客观事物间的本质联系，而不是着眼于面向某个应用，是有结构的数据。这是数据库系统的主要特征之一，与文件系统的根本差别。文件系统只是记录的内部有结构，一个文件的记录之间是个线性序列，记录之间无联系,2019/6/17,HIT-DBLAB,13,数据库系统的特点,数据的冗余度小，易扩充 数据面向整个系统，而不是面向某一应用，数据集中管理，数据共享，因此冗余度小 节省存储空间，减少存取时间，且可避免数据之间的不相容性和不一致性 每个应用选用数据库的一个子集，只要重新选取不同子集或者加上一小部分数据，就可以满足新的应用要求，这就是易扩充性,2019/6/17,HIT-DBLAB,14,学号,姓名,性别,系别,年龄,住址,出身,学位,学分,补贴,教务处,后勤处,学工部,财务处,数据库系统的特点,2019/6/17,HIT-DBLAB,15,数据库系统的特点,具有较高的数据和程序的独立性 把数据库的定义和描述从应用程序中分离出去 数据描述是分级的（全局逻辑、局部逻辑、存储） 数据的存取由系统管理，用户不必考虑存取路径等细节，从而简化了应用程序,2019/6/17,HIT-DBLAB,16,数据库系统的特点,统一的数据控制功能，数据共享程度高 数据的安全性控制（Security） 保护数据以防止不合法的使用所造成的数据泄露和破坏 措施：用户标识与鉴定，存取控制 数据的完整性控制（Integrity） 数据的正确性、有效性、相容性 措施：完整性约束条件定义和检查 并发控制（Concurrency） 对多用户的并发操作加以控制、协调，防止其互相干扰而得到错误的结果并使数据库完整性遭到破坏 措施：封锁,2019/6/17,HIT-DBLAB,17,数据库模式,模式 对以格式化形式组织的数据库的描述和规定的信息集合 数据的抽象，数据的描述,2019/6/17,HIT-DBLAB,18,数据库模式,模式的分级 为了提高数据的物理独立性和逻辑独立性，使数据库的用户观点，即用户看到的数据库，与数据库的物理方面，即实际存储的数据库区分开来，数据库系统的模式是分级的 数据库系统三级模式结构 CODASYL（Conference On Data System Language,美国数据系统语言协商会）提出模式、外模式、存储模式三级模式的概念。三级模式之间有两级映象,2019/6/17,HIT-DBLAB,19,数据库模式,视图抽象 外模式(Sub-Schema) 用户的数据视图 是数据的局部逻辑结构，模式的子集 概念抽象 概念模式(Schema) 所有用户的公共数据视图 是数据库中全体数据的全局逻辑结构和特性的描述 物理抽象 内模式(Storage Schema) 又称存储模式 是数据的物理结构及存储方式,2019/6/17,HIT-DBLAB,20,数据库模式,数据库,内模式,概念模式,外模式2,外模式3,外模式1,应用A,应用B,应用C,应用D,应用E,外模式/概念模式映象逻辑数据独立性,概念模式/内模式映象物理数据独立性,2019/6/17,HIT-DBLAB,21,数据库模式,外模式/概念模式映象 定义某一个外模式和概念模式之间的对应关系，映象定义通常包含在各外模式中 当概念模式改变时，修改外模式/概念模式映象，使外模式保持不变，从而应用程序可以保持不变，称为数据的逻辑独立性 概念模式/内模式映象 定义数据逻辑结构与存储结构之间的对应关系 存储结构改变时，修改概念模式/内模式映象，使概念模式保持不变，从而应用程序可以保持不变，称为数据的物理独立性,2019/6/17,HIT-DBLAB,22,数据库模式,S(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DEGREE),S(S#,SNAME,ADDRESS),教务处,S(S#,SNAME,CREDIT),后勤处,视图,视图,模式,2019/6/17,HIT-DBLAB,23,数据库模式,B(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT),S(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DEGREE),S(S#,SNAME,ADDRESS),教务处,S(S#,SNAME,CREDIT),后勤处,M(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DISSERTATION),视图,视图,视图,模式,模式,2019/6/17,HIT-DBLAB,24,数据模型,数据抽象 数据模型定义 概念数据模型 结构数据模型 示例,2019/6/17,HIT-DBLAB,25,数据抽象,第一级 抽象,现实世界,信息世界 概念模型,机器世界 数据模型,第二级 抽象,事物个体 实体 记录 事物总体 实体集 文件 特征 属性 字段 事物间联系 实体模型 数据模型,认识抽象,转换,2019/6/17,HIT-DBLAB,26,数据模型定义,概念数据模型 按用户的观点来对数据和信息建模 用于组织信息世界的概念，表现从现实世界中抽象出来的事物以及它们之间的联系 这类模型强调其语义表达能力，概念简单、清晰，易于用户理解 它是现实世界到信息世界的抽象，是用户与数据库设计人员之间进行交流的语言 如E-R模型,2019/6/17,HIT-DBLAB,27,数据模型定义,结构数据模型 从计算机实现的观点来对数据建模 是信息世界中的概念和联系在计算机世界中的表示方法 一般有严格的形式化定义，以便于在计算机上实现 如层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型,2019/6/17,HIT-DBLAB,28,概念数据模型E/R,2019/6/17,HIT-DBLAB,29,结构数据模型示例关系模型,学生人事记录表,关系名,关系,元组(行),属性(列),主码,男 女,域,分量,关系模式：学生（学号、姓名、性别、年龄、籍贯）,属性名,用二维表来表示实体及其相互联系,2019/6/17,HIT-DBLAB,30,结构数据模型示例关系模型,优点 简单，表的概念直观、单一，用户易理解 非过程化的数据请求，数据请求可以不指明路径 数据独立性，用户只需提出“做什么”，无须说明“怎么做” 坚实的理论基础,2019/6/17,HIT-DBLAB,31,数据库系统的软硬件层次,2019/6/17,HIT-DBLAB,32,DBMS的层次结构,2019/6/17,HIT-DBLAB,33,DBMS的主要功能,数据库运行管理 并发控制、存取控制、完整性约束条件检查和执行，日志组织和管理，事务管理和自动恢复 数据组织、存储和管理 用户数据、索引、数据字典的组织、存储和管理，包括文件结构、存取方式、数据之间联系的实现等 数据库的建立和维护功能 数据的装入、转换、卸出，数