地理信息系统数据库

地理信息系统数据库 分析题 分析题 概念模型设计方面 ER 模型设计 关系模型规范化 逻辑模型层面上的设计 候 选码 范式 sql 语言查询与更新 创建 与空间数据相关 空间数据的存储 逻辑上的 表现形式 三种 主要考察坐标序列法 二进制大对象 空间索引 大致的原理 空间 簇聚 两个方面 簇聚和稀薄曲线 行 列序为主 簇聚 非考试重要内容 非考试重要内容 第六章的安全性控制 数据备份与恢复 第一章 绪论 1 1 数据库的基本概念 四个基本概念 优势体现在数据库结构里 相对于文件存储的优 四个基本概念 优势体现在数据库结构里 相对于文件存储的优 势体现在三种模式和保护功能上 势体现在三种模式和保护功能上 A 数据数据 data 数据库系统处理的对象是数据 数据是指用数字 文字 图形 图像 声音 等符号记录下来的对事物的描述 这里仅指经过数字化存入计算机中的数据 B 数据处理数据处理 data processing 是指从某些已知的数据出发 推导加工出一些新的数据的过 程 C 数据库数据库 database 是长期存储在计算机内 有组织的 统一管理的相关数据的集合 数 据库能为各种用户共享 具有较小冗余度 数据间联系紧密而又有较高的数据独立性等特 点 D 数据库管理系统数据库管理系统 Database Management System 简记为 简记为 DBMS 是位于用户与操作系统之 间的一层数据管理软件 它为用户或应用程序提供访问数据库的方法 包括数据库的建立 查询 更新及各种数据控制 数据库管理系统总是基于某种数据模型 可以分为层次型 网状型 关系型和面向对象型 等 E 数据库系统数据库系统 Database System 简记为 简记为 DBS 数据库系统是实现有组织地 动态地存储大 量关联数据 方便多用户访问的计算机硬件 软件和数据资源组成的系统 即它是采用数 据库技术的计算机系统 数据库系统与文件系统 文件系统是一种先于数据库管理系统出现的数据管理方式 文件系统的主要缺陷是 a 数据冗余与不一致 数据重复存储在多个文件中 b 数据间 的联系弱 不同文件中的数据之间不存在联系 c 数据与程序之间存在依赖性 数据独立 性较差 数据库系统能够对数据进行更有效的管理 a 数据库具有自描述特征 b 有较高的数据 独立性 c 提供了完整性 安全性 数据恢复 并发控制四个方面的数据控制功能 1 2 数据模型 三种模式 视图对应用户模式 三种模式 视图对应用户模式 模式的优势 数据的逻辑 物理 物理存 模式的优势 数据的逻辑 物理 物理存 储变化对数据库结构没有影响 独立性 储变化对数据库结构没有影响 独立性 四个控制对数据的保护功能四个控制对数据的保护功能 1 模型 Model 是对现实世界的抽象 在数据库技术中 我们用数据模型 Data Model 的概 念来描述数据库的结构和语义 对现实世界的数据进行抽象 2 依据抽象层次差异可以将数据模型分为三类 概念数据模型 逻辑数据模型 物理数据 模型 A 概念模型 常见的概念模型有实体 联系模型 扩展实体 联系模型 面向对象模型和谓词模型等 B 逻辑模型 逻辑模型主要有层次 网状 关系和对象模型等四种 层次模型的数据结构是树结构 网状模型的数据结构是有向图 这两种模型的特点是 数据之间的联系用指针来实现 关系模型是用二维表格表示实体集 用关键码表示数据之间的联系 对象模型采用了面向对象技术 用 引用 类似于指针 方式实现了数据之间的嵌套 联系 关系模型是由若干个关系模式组成的集合 关系模式的实例称为关系 每个关系实际 上是一张二维表格 C 物理模型 物理模型是数据库最低层的抽象 它描述数据在磁盘或磁带上的存储方式 文件的结构 存取设备 外存的空间分配 和存取方法 主索引和辅助索引 物理模型是与硬件和软件紧密 相连的 1 3 数据库结构 数据库的三级模式 三级模式是指 DBMS 将数据库中的数据抽象成外模式 模式和内模式三个级别来进行 组织和管理 A 内模式也称物理模式或存储模式 是数据库物理结构和存储方式的描述 是数据在数据 库内部的表示方式 例如数据存储的文件组织方式 索引方式 是否压缩存储等 DBMS 提供内模式定义语言来严格地定义内模式 B 逻辑模式或概念模式 是数据库中全部数据的整体逻辑结构的描述 是所有用户的公共 数据视图 它描述数据库中存储什么数据 以及这些数据间存在什么联系 DBMS 提供逻辑模式定义语言来严格地定义逻辑模式 C 外模式也称子模式或用户模式 是数据库用户 包括应用程序员和最终用户 能够看见 和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述 一般是模式的子集 只描述整个数据库的某 个部分 DBMS 提供用户模式定义语言来严格地定义用户模式 采取三级模式结构的主要意义 一是减少数据冗余 实现数据共享 故而把所有用户的数据进行综合 抽象成一个统 一的数据库模式 二是提高存储效率 改善性能 把全局的数据按照物理组织的最优形式 存放 三级模式实现了对数据的三个抽象层次 它把数据的具体物理组织方式留给物理模式 使用户不必关心数据在计算机中的具体存储实现 1 4 数据库系统的组成 了解 了解 1 5 GIS 数据库概述 第二章 E R 模型及关系模型 两个大题两个大题 特点 1NF 属性值是原子值 2NF 消除了非主属性对候选键的部分函数依赖 3NF 消除了非主属性对候选键的传递函数依赖 BCNF 消除了每一个属性对候选键的传递函数依赖 4NF 消除了非平凡且非函数以来的多值依赖 5NF 消除了不是由超键组成的连接依赖 第三章 SQL 查询和更新查询和更新 3 4 SQL 的数据更新 1 插入 A 插入一行中所有列的值 INSERT INTO employee VALUES 505 朱建强 男 78 12 01 99 03 25 小车驾驶员 2000 null p50 B 插入一行中部分列的值 INSERT INTO employee ecode ename sex bdate wdate job dcode VALUES 308 刘小玲 女 77 11 21 98 08 20 办事员 p31 C 带有子查询的插入 建一个公司各部门平均工资表 CREATE TABLE D Income dcode char 3 avgwage smallint INSERT INTO D Income SELECT dcode avg wage FROM employee GROUP BY dcode 2 删除 A 删除单行 多行记录 把名叫 朱建强 的职工记录从 employee 表中删除 Delete from employe where ename 朱建强 B 删除所有记录 删除公司各部门平均工资表 D INCOME 中的所有记录 Delete from D INCOME C 带有子查询的删除 删除在 销售研究中心 工作的职工记录 Delete from employee where dcode select dcode from department where dname 销售研究中心 3 修改 A 修改单个列的值 把工资低于 2600 元的科员 办事员的工资增加 8 Update employee set wage wage 1 08 Where job in 科员 办事员 and wage 2600 B 修改多个列的值 把职工刘志平调任为科员 工资增加 5 Update employee set job 科员 wage wage 1 05 Where ename 刘志平 C 带有子查询的修改语句 把工资低于所在部门平均工资 90 的职工的奖金增加 100 元 Update employee F set awd awd 100 Where wage记录 块 文件 2 域根据类型占据不同大小空间 A 定长域类型 B 变长域类型 C 二进制大对象类型 BLOB 常用于空间复杂对象的存储 至少可以提供存储管理和事务支持 3 记录由域顺序排列组成 A 定长记录 B 变长记录 含有变长域的记录 4 定长记录文件 文件中所有的记录都具有相同的长度 从而一个块中所有的记录都是等长的 5 变长记录文件 文件中的记录可以有不同的长度 从而一个块中的各个记录可以具有不同的长度 1 定长记录文件 a 删除记录代价高 把被删除记录之后的记录依次移上来 或把文件中最后一个记录填补到被删记录位置 或把被删结点用指针链接起来 b 插入操作较简单 在文件尾插入新记录 或在空闲记录中插入新记录 B 变长记录文件 a 变长记录文件的定长表示法 预留空间 使用长度为最大记录长度的定长记录 对较短记录未使用的空间用特殊的 空值或记录终结符号来填充 使用指针 变长记录用一系列通过指针链接起来的定长记录来表示 b 变长记录文件的字节串表示法 尾标志法 记录长度法 分槽式页结构 2 文件中记录的组织 关系中的各个记录存放在文件中的什么位置 A 堆文件 无序文件 组织 记录没有顺序 一条记录可以放在文件中的任何地方 B 顺序文件组织 记录根据搜索码的值顺序存储 C 散列文件组织 散列函数的计算结果确定记录应存储到文件的哪个块中 D 聚类文件组织 逻辑上相互关联的多个关系中的记录可集中存储在一个文件中 不同关 系中有联系的记录存储在同一个块内 通过降低 I O 次数可极大提供查找速度 5 3 聚簇和空间聚簇 重点 其中空间涉及到两个维 重点 其中空间涉及到两个维 聚簇聚簇 Cluster 是将有关的数据元组集中存放于一个物理块内或若干相邻物理块内或同一柱 面内的数据存储结构 a 搜索码值相近的记录在存储上也相近 表现在磁道和扇区上的相邻 b 降低对于常见的大查询的响应时间 单搜索码值的查找 范围值的查找 降低寻道时间和寻 扇区时间 提高磁盘缓存的命中率 c 目前的商品化 RDBMS 都提供了将一个关系按照一个或几个属性进行聚簇存储的功能 即 提供了聚簇索引的命令 整数 定点数 浮点数 简单数据类型的聚簇 字符串 日期 具有完整的一维全序性质 其值可以排成线性单调序列 和存储 器的线性性质相符 复杂数据类型的聚簇 两维以上的简单数据类型的组合向量 如空间数据 多搜索码的结构 多维数据类型的聚簇方法 a 将高维地址空间映射到一维地址空间 一一对应的映射 保证没有地址遗漏和重复 保持距离的映射 保证高维中相邻的地址也在一维中相邻 b 一一对应的映射容易构造 但保持距离只能近似实现 c 目前提出的映射方法有 Z 序 Z order 格雷码 Gray code 和 Hilbert 曲线等 Z 序 Z order Hilbert 曲线 5 4 索引和空间索引 两种空间索引方式 两种空间索引方式 索引 索引 支持对于所要求的数据进行快速定位的附加的数据结构 每个索引结构有一个特定的搜索码与之关联 索引按一定的方式存储搜索码的值 并将 搜索码与包含该搜索码的记录关联起来 搜索码 搜索码 用于在文件中查找记录的属性或属性集 基本索引结构 非顺序索引非顺序索引 文件记录不按顺序排列 因此每个记录都必须都有一个索引项 稠密索引 定义 索引表中顺序列出所有可能的键值 稠密索引 利用二分查找法查找所需键值 得到所需 记录地址 该方法存取快 且无需记录顺序排列 建立方法 记录按输入的顺序放入数据区 同时软件在索引区建立索引表 待全部数据输完后 软件 自动将索引表排序 维护维护 删除 删除索引项 数据区保留 重新组织文件时消除之 删除数据 索引保留 重新组织文件时消除之 增加 数据放在文件末尾 增加索引项 并排序 修改 查找相应位置 修改记录内容 顺序索引顺序索引 索引基于对搜索码值的一种排序 在索引文件中一般采用每块中最后一个记录的 键值作为索引项 稀疏索引 定义 是一种按照逻辑键值排序的索引文件 是用嵌入索引的手段把顺序文件予以扩充 以加速查 找 记录的物理顺序与索引中键值的顺序是一致的 建立方法 数据按顺序分块存放 块间相临 记录每块的最后记录键值及块的首地址形成索引表 维护 删除 物理删除 逻辑删除 增加 避免移动过多文件 将之暂放于溢出取 重新组织文件时归位 修改 查找相应位置 修改记录内容 索引紧凑 查找速度块 不足 增删较麻烦 多次增删后 文件的空间利用率 存储效率均降低 需要重新组织文件 主索引 主索引 若文件中的记录按照某个搜索码值的顺序来存储 则这个搜索码所对应的索引称 作主索引 或者聚类索引 cluster index 辅助索引 辅助索引 索引对应的搜索码值的顺序与文件记录的存储顺序不一致 也称作非聚集索引 一维搜索码的索引 B 树 多叉树 分支数量受到上下限的限制 B 树 平衡树 子树的层次差受到限制 区别 1 内部节点是否存储实际的搜索码值 2 是否允许顺序索引 分段散列 类似散列表的结构 网格文件 多维索引 四分树 基于树形的结构 R 树 第六章 数据库运行管理 6 4 事务与并发控制 并发控制带来的问题和加锁的解决问题 协议规定 能够解决的问 并发控制带来的问题和加锁的解决问题 协议规定 能够解决的问 题 具体命令不需掌握 题 具体命令不需掌握 1 事务的概念 事务事务 Transaction 是用户定义的一个数据库操作序列 这些操作要么全做 要么全不做 是一个不可分割的工作单位 事务和程序是两个概念 a 在关系数据库中 一个事务可以是一条 SQL 语句 一组 SQL 语句或整个程序 b 一个应用程序通常包含多个事务 c 事务是数据库恢复和并发控制的基本单位 2 事务的特性 a 原子性 Atomicity 一个事务中的所有操作是一个不可分割的逻辑单位 这些操作要么都做 要么都不做 b 一致性 Consistency 事务执行的结果要保持数据库的一致性 应该使数据库从一个一致性 状态变到另一个一致性状态 c 隔离性 Isolation 并发执行的各个事务之间互不干扰 应象各个事务独立执行一样 d 持续性 Durability 一个事务一旦提交 它对数据库中数据的改变就应该是永久性的 接 下来的其他操作或故障不应该对其执行结果有任何影响 3 并发访问可能引起的问题 a 修改丢失 lost update 两个事务读入同一数据并进行修改 其中一个事务提交的结果破坏 了另一个事务的结果而导致其修改丢失 b 不可重复读 unrepeatable read 某一事务读取数据后 另一事务执行更新操作 使前一事 务无法再现前一次读取的结果 c 读 脏 数据 dirty read 一个事务 T1 修改某一数据并将其写回磁盘 另一事务 T2 读取同 一数据后 第一个事务 T1 因某种原因被撤销 T1 修改过的数据恢复到原值 T2 读到的数 据与数据库中的数据不一致 4 排它锁与共享锁 锁是事务并发执行的一种调度和控制手段 在操作前先对操作对象加锁 分排他锁和 共享锁两类 排它锁排它锁 exclusive lock 记作 记作 X 锁锁 又称写锁 一事务 T 对数据 A 加 X 锁后 T 可以对 A 读写 而其他事务不能对 A 做任何操作 包括读写 排它锁保证了事务对数据的独占性 当一个事务对某数据 A 加上 X 锁之后 其他事务就不得在该数据对象上加任何锁 此种锁 是排它的 共享锁共享锁 Sharing lock 记作 记作 S 锁锁 又称读锁 一事务 T 对数据 A 加 S 锁之后 T 可以读 A 但不能写 A 而其他事务可以对 A 加 S 锁但不能加 X 锁 共享锁保证了多个事务都可以 读数据 A 但他们都不能在 T 释放 A 上的 S 锁之前写 A 共享锁与共享锁兼容 而与排他锁不兼容 5 锁协议 在运用 X 锁和 S 锁对数据对象加锁时 还需要约定一些规则 例如申请哪种锁 何时 申请 何时释放等 这些规则称为锁协议 锁协议可以分为三级 一级 二级 三级锁协议 a 一级锁协议 事务 T 在对数据对象 A 修改之前 必须对 A 加 X 锁 直到事务结束 包括 commit 与 rollback 才可以释放加在 A 上的 X 锁 一级锁协议可以防止 修改丢失 所产生的数据不一致性问题 这是因为采用一级锁 协议之后 一事务 T 在对数据 A 做写操作时必须申请 X 锁 直至事务 T 结束 此 X 锁才释 放 这样其他事务在此期间对 A 不能做任何操作 不会出现 修改丢失 问题 在一级锁协议中 如果对数据对象只读不写 就不需要加锁 所以它不能保证可重复 读 不能避免读 脏 数据 b 二级锁协议 二级锁协议 一级锁协议 补充规则 补充规则 事务 T 在读数据对象 A 之前必须先对 A 加 S 锁 T 在读完之后即释放加 在 A 上的 S 锁 二级锁协议包含了一级锁协议内容 因此可以防止丢失修改 同时它还可以防止脏读 这主要是在事务对数据 A 做修改时用 X 锁 做读时用 S 锁 从而防止了脏读 在二级锁