数据库原理24学时英教ppt课件

.,基本概念数据库的概念数据库管理系统的概念和功能数据库系统的概念和组成数据管理技术的发展数据模型概念模型及E-R图表示方法数据模型的三大要素数据库领域中常用的数据模型关系模型的数据结构、主要操作、完整性约束数据库系统结构数据库的三级模式结构(体系结构)数据独立性的概念及实现,.,关系数据库关系数据结构及形式化定义域、笛卡尔积、关系、主码、外码、关系模式关系代数运算符使用关系代数描述用户查询SQL语言SQL语言的特点SQL命令及使用关系数据理论函数依赖等基本概念1NF、2NF、3NF、BCNF的定义和判断关系模式设计不好可能出现的问题,.,数据库设计设计E-R图，并转换为关系模式事务事务的概念及特性数据库恢复数据库恢复机制的功能故障种类及对数据库可能造成的影响恢复的实现技术（备份+日志）并发控制并发控制机制的功能并发调度的可串行性的定义封锁的概念数据库安全性的概念及安全控制技术,.,BasicNotions,Database(DB)Inessence,itsnothingmorethanacollectionofinformationthatexistsoveralongperiodoftime.Incommonparlance,itreferstoacollectionofdatamanagedbyadatabasemanagementsystem(DBMS)orjustdatabasesystem(DBS).,.,DBMS,DatabaseManagementSystem(DBMS)Acollectionofprogramsthatenablesyoutostore,modify,andextractinformationfromadatabase.TherearemanydifferenttypesofDBMSs,suchasOracle,Sybase,SQLServer2000,MySQL,Access,.,BasicfunctionsofDBMS,DatadefinitionDatamanipulationOperationmanagementofDBCreationandmaintenanceofDB,.,DatabaseSystem(DBS),Include：DB,DBMS,DevelopmentTools,DBapplications,DBAdministrator(DBA)andusers,.,DatabaseAdministrator,DBAPersonwhoisresponsibleformanagementandmaintenanceofDB.具体任务决定数据库中信息内容和结构存储结构和存取方式定义定义数据的安全性和完整性约束条件改进和重构数据库系统监控数据库的使用和运行,.,HistoryofDatamanagement,FilesystemsProblems:limitedsupporttodefinitionofdataschema,nodirectlysupporttoDML(DataManipulateLanguage),nosupporttoefficientconcurrent,secureaccessetc.EarlyDBMSEvolvedfromfilesystems.Basedonhierarchicalmodelandnetworkmodel.Problems:nosupporttohigh-levelquerylanguages.RelationalDBMSDataorganizedastablescalledrelations.userwontbeconcernedwiththestoragestructure,andqueriesareexpressedinaveryhigh-levellanguage(SQL).TodayusedinmostDBMSs.,.,ArchitectureofDBS,ThreeSchemaArchitectureofDBS(三级模式结构)ExternalSchema(外模式):oruserschemaDefinesoneviewofthedataasseenbyaspecificsetofapplicationorendusers.TheremaybemanyexternalschemasinaDB.Schema(模式):conceptualschema,logicalschemaDefinesdatafromperspectivesystemsdesigner;IndependentofenduserseveryEx-SchemahasanEx-Schema/SchemaReflection.WhenSchemachanges,DBAchangestheEx-Schema/Schemareflections,soapplicationprogramsneedntbeenchanged.PhysicalIndependence(物理独立性)ViaReflectionofSchema/InternalSchemaSchema/InternalSchemaReflectionisunique.WhenInternalSchemachanges,DBAchangestheSchema/InternalSchemaReflection,soapplicationprogramsneedntbeenchanged.,.,AbstractionandModeling,Twostepsoftheabstractionandmodeling:Theobjectiveobjectsintherealworldisabstractedtoaconceptmodel(概念模型).Conceptmodelisconvertedtoadatamodel(数据模型)thatsupportedbysomeDBMS.,.,Conceptmodel,Alsocalledinformationmodel.Modelingdatafromtheviewpointofusers.Mainlyusedforadatabasedesign.UsuallyrepresentedbyEntity-Relationshipdiagrams.,.,Modelingdatafromtheviewpointofcomputer.MainlyusedforaDBMSrealization.Traditionaldatamodels(常用的数据模型)HierarchicalModelNetworkModelRelationalModelMainfactorsofthedatamodel(数据模型的组成要素)DatastructureDataoperationIntegrityconstraints,Datamodel,.,数据模型的组成要素,数据结构指所研究数据集合及数据间的联系数据操作允许对数据执行的操作及有关的操作规则，如检索，插入、删除、修改等数据的约束条件一组数据及其联系所具有的制约规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容,.,E/RDiagrams,Entityset(实体集)，用矩形框表示.Attribute(属性)，用椭圆表示Key(码)，用下划线表示Relationship(联系)，用菱形表示两个实体集间的：1:1,1:n和m:n多个实体集间的联系同一实体集内的联系,.,RelationalModel,Relation(关系)：atwo-dimensionaltable.Attributes(属性)：namesforthecolumnsoftherelation.Schema(关系模式)：nameofarelationandthesetofattributesforarelation,forexampleTuples(元组)：Therowsofarelation,.,关系的完整性,实体完整性参照完整性用户定义完整性实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的，被称作关系的不变性，由关系数据库系统自动支持,.,实体完整性规则：若属性A是基本关系R的主属性，则属性A不能取空值外码：设F是参照关系R的一个或一组属性，但不是R的码，若F与被参照关系S的主码相对应，则称F是R的外码参照完整性规则：参照关系R中每个元组在外码F上的值必须取空值或者等于S中某个元组的主码值用户定义完整性规则：用户定义的、具体应用中的数据必须满足的约束条件,.,E-R图向关系模型的转换原则,一个实体转换为一个关系模式，实体的属性就是关系的属性，实体的码就是关系的码对实体间的联系一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意对应的关系模式合并一个1:n联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与n端对应的关系模式合并一个m:n联系转换为一个关系模式三个或三个以上实体间的一个多元联系可以转换为一个关系模式具有相同码的关系模式可以合并,.,FunctionalDependencies,FunctionalDependency(函数依赖)X-AisanassertionaboutarelationRthatwhenevertwotuplesofRagreeonalltheattributesofX,thentheymustalsoagreeontheattributeA.Full(完全)&Partly(部分)FunctionalDependencyInrelationR,ifX-Y,andanysubsetofX,X-Y,sayYfullfunctionaldependencytoX,thatX-FY.OtherwiseX-PY,YispartlyfunctiondependencytoX.Transitive(传递)FunctionalDependenciestheFDsA-BandB-CbothholdforR.CissaidtodependonAtransitively,viaB,.,Anomalies(异常)Problemoccurwhenwetrytocramtoomuchintoasinglerelationarecalledanomalies.Redundancy:Informationmayberepeatedunnecessarilyinseveraltuples.InsertionAnomalies:Tupleinsertionmaybefailedduetolacksomeotherinformationinthecurrentdatabase.DeletionAnomalies:Ifasetofvaluesbecomesempty,wemayloseotherinformationasasideeffect.UpdateAnomalies:Wemaychangeinformationinonetuplebutleavethesameinformationunchangedinanother.,.,NormalizationProcedurefordatabaseschemadesignThesuccessivereductionofagivencollectionofrelationschematosomemoredesirableform.,.,1NFArelationRisin1NFifandonlyif,everytuplecontainsexactlyonevalueforeachattributes.RelationsinRelationaldatabasealwaysin1NF.,.,2NFArelationRisin2NFifandonlyif:itisin1NFandeverynon-keyattributesisfullfunctionaldependencyontheprimarykey.Example:IfinrelationR(A,B,C),existingfunctionaldependencies(A,B)-C,A-C,B-C,so(A,B)-FCandRisin2NF,.,3NFArelationRisin3NFif:itisin2NFandthereisnotransitivefunctionaldependencyexisted.Example:IfinrelationR(A,B,C),existingfunctionaldependenciesA-BandB-C,thenRisnot3NF.,.,BCNFWesayarelationRisinBCNFif:wheneverX-AisanontrivialFDandXisasuperkey.NontrivialmeansAisnotamemberofsetX.Superkeyisanysupersetofakey(notnecessarilyapropersuperset).,.,RelationalAlgebra(关系代数),Union,intersection,anddifference.Usualsetoperations,butrequirebothoperandshavethesamerelationschema.Selection:pickingcertainrows.Projection:pickingcertaincolumns.Productsandjoins:compositionsofrelations.,.,Operators,.,SQL,SQLisavery-high-levellanguage.Say“whattodo”ratherthan“howtodoit.”Avoidalotofdata-manipulationdetailsneededinprocedurallanguageslikeC+orJava.UsageSELECTDISTINCT,LIKE,IN,OrderBy,GroupBySUM,MAX,MIN,COUNT,ANY,ALLINSERT,DELETE,UPDATECREATE(RELATION,INDEX,VIEW)DROP,ALTERGRANT,REVOKE,.,Transactions（事务）,Atransactionisacollectionofoneormoreoperationsonthedatabasethatmustbeexecutedatomically,thatis,eitheralloperationsareperformedornoneare.,事务用户定义的一个对数据库读写操作序列一个不可分割的工作单位,.,ACIDTransactions,ADBMSisexpectedtosupport“ACIDtransactions,”whichare:Atomic:Allornoneisdone.Consistent:Databaseconstraintsarepreserved.Isolated:Itappearstotheuserasifonlyoneprocessexecutesatatime.Durable:Effectsofaprocessdonotgetlostifthesystemcrashes.,.,事务的性质(ACID特性）,原子性(Atomicity)事务中的操作要么都做，要么都不做(AllorNone)一致性(Consistency)事务执行的结果必须使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态与原子性密切相关隔离性(Isolation)并发执行的各事务不能相互干扰持续性/永久性(Durability)事务一旦提交，它对数据库的更新不再受后继操作或故障的影响DBMS中事务处理必须保证其ACID特性，这样才能保证数据库中数据的安全和正确,.,SQL语言中定义事务的语句,SQL定义事务的语句Begintransaction(事务开始)Commit(事务提交，将更新结果写入磁盘)Rollback(事务回滚，撤销事务中所有已完成的更新),.,DBMS中的事务管理,事务是恢复和并发控制的基本单位事务在运行过程中因某种故障被强行终止，数据库一致性被破坏，需进行恢复；多个事务并行运行时，不同事务的各种操作交叉进行，为保证各事务的执行互不干扰，需进行并发控制,.,数据库恢复机制的功能,当系统运行过程中发生故障时，数据库恢复技术将数据库从错误状态恢复到某个一致状态，它是数据库可靠性的保证。,.,故障的种类,事务内部故障事务在运行至正常终止点(commit或rollback)前被终止包括能由事务所在程序处理的，如条件不满足等不能由事务所在程序处理的，如运算溢出等系统故障(system)系统重启、OS故障、DBMS代码错误、掉电等介质故障(medium)磁盘损坏等计算机病毒(virus),.,各类故障对数据库的可能