数据库系统原理 概述

DepartmentofInformationManagement

SchoolofInformationEngineering

NanjingUniversityofFinance&Economics数据库系统原理PrinciplesofDatabaseSystem南京财经大学信息工程学院信息管理系第一部分概述如何学习教教材为主结合SQLServer2005和Oracle10g学练习与实践广泛获取资料网络书本几个应用购票取钱购物刷卡选课生产网游…著名计算机厂商MicrosoftIBMOracleSun数据库市场份额根据IDC在2008年发布的统计数据，从2006年166亿美元到2007年的186亿，关系数据库市场增长了12.1%Oracle的关系数据库收入增长13%，达到82亿，市场份额44.1%2006年，Oracle的份额为43.7%IBM的收入增长为13.3%，略高于Oracle，份额居于市场第二位其DB2和Informix系统带来了39.5亿收入，占2007年市场的21.3%微软是三甲之中唯一增长速率低于市场平均水平的厂商，增长率为11.2%，收入34亿，份额18.3%微软18.3的份额比2006年的18.4%略有下降数据库市场份额过去几年内，微软和Oracle在WindowsServer上的数据库市场短兵相接，Oracle提供低价和免费的入门级OracleExpress来打击SQLServer报告指出，Oracle的功能例如DatabaseVault和RealApplicationCluster赢得了数据库用户的青睐IBM保持稳固的位置，在于其DB2系统和同时支持Linux、Windows和Unix主机微软的SQLServer收入增速减缓，部分归咎于不确定的发布时间数据库的地位数据库技术产生于六十年代末，是数据管理的最新技术，是计算机科学的重要分支数据库技术是信息系统的核心和基础，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志例子在众多的计算机应用领域中，有一类重要应用，即数据密集型应用（DataIntensiveApplication）如火车站售票系统，需要处理下列作业：查询座位信息查询出发地和目的地、时间及是否开出查询车票价格和有无情况信息再如商业应用程序，如银行的ATM（AutomatedTellerMachine）例子这些应用都具有以下特点：数据量大数据不随着程序结束而消失，持久数据（PersistentData）数据共享，独立性强多用户访问处理用户可以查询和更新数据库（使用DDL和DML）DDL:DataDefinitionLanguageDML:DataManipulationLanguage现代大型数据库管理系统企业为什么使用大型数据库管理系统除了一般操作，如查询、更新、插入和删除等数据操作和结构定义，区别在于大型数据库管理系统还具有以下特点：适合大规模数据量适合网络多用户访问支持事务管理支持安全性国外著名数据库SQLServerOracleDB2MySQLSybaseInformixPostgreSQLAccessVFP国内著名数据库北京航天神舟软件公司研制的OSCAR对象关系型数据库北京人大金仓信息技术有限公司研制的通用数据库管理系统KingbaseES东软集团研制的数据库管理系统OpenBASE武汉达梦的DM系列1数据管理的发展人工管理阶段（40年代中——50年代中）文件系统阶段（50年代末——60年代中）数据库系统阶段（60年代末——现在）新的趋势数据管理的发展数据管理技术的发展动力应用需求的推动计算机硬件的发展计算机软件的发展1.1人工管理时期40年代中——50年代中产生的背景应用需求科学计算硬件水平：无直接存取存储设备软件水平：没有操作系统处理方式：批处理人工管理特点数据的管理者：应用程序，数据不保存数据面向的对象：某一应用程序数据的共享程度：无共享、冗余度极大数据的独立性：不独立，完全依赖于程序数据的结构化：无结构数据控制能力：应用程序自己控制应用程序与数据的关系（人工管理）应用程序１数据集１应用程序２数据集２应用程序ｎ数据集n...…...…1.2文件系统时期50年代末——60年代中产生的背景应用需求：科学计算、管理硬件水平：磁盘、磁鼓软件水平：有文件系统处理方式：联机实时处理、批处理文件系统受硬件和软件水平限制，解决如何将文件写入外存的问题，但是仍然存在如何将数据写入文件的问题存在的其他具体问题包括：文件格式不统一，信息整体无结构，随意性强，易产生信息冗余（Redundancy）和信息不一致（Inconsistency），用户修改难度大文件结构和应用程序紧密关联，读写依附于应用程序，难以适应维护和扩展的要求，数据的独立性（DataIndependence）差不适合并发访问（ConcurrentAccess），只能单用户访问安全度不高文件系统特点数据的管理者：文件系统，数据可长期保存数据面向的对象：某一应用程序数据的共享程度：共享性差、冗余度大数据的结构化：记录内有结构，整体无结构数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序数据控制能力：应用程序自己控制应用程序与数据的关系（文件系统）应用程序１文件１应用程序２文件2应用程序ｎ文件n存取方法...…...…文件系统中数据的结构记录内有结构数据的结构是靠程序定义和解释的数据只能是定长的可以间接实现数据变长要求，但访问相应数据的应用程序复杂了文件间是独立的，因此数据整体无结构可以间接实现数据整体的有结构，但必须在应用程序中对描述数据间的联系数据的最小存取单位是记录1.3数据库系统时期60年代末以来产生的背景应用背景：大规模管理硬件背景：大容量磁盘软件背景：有数据库管理系统处理方式：联机实时处理，分布处理既解决如何将文件写入外存的问题，也解决如何将数据写入文件的问题，极大减轻用户操作复杂度，用户只需关注高层逻辑问题现阶段的主要应用在于构造商业应用程序数据库系统特点数据的管理者：DBMS数据面向的对象：现实世界数据的共享程度：共享性高数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性数据的结构化：整体结构化数据控制能力：由DBMS统一管理和控制应用程序与数据的关系（数据库系统）DBMS应用程序1应用程序2数据库…数据共享性降低数据的冗余度，节省存储空间避免数据间的不一致性使系统易于扩充数据独立性物理独立性指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变逻辑独立性指用户应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变数据结构化整体数据结构化是数据库主要特征之一数据库中实现的是数据的真正结构化数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释数据可以变长数据的最小存取单位是数据项数据库的其他功能数据安全性（Security）使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据，保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏数据完整性（Integrity）将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系1.4数据库系统的发展层次模型数据库较早著名的基于层次数据模型的商业数据库管理系统是六十年代末由IBM公司推出的IMS（InformationManagementSystem）网状模型数据库较早著名的基于网状数据模型的商业数据库管理系统是1964年由美国通用电气公司Bachman开发的IDS（IntegratedDataStore）系统Bachman由此获得1973年图灵奖在获奖演说中，他称“数据库管理系统的程序员好比导航员带领用户在数据的海洋中航行”，反映了网状模型由于指针的频繁使用导致的复杂结构，数据库管理系统的技巧性强关系模型数据库1970年IBM的Codd提出关系模型，立刻轰动，文章为《ARelationalModelforLargeSharedDataBanks》它有严格的数学基础，抽象级别高。但是人们非常怀疑。在1974年，数据库界还展开了一场由Codd和Bachman的大论战，最终导致关系型数据库管理系统的产生并广泛流行1981年Codd获得图灵奖代表作是IBM的SystemR和加州大学Berkeley分校的Ingres（都于1977年左右）。后来，IBM将SystemR演化为SQL/DS和DB2，Ingres也商业化成功，SystemR中使用的SQL语言也成为标准数据库查询语言关系型仍然存在不足，需要人们进一步的研究改进2数据库管理系统DatabaseManagementSystem数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件DBMS的用途：科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据数据库管理系统的基本结构查询接口模块存储管理模块事务管理模块用户存储器数据库管理系统DBMS的主要功能数据定义功能提供数据定义语言（DDL）定义数据库中的数据对象数据操纵功能提供数据操纵语言（DML）操纵数据实现对数据库的基本操作，如查询、插入、删除和修改数据查询功能提供数据查询语言（DQL）DBMS的主要功能数据库的运行管理保证数据的安全性、完整性多用户对数据的并发使用发生故障后的系统恢复数据库的建立和维护功能数据库数据批量装载数据库转储介质故障恢复数据库的重组织性能监视3数据库系统3.1数据数据（Data）：数据库存储的基本对象数据的定义描述事物的符号记录数据的种类文字、图形、图象、声音数据的特点数据与其语义是不可分的数据学生档案中的学生记录 （李明，男，1983，江苏，计算机系，2002）数据的形式不能完全表达其内容数据的解释语义：学生姓名、性别、出生年月、籍贯、所在系别、入学时间解释：李明是个大学生，1983年出生，江苏人，2002年考入计算机系数据3.2数据库人们收集并抽取出一个应用所需要的大量数据之后，应将其保存起来以供进一步加工处理，进一步抽取有用信息数据库的定义数据库（Database，简称DB）：长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合3.3数据库系统是个统称，由数据库管理系统、数据库和相应的应用程序构成4未来的数据系统面向对象化编程约束和触发（主动性成分）多媒体数据数据库集成（数据仓库，数据挖掘）新的趋势从系统规模来看，DBMS小型化、移动化和通用化的加强