2024年度数据库系统原理(含答案)资料讲解x

数据库系统原理(含答案)资料讲解x2024/3/241数据库系统概述数据模型与数据库设计关系数据库标准语言SQL数据库安全性与完整性保护数据库恢复技术与并发控制数据库管理系统介绍与选型建议2024/3/242数据库系统概述012024/3/243数据结构化数据库中的数据按照一定的数据模型组织、描述和存储，具有较高的结构化程度。数据库定义数据库是一个长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的、统一管理的大量数据的集合。数据共享性高数据库中的数据可以被多个用户、多个应用程序共享使用，避免了数据冗余和不一致性。数据可控性数据库管理系统提供了数据保护、数据完整性检查、并发控制等手段，保证了数据的可控性。数据独立性高数据库中的数据独立于应用程序，即数据的逻辑结构和存储结构分离，使得数据的定义和描述可以从应用程序中分离出来。数据库定义与特点2024/3/244层次数据库和网状数据库01早期的数据库系统主要采用层次和网状数据模型，如IBM的IMS和CODASYL的DBTG等。关系数据库02关系数据库是目前应用最广泛的数据库，它以二维表格的形式存储数据，具有严格的数学理论基础和简洁的数据操作语言。非关系型数据库03随着互联网的发展，非关系型数据库如NoSQL数据库逐渐兴起，它们主要针对关系型数据库在扩展性、灵活性和性能等方面的不足进行了改进。数据库技术发展历程2024/3/245数据库系统组成数据库系统通常由数据库、数据库管理系统（DBMS）、应用程序和数据库管理员（DBA）等组成。数据库系统结构数据库系统的结构通常包括外模式、模式和内模式三级模式结构，以及外模式/模式映像和模式/内模式映像两层映像结构。这种结构保证了数据的独立性、安全性和完整性。数据库系统组成与结构2024/3/246数据模型与数据库设计022024/3/247数据模型概念数据模型是对现实世界数据特征的抽象，用于描述数据、数据联系以及数据操作等。它是数据库系统的核心和基础。数据模型分类根据数据结构的复杂性和数据操作的复杂性，数据模型可分为概念模型、逻辑模型和物理模型三个层次。其中，概念模型是按用户的观点对数据和信息建模，如实体-联系模型（E-R模型）；逻辑模型主要包括层次模型、网状模型、关系模型、面向对象数据模型和对象关系数据模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模；物理模型是对数据最底层的抽象，它描述数据在系统内部的表示方式和存取方法。数据模型概念及分类2024/3/248关系数据模型详解关系操作采用集合操作方式，即操作的对象和结果都是集合。关系代数和关系演算是关系操作的两种语言。关系操作关系数据模型以集合论中的关系概念为基础，用二维表格表示实体集，用外键表示实体间联系。关系模型由关系数据结构、关系操作集合和关系完整性约束三部分组成。关系数据模型的基本概念在关系模型中，数据结构单一，现实世界中的实体及实体间的联系均用关系表示。关系的数学定义是笛卡尔积的有限子集，即一张二维表。关系数据结构2024/3/249数据库设计方法概述：数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需求（信息要求和处理要求）。数据库设计是数据库应用的核心，其设计过程包括需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计和物理结构设计等阶段。需求分析：需求分析是数据库设计的第一步，也是最关键的一步。它通过对现实世界进行抽象和描述，形成用户需求说明书。主要任务是调查和分析用户的业务活动和数据的使用情况，弄清所用数据的种类、范围、数量以及它们在业务活动中交流的情况，确定用户对数据库系统的使用要求和各种约束条件等，形成用户需求规范和相应的数据字典。概念结构设计：概念结构设计是将分析得到的用户需求抽象为信息结构（即概念模型）的过程，它是整个数据库设计的关键。通常采用实体-联系方法（E-R方法）来设计概念结构。数据库设计方法与步骤2024/3/2410逻辑结构设计是将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型（例如关系模型），并对其进行优化。逻辑结构设计的任务包括选择逻辑数据模型、将E-R图转换为具体的DBMS产品支持下的数据模型、数据模型的优化等步骤。逻辑结构设计物理结构设计是为逻辑数据模型选取一个最适合应用要求的物理结构（包括存储结构和存取方法）。物理结构设计的任务包括确定数据的存储结构、设计数据的存取路径、确定数据的存放位置以及确定系统配置等步骤。物理结构设计数据库设计方法与步骤2024/3/2411关系数据库标准语言SQL032024/3/241203SQL语言具有简单易学、功能强大、可移植性好等优点，被广泛应用于各种关系数据库管理系统中。01SQL（StructuredQueryLanguage，结构化查询语言）是用于管理关系数据库的标准语言。02SQL语言的主要功能包括数据查询、数据定义、数据操纵和数据控制。SQL语言概述及功能2024/3/2413DDL（DataDefinitionLanguage，数据定义语言）用于定义和管理数据库中的对象，如表、视图、索引等。DDL的主要语句包括CREATE、ALTER和DROP，分别用于创建、修改和删除数据库对象。通过DDL语句，可以定义表的结构、数据类型、约束条件等，以及创建和删除索引、视图等对象。010203数据定义语言DDL2024/3/2414数据操纵语言DMLDML（DataManipulationLanguage，数据操纵语言）用于对数据库中的数据进行增删改查等操作。DML的主要语句包括SELECT、INSERT、UPDATE和DELETE，分别用于查询、插入、更新和删除数据。通过DML语句，可以实现数据的检索、过滤、排序、分组等操作，以及数据的增加、修改和删除等功能。2024/3/2415DCL的主要语句包括GRANT和REVOKE，分别用于授予和回收对数据库对象的访问权限。通过DCL语句，可以实现数据库的安全控制，保护数据不被未经授权的用户访问和修改。同时，DCL也可以用于管理数据库中的角色和权限等安全相关设置。DCL（DataControlLanguage，数据控制语言）用于控制对数据库对象的访问权限和安全控制。数据控制语言DCL2024/3/2416数据库安全性与完整性保护042024/3/2417访问控制根据用户身份和角色，限制对数据库对象的访问权限，如数据表、视图、存储过程等。审计追踪记录用户对数据库的访问和操作日志，以便事后分析和追踪潜在的安全问题。数据加密对敏感数据进行加密存储和传输，确保数据在存储和传输过程中的安全性。用户身份鉴别通过用户名/密码、数字证书等方式验证用户身份，防止非法用户访问数据库。数据库安全性控制方法2024/3/2418123通过创建视图，可以限制用户只能访问某些特定的数据列或行，从而保护其他数据不被非法访问。限制数据访问视图可以作为权限控制的单位，通过对视图的权限管理，可以实现对底层数据表的间接权限控制。简化权限管理视图可以对底层数据进行一定的处理和转换，从而隐藏数据的真实结构和内容，增加攻击者获取敏感信息的难度。提高数据安全性视图机制在安全性保护中应用2024/3/2419确保数据表中每一行数据都有一个唯一的标识符，通常通过设置主键约束来实现。实体完整性约束在进行级联更新或删除操作时，需要确保相关数据的完整性不会受到破坏，可以通过设置相应的级联操作规则来实现。级联操作与完整性保护确保数据表之间的关联关系正确无误，通过设置外键约束来实现。参照完整性约束根据具体业务需求，设置一些特定的完整性规则，如数据范围、格式等，可以通过触发器、存储过程等方式实现。用户自定义完整性约束完整性约束条件设置和实现2024/3/2420数据库恢复技术与并发控制052024/3/24210102事务定义事务是数据库操作的基本单位，它是一个或多个操作的序列，这些操作要么全部执行，要么全部不执行。原子性（Atomici…事务是一个不可分割的工作单位，事务中包括的操作要么都做，要么都不做。一致性（Consist…事务必须使数据库从一个一致性状态变换到另一个一致性状态。隔离性（Isolati…一个事务的执行不能被其他事务干扰。持久性（Durabil…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。030405事务概念及特性分析2024/3/2422由于程序错误或系统错误导致事务无法完成预期的操作。由于硬件或软件故障导致整个系统停止运行。故障类型和恢复策略选择系统故障事务故障2024/3/2423介质故障由于磁盘损坏等物理原因导致的故障。事务故障恢复通过回滚事务，撤销其对数据库的修改。故障类型和恢复策略选择2024/3/2424系统故障恢复通过重做已完成的事务，撤销未完成的事务对数据库的修改。介质故障恢复通过备份和日志文件进行恢复。故障类型和恢复策略选择2024/3/2425并发操作带来问题及其解决方法丢失更新两个事务同时读取同一数据并修改，其中一个事务的修改结果会被另一个事务的修改结果覆盖。脏读一个事务读取了另一个未提交事务的修改数据。2024/3/2426并发操作带来问题及其解决方法不可重复读：同一事务中多次读取同一数据，结果不一致。2024/3/2427时间戳排序为每个事务分配一个唯一的时间戳，根据时间戳决定事务的执行顺序。多版本并发控制（MVCC）为每个数据对象保存多个版本，每个事务都可以看到一个一致的数据库快照，从而避免了并发操作带来的问题。封锁机制通过封锁数据对象，保证事务在修改数据时不会被其他事务干扰。并发操作带来问题及其解决方法2024/3/2428数据库管理系统介绍与选型建议062024/3/2429VS提供全面的数据管理解决方案，支持大规模并发处理和复杂事务处理。MySQL开源的关系型数据库管理系统，广泛应用于Web应用。Oracle常见数据库管理系统介绍及比较2024/3/2430Microsoft推出的关系型数据库管理系统，与Windows平台紧密结合。SQLServer面向文档的数据库，提供可扩展的高性能数据存储解决方案。MongoDB常见数据库管理系统介绍及比较2024/3/2431Cassandra高度可扩展的分布式NoSQL数据库，适用于大数据场景。要点一要点二Redis内存中的数据结构存储系统，用作数据库、缓存和消息代理。常见数据库管理系统介绍及比较2024/3/2432根据应用场景和数据特点选择合适的数据库类型。评估数据量、增长速度和存储需求，选择性能稳定的数据库系统。业务需求数据规模选型依据和评估指标设置2024/3/2433选型依据和评估指标设置2024/3/2434性能包括查询速度、数据写入速度、并发处理能力等。可扩展性支持水平扩展和垂直扩展，满足业务增长需求。选型依据和评估指标设置2024/3/2435可用性提供高可用性和容错能力，确保数据安全和业务连续性。安全性提供数据加密、访问控制和安全审计等功能，保障数据安全。选型依据和评估指标设置2024/3/2436企业背景3.技术评估4.成本效益分析5.决策与实施2.市场调研1.需求分析一家电商企业，面临数据量快速增长和业务高并发的挑战。明确业务需求，包括高性