《数据库系统概念》课件

数据库系统概念本课件将深入探讨数据库系统的基本概念，涵盖数据模型、数据库设计、数据管理和数据库应用等方面。数据库系统概述数据库系统是一种组织、存储和管理数据的系统。它包含了数据本身、数据库管理系统（DBMS）和应用程序接口（API）等组成部分。数据库系统的组成数据库管理系统（DBMS）DBMS是一个软件系统，用于管理数据库，并提供数据访问和操作的功能。数据库数据库是存储数据的集合，它包含了数据结构、数据类型和数据之间的关系。应用程序应用程序是使用数据库的软件，它们与DBMS交互，访问和操作数据库中的数据。用户用户是数据库系统的最终用户，他们使用应用程序访问和操作数据库中的数据。数据库系统结构用户界面提供用户与数据库交互的界面，方便用户进行数据查询、更新、删除等操作。数据库管理系统(DBMS)负责管理和控制数据库，包括数据存储、数据访问、数据安全等功能。数据库服务器负责存储和管理数据库文件，并提供对数据库的访问服务。数据模型层次模型数据以树状结构组织，每个节点可以有多个子节点。网状模型数据以图状结构组织，允许节点之间存在多对多的关系。关系模型数据以二维表格的形式组织，每个表格代表一个关系。层次模型树状结构层次模型以树形结构组织数据，节点表示实体，父节点包含子节点。每个节点只拥有一个父节点，形成一个层次关系。一对多关系层次模型适合表示一对多关系，例如部门和员工，一个部门可以包含多个员工。数据共享层次模型允许数据共享，通过指向父节点可以访问其所有子节点数据。网状模型网状模型是一种层次模型的扩展，允许一个记录有多个父记录。在网状模型中，记录之间可以有多种连接方式，形成一个网状结构。网状模型支持复杂的数据结构，例如多对多关系。关系模型简单关系模型使用二维表来表示数据，易于理解和操作。一致性关系模型通过数据完整性约束来保证数据的准确性和一致性。灵活关系模型可以轻松地进行数据修改和扩展，适应不断变化的需求。数据定义语言定义数据结构描述数据类型、数据关系、约束等。创建数据库对象创建表、视图、索引等。管理数据库权限控制用户对数据库的访问权限。数据操纵语言查询检索数据库中的数据。插入向数据库添加新的数据。更新修改数据库中的现有数据。删除从数据库中删除数据。数据库设计1概念设计2逻辑设计3物理设计概念设计需求分析明确用户需求，确定数据类型和关系实体关系模型使用ER图描述数据之间的关系逻辑设计1选择数据模型根据业务需求选择合适的模型，例如关系模型、面向对象模型等。2定义数据结构定义数据表、数据字段、数据类型、主键、外键等。3数据完整性约束定义数据约束，确保数据的准确性和一致性，例如主键约束、外键约束、唯一性约束等。物理设计存储结构磁盘组织，索引结构等。网络配置网络拓扑，带宽分配等。安全策略访问控制，数据加密等。关系数据库的基本概念关系关系数据库中最基本的概念是关系，它是一个二维表，用于存储数据。每个关系都有一个唯一的名称，并且包含一组属性，每个属性代表一个数据项。关系中每一行对应一个元组，代表一个数据记录。域域是关系中每个属性可能取值的集合。例如，一个名为“学生”的关系中，属性“姓名”的域可能是所有人的姓名。域可以是基本数据类型，例如整数、字符串或日期，也可以是用户定义的数据类型。码码是用于标识元组的属性集。一个关系可以有多个候选码，其中一个被选为主键。主键用于唯一标识关系中的每个元组。码的概念对于确保数据的完整性和一致性非常重要。关系代数选择从关系中选择满足特定条件的元组。投影从关系中选择特定的属性列。并集合并两个具有相同属性集的关系。交集找出两个具有相同属性集的关系中共同存在的元组。SQL语言结构化查询语言SQL是一种用于访问和操作数据库的标准化语言。数据库管理系统SQL语言被广泛应用于各种DBMS系统，包括MySQL、Oracle和SQLServer。索引1加速数据访问通过创建索引，数据库可以快速定位到特定数据行，从而加速查询操作。2提高查询效率索引减少了数据库扫描的范围，从而提高了查询的执行速度。3辅助排序和分组索引可以帮助数据库系统快速对数据进行排序和分组，简化数据分析过程。视图基于基本表或其他视图构建的虚拟表。提供数据访问限制，只显示部分数据，不会改变实际表结构。提高数据安全性，隐藏敏感信息，简化查询，便于维护。存储过程预编译代码存储过程是预编译的SQL语句集合，存储在数据库中，可通过名称执行。提高效率存储过程可以提高数据库的执行效率，减少网络通信量，并增强代码重用性。安全性增强存储过程可以帮助限制对数据库的访问权限，提高数据安全性。事务原子性事务是一个不可分割的工作单位，要么全部完成，要么全部不完成。一致性事务执行前后，数据库必须保持一致状态，即数据完整性约束必须满足。隔离性多个事务并发执行时，相互之间不会互相影响，事务之间彼此隔离。持久性事务成功提交后，其对数据库的修改是永久的，即使系统发生故障也不会丢失。并发控制1数据一致性确保多个用户同时访问数据库时，数据保持一致性和完整性。2事务隔离隔离不同用户的事务，防止数据冲突和相互影响。3并发访问允许多个用户同时访问数据库，提高系统效率和响应速度。锁机制排他锁一个事务获得排他锁后，其他事务不能再获取该数据的任何类型的锁。共享锁多个事务可以同时获取共享锁，但不能修改数据。死锁定义两个或多个事务互相等待对方释放资源，导致所有事务都无法继续执行。条件互斥、占有且等待、不可剥夺、循环等待。解决方法死锁预防、死锁检测、死锁恢复。备份与恢复数据备份定期备份数据库以防数据丢失或损坏。数据备份可用于恢复到先前状态。数据恢复数据恢复是恢复数据丢失或损坏的过程。恢复可以使用备份或其他方法完成。备份策略1定期备份定期备份数据，确保数据安全性和可靠性。2增量备份仅备份自上次完整备份以来更改的数据，节省时间和存储空间。3差异备份备份自上次增量备份以来更改的数据，提高备份速度和效率。4日志备份备份数据库日志文件，用于恢复到特定时间点。恢复机制数据库恢复是指将数据库从故障状态恢复到一致状态的过程。恢复机制依赖于数据库备份和日志文件。恢复操作包括恢复数据库备份和重放日志文件。数据库安全性数据机密性确保数据只被授权用户访问，防止未经授权的访问或修改。数据完整性保证数据的准确性、一致性和可靠性，防止数据被篡改或损坏。数据可用性确保数据在需要时可访问，并防止数据丢失或不可用。授权管理用户权限定义不同用户对数据库对象的访问权限，如读、写、更新等。角色管理将用户分组到不同的角色，并赋予角色特定的权限，简化权限管理。访问控制根据用户身份和权限，控制用户对数据库对象的访问操作。审计机制跟踪操作记录数据库中的所有操作，例如数据插入、删除或更新。检测异常通过分析审计日志，可以发现异常操作，例如未经授权的访问或数据篡改。责任追溯审计日志可以帮助确定谁执行了哪些操作，从而方便追查责任。数据仓库数据整合数据仓库从多个数据源收集数据并进行整合，形成统一的数据视图。历史数据分析数据仓库存储大量历史数据，用于分析趋势、模式和预测。决策支持数据仓库为企业决策提供支持，帮助企业制定更明智的策略。数据仓库概述数据仓库的概念数据仓库是一个面向主题的、集成的、非易失性的、随时间变化的数据集合，用于支持管理决策。数据仓库的用途数据仓库用于分析历史数据，帮助企业了解趋势、模式和异常，支持决策制定。数据仓库体系架构数据仓库体系架构通常包含以下几个层次：数据源层、数据抽取层、数据转换层、数据存储层、数据展现层。数据源层包含各种数据源，如关系型数据库、日志文件、Web服务器等。数据抽取层负责从数据源中提取数据，并进行数据清洗和去重处理。数据转换层负责将数据转换为数据仓库所需的格式，包括数据类型转换、数据标准化等。数据存储层负责存储数据仓库中的数据，通常采用关系型数据库或数据仓库专用数据库。数据展现层负责将数据仓库中的数据展示给用户，通常采用数据可视化工具或报表工具。数据库性能优化1查询优化通过优化查询语句和执行计划来提高数据库查询的效率。2索引优化合理创建和使用索引，加快数据检索速度，提高查询效率。3数据存储优化选择合适的存储方式，合理分配存储空间，减少数据访问时间。4系统配置优化调整数据库系统参数，例如内存分配、缓存大小等，提高系统性能。查询优化1索引优化通过创建合适的索引来加速查询速度。2查询语句优化使用更有效的查询语句结构和操作符。3数据预处理对数据进行预