数据库系统概论王珊第五版学习笔记

数据库系统概论王珊第五版学习笔记数据控制语言（DCL）主要包括GRANT和REVOKE语句，用于授予和收回用户对数据库对象的操作权限。三、数据库设计3.1数据库设计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）。数据库设计的基本步骤通常包括：需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施、数据库运行和维护六个阶段。这是一个反复迭代、逐步求精的过程。3.2需求分析需求分析是数据库设计的起点，其任务是通过详细调查现实世界要处理的对象（组织、部门、企业等），充分了解原系统（手工系统或计算机系统）工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定新系统的功能。需求分析的重点是“数据”和“处理”，通过收集与分析用户在数据管理中的信息要求、处理要求、安全性与完整性要求，为后续的设计工作奠定基础。需求分析的方法主要包括访谈法、问卷调查法、跟班作业法、查阅资料法等。需求分析的成果是需求规格说明书，其中应包括数据字典、数据流图、用户需求说明等。3.3概念结构设计概念结构设计是将需求分析得到的用户需求抽象为信息世界的概念模型的过程。概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次，它用于信息世界的建模，是数据库设计人员进行数据库设计的有力工具，也是数据库设计人员和用户之间进行交流的语言。最常用的概念模型是实体-联系模型（Entity-RelationshipModel,E-R模型）。E-R模型用实体、属性和联系来描述现实世界。实体是客观存在并可相互区别的事物；属性是实体所具有的某一特性；联系是指不同实体集之间的关联。联系可分为一对一、一对多和多对多三种类型。构建E-R模型的方法通常有自顶向下、自底向上、逐步扩张和混合策略四种。通过绘制E-R图，可以清晰地表示实体、属性和联系。3.4逻辑结构设计逻辑结构设计的任务是将概念结构设计阶段设计好的E-R图转换为与选用的DBMS产品所支持的数据模型相符合的逻辑结构（如关系模型）。对于关系模型而言，逻辑结构设计的主要步骤包括：将E-R图转换为关系模式；对关系模式进行优化。E-R图向关系模式的转换规则如下：一个实体型转换为一个关系模式；一个一对一联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并；一个一对多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；一个多对多联系转换为一个关系模式。关系模式的优化通常采用规范化理论。规范化的目的是使关系模式结构更合理，消除存储异常，使数据冗余尽量小，便于插入、删除和更新操作。3.5规范化理论规范化理论是数据库逻辑设计的指南和工具。其基本思想是通过模式分解，使关系模式逐步达到较高的范式，从而减少数据冗余，避免操作异常。范式（NormalForm,NF）是符合某一种级别的关系模式的集合。关系数据库中的关系必须满足一定的规范化要求，满足不同程度要求的为不同范式。目前主要有第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、BC范式（BCNF）、第四范式（4NF）和第五范式（5NF）等。1NF是最基本的范式，要求关系中的每一个分量必须是不可分的数据项。2NF要求关系模式R属于1NF，且每一个非主属性完全函数依赖于R的候选码。3NF要求关系模式R属于2NF，且每一个非主属性既不部分函数依赖于候选码，也不传递函数依赖于候选码。BCNF要求关系模式R属于1NF，若X→Y且Y⊈X时X必含有码，则R属于BCNF。BCNF是3NF的进一步规范化，即限制条件更严格。在实际数据库设计中，通常达到3NF或BCNF即可满足大多数应用需求。四、数据库系统实现技术4.1事务管理事务（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。事务具有原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持续性（Durability）四个特性，简称ACID特性。事务的原子性指事务是数据库的逻辑工作单位，事务中包括的诸操作要么都做，要么都不做。一致性指事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性状态变到另一个一致性状态。隔离性指一个事务的执行不能被其他事务干扰。持续性指一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改变就应该是永久性的。4.2并发控制并发控制是指当多个事务同时存取数据库时，对它们的并发操作加以控制和协调，以保证数据库的一致性。并发操作可能带来的数据不一致性包括丢失修改、不可重复读和读“脏”数据。丢失修改是指两个事务T1和T2读入同一数据并修改，T2提交的结果破坏了T1提交的结果，导致T1的修改被丢失。不可重复读是指事务T1读取数据后，事务T2执行更新操作，使T1无法再现前一次读取结果。读“脏”数据是指事务T1修改某一数据，并将其写回磁盘，事务T2读取同一数据后，T1由于某种原因被撤销，这时T1已修改过的数据恢复原值，T2读到的数据就与数据库中的数据不一致，则T2读到的数据就为“脏”数据，即不正确的数据。并发控制的主要技术包括封锁、时间戳、乐观控制法和多版本并发控制等。其中，封锁是最常用的技术。基本的封锁类型有两种：排它锁（ExclusiveLocks,X锁）和共享锁（ShareLocks,S锁）。排它锁又称为写锁，若事务T对数据对象A加上X锁，则只允许T读取和修改A，其他任何事务都不能再对A加任何类型的锁，直到T释放A上的锁。共享锁又称为读锁，若事务T对数据对象A加上S锁，则事务T可以读A但不能修改A，其他事务只能再对A加S锁，而不能加X锁，直到T释放A上的S锁。4.3数据库恢复尽管数据库系统中采取了各种保护措施来防止数据库的安全性和完整性被破坏，保证并发事务的正确执行，但计算机系统中硬件的故障、软件的错误、操作员的失误以及恶意的破坏仍是不可避免的，这些故障轻则造成运行事务非正常中断，影响数据库中数据的正确性，重则破坏数据库，使数据库中全部或部分数据丢失。因此，数据库管理系统必须具有把数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态（亦称为一致状态或完整状态）的功能，这就是数据库的恢复。数据库恢复的基本原理是“冗余”，即数据库中任何一部分被破坏的或不正确的数据可以根据存储在系统别处的冗余数据来重建。恢复机制涉及的两个关键问题是：如何建立冗余数据；如何利用这些冗余数据实施数据库恢复。建立冗余数据最常用的技术是数据转储和登录日志文件。数据转储是DBA定期地将整个数据库复制到磁带或另一个磁盘上保存起来的过程，这些备用的数据文本称为后备副本或后援副本。日志文件是用来记录事务对数据库的所有更新操作的文件。五、数据库技术新发展随着计算机技术和互联网技术的飞速发展，数据库技术也在不断演进，涌现出许多新的技术和应用方向。例如，分布式数据库系统、面向对象数据库系统、对象关系数据库系统、XML数据库、数据仓库与数据挖掘、NoSQL数据库、云数据库等。这些新技术拓展了数据库的应用领域，满足了不同场景下的数据管理需求。分布式数据库系统将数据存储在多个物理节点上，实现数据的分布处理和共享；NoSQL数据库则摆脱了传统关系模型的束缚，能够更好地处理大规模、高并发、多类型的数据。结语《数据库系统概论》是一门理