《数据库系统概论ch》课件

数据库系统概论探讨数据库系统的基本概念、原理和应用由基本的数据模型、数据库设计、查询语言和事务管理等内容构成旨在提供全面的数据库系统知识为学习和应用,数据库技术奠定基础什么是数据库数据集合信息中心数据库是以结构化方式存储和组数据库是一个信息中心它集中,织的数据集合它可以有效地管了组织内部和外部的各种数据资理和存储大量信息源数据管理数据共享数据库提供了数据的存储、查数据库允许多个用户或应用程序询、更新和删除等功能以满足共享数据提高了数据的利用效,,各种信息需求率数据库系统的目标和优点提高效率数据集成数据库系统能帮助企业更有效地管理数据库系统可将企业内部分散的数据和存储信息提高工作效率整合到一个统一的平台上,数据安全支持决策数据库系统提供完善的数据安全机制数据库系统可为企业提供重要的数据,确保数据的完整性和保密性分析支持有助于更好的决策,数据模型概述数据模型概述实体关系模型层次数据模型网状数据模型数据模型是用于描述数据结实体关系模型是最广为人知的层次数据模型以树形结构组织网状数据模型具有更强的灵活构、数据语义以及数据约束的数据模型之一它采用实体、属数据数据以父子关系组织适用性允许一对多或多对多的复杂,,,,概念工具它为数据库设计提性和联系的概念来表示现实世于有明确层次关系的应用场关系是层次模型的扩展,供了一个抽象的视角界的信息景关系数据模型数据存储结构数据操作方式数据完整性理论基础关系数据模型将数据存储为一关系数据模型使用结构化查询关系数据模型通过实体完整关系数据模型建立在数学关系系列相互关联的二维表格每语言进行数据的增删改性、参照完整性和用户定义的理论之上具有严格的理论支,SQL,个表格由行和列组成行代表查操作提供了简单直观完整性约束来确保数据的一致撑为数据库系统设计和优化,SQL,实体列代表属性表格之间的方式对数据进行复杂的查询性和正确性提供了坚实的基础,通过键关联形成复杂的数据和运算,结构关系数据库系统架构前端交互层用户界面层，为最终用户提供直观的交互操作应用逻辑层负责处理业务逻辑并调用数据库服务数据库管理层核心数据管理层，提供数据的存储、查询和更新功能关系数据库语言SQL数据定义数据操作通过、和提供、、SQL CREATEALTER SQL SELECT INSERT命令提供数据定义语言和命令实现对DROP UPDATEDELETE,功能用于创建、修改和删关系数据库中数据的高效操作DDL,除数据库对象查询语句强大的语句可以从一个或多个表中获取数据支持条件过滤、SQLSELECT,分组、排序等功能数据操作语言插入数据修改数据12使用语句在数据库表中添加新的记录指定表名和使用语句来更改现有记录的值需要指定表名、要INSERT UPDATE列名并提供要插入的值修改的列以及新的值,删除数据查询数据34使用语句从表中删除一条或多条记录需要指定删使用语句从表中检索数据能指定想要查询的列以DELETE SELECT,除的表名和子句及各种查询条件WHERE数据定义语言概念主要功能常用语句应用场景DDL数据定义语言DDL是一种用•创建新的数据库对象•CREATE TABLEDDL语句通常只有数据库管理于创建、修改和删除数据库对员或拥有相应权限的用户才能•修改现有数据库对象•ALTER TABLE象的语言如表、视图、索引执行用于维护和管理数据库,,的定义•DROP TABLE等它定义了数据库的结构和的结构•删除不需要的数据库•CREATE INDEX模式对象•DROP INDEX•控制对数据库对象的•CREATE VIEW访问权限•DROP VIEW数据库完整性数据完整性的定义完整性约束的类型事务处理与完整性数据库完整性是指数据的准确性、一致性和常见的完整性约束包括实体完整性、参照完事务处理机制能够确保数据操作的原子性、有效性确保数据库中的数据满足事先定义整性和用户定义的完整性约束用于确保数一致性、隔离性和持久性从而维护数据的,,,的特定标准或要求据的一致性和有效性完整性关系代数集合运算选择运算关系代数基于集合论包括并、交、通过指定条件选择满足要求的元组如,,差、笛卡尔积等集合运算按属性值或逻辑条件筛选投影运算连接运算从关系中选择需要的属性列去除无关根据指定条件将两个或多个关系合并,,的列得到新的关系为一个新的关系,数据库设计的三层模式概念层1定义数据、关系和约束逻辑层2将概念层映射到模型DBMS物理层3确定数据存储和访问方式数据库设计包括三层模式概念层描述数据的实体和关系逻辑层将概念层映射到模型物理层确定数据的实际存储和访问方式这三:,DBMS,层设计相互协调确保数据模型能够反映现实需求并高效实现,概念设计确定实体和属性定义实体关系在概念设计阶段,需要确定数据库中的各个实体及其属性这是后续分析各个实体之间的关系,包括一对

一、一对多、多对多等关系类型,逻辑设计和物理设计的基础并建立实体关系模型确定主键和外键绘制图E-R选择每个实体的主键,并定义各实体之间的外键关系,为后续逻辑设计将概念设计的结果通过E-R图的形式直观地表达出来,为后续设计提奠定基础供参考逻辑设计概念模型转换数据类型选择模式优化索引设计根据概念模型将实体、属性为每个属性选择合适的数据类对数据库模式进行分析和调为频繁查询的属性创建合适的,和关系转化为关系模式定义型如整型、浮点型或字符型整消除数据冗余提高查询效索引以加快数据访问速度,,,,,数据表、列和主键等这一步等以确保数据存储和处理的率满足用户需求这通常包但过多索引会降低插入和更新,,确定了数据库中的逻辑结构正确性括范式化和反范式化的平衡性能需要权衡考虑,物理设计存储设计决定数据如何存储在物理介质上包括索引、分区、分布式存储等,性能优化针对特定应用场景采取合适的物理设计策略提高系统的响应速度,,安全性确保数据在物理层面得到适当的加密和访问控制保护关系数据库设计方法概念设计1确定系统的实体、属性和关系构建概念模型,逻辑设计2将概念模型转换为关系数据模型定义表、字段和约束,物理设计3基于物理环境优化数据存储和访问方式提高系统性能,关系规范化理论规范化概念数据依赖分析范式理论关系规范化理论是设计高质量关系数据库的规范化过程需要深入分析各个属性之间的函通过、、等范式层层推进可以1NF2NF3NF,基础通过分解表结构来消除数据冗余和数数依赖关系识别并消除部分依赖和传递依有效地将关系数据库结构化到最优状态,,据依赖提高数据完整性赖,设计的规范化步骤分析依赖1查找数据库实体之间的函数依赖关系消除部分依赖2将部分依赖的属性转移到新的关系模式中消除传递依赖3将传递依赖的属性转移到新的关系模式中消除码的重复4通过分解关系模式来避免码的重复数据库设计的规范化步骤包括分析依赖关系、消除部分依赖、消除传递依赖以及消除码的重复等关键步骤通过这些步骤可以进一步优化数据库的结构，提高数据的完整性和一致性数据依赖定义类型12数据依赖是一种数据元素间的主要有函数依赖、多值依赖和关联性体现了数据的内在结构包含依赖三种类型,和规律作用重要性34数据依赖是描述和约束数据关深入理解数据依赖对于建立良系的基础是数据库设计和优化好的数据模型、消除数据冗,的重要依据余、保证数据完整性非常关键函数依赖定义作用形式化表达函数依赖是关系模型中的一个核心概函数依赖用于定义关系模式的正确性并函数依赖可以表示为其中是决,X-Y,X念它描述了属性之间的数学映射关指导关系数据库的设计定属性的属性集Y系范式数据依赖函数依赖范式数据依赖是描述数据间关系的最基本概念函数依赖描述一个属性或属性集合能唯一确通过分析数据关系将关系模式分解成不同,,是构建范式理论的基础定另一个属性的关系级别的范式提高数据库的设计质量,数据库事务处理事务定义事务特性ACID事务是一组逻辑操作单元执行过数据库事务需要满足原子性、一,程具有原子性、一致性、隔离性致性、隔离性和持久性四大特和持久性性事务管理数据库管理系统需要提供事务管理功能确保事务的正确执行和异常处理,事务特性ACID原子性一致性隔离性持久性Atomicity ConsistencyIsolation Durability事务中的所有操作要么全部成事务执行前后数据库都保持一事务之间的操作相互独立不会事务一旦提交它对数据库的修,,,功执行要么全部不执行确保数致的状态满足所有的完整性约互相影响好像事务在独立执行改就是永久性的不会因为系统,,,,,据的一致性束一样故障而丢失并发控制串行处理并发控制锁定机制死锁预防在早期的数据库系统中一次为了解决这一问题并发控制并发控制的核心是锁定机制并发控制还需要预防死锁即,,,,只能处理一个事务这种串行技术应运而生它允许同时执用于管理多个事务对同一数据多个事务互相等待对方持有的,处理容易造成资源浪费和性能行多个事务提高了系统的吞的访问事务在访问数据前需资源而陷入僵局可以采用超,低下吐量和资源利用率要先获得相应的锁时机制或事务顺序控制等方法两阶段锁定协议获取锁1事务在执行操作前请求获取相关数据对象的锁测试并设置锁2数据库系统检查锁是否可用并设置锁释放锁3事务完成操作后释放所有已获取的锁两阶段锁定协议是一种并发控制的方法有助于维护数据库的完整性事务在获取所需的锁后才能执行操作操作完成后再释放锁确保在事,,,务执行期间数据保持一致性这种协议可以有效防止死锁的发生提高数据库的并发性能,恢复技术回滚日志检查点12回滚日志记录了数据库的所有定期创建数据库的检查点以便,事务操作可用于恢复数据库到于在发生故障时快速恢复到最,特定时间点状态近的检查点状态物理备份增量备份34定期创建数据库的完整物理备除了完整物理备份也可创建增,份可在灾难性故障时用于全面量备份来记录数据变更以更快,,恢复数据库速地进行恢复回滚日志日志记录事务回滚12回滚日志用于记录数据库中所当事务发生故障时可以利用回,有的事务操作包括插入、更新滚日志将数据库恢复到故障前,和删除的状态故障诊断性能优化34回滚日志还可用于分析事务失定期清理回滚日志可以提高数败的根源并进行故障定位和修据库的运行效率和存储性能,复数据库安全性数据加密数据审计访问控制采用先进的加密算法和密钥管理机制确保建立完善的数据库审计机制记录并监控对实施细粒度的访问权限管理确保只有经过,,,数据在存储和传输过程中的机密性和完整数据库的各种操作以便及时发现和处理安授权的用户才能访问和操作相应的数据资,性全隐患源授权访问控制用户权限管理基于角色的访问控制审计日志记录加密技术的应用通过为每个用户分配相应的访将用户划分为不同的角色每所有的数据操作记录都需要保对于某些重要或敏感的数据,,问权限可以有效地控制数据个角色对应特定的访问权限存在审计日志中以便及时发可以采用加密技术进一步提高,,库中敏感信息的访问和修改这种方式可以简化权限管理现异常行为并追查责任安全性如数据库字段加密,,定期审核和调整用户权限是保提高效率等证数据安全的关键用户视图授权访问个性化呈现用户视图可以限制用户对数据库的访不同类型的用户可以拥有特定的视图,问权限确保敏感信息的安全性展示相关的数据和功能,简化界面数据安全用户视图可以隐藏复杂的数据库结构通过视图实现数据的细粒度控制提高,,提供更友好的操作界面数据安全性和隐私性加密技术数据加密身份验证通过使用加密算法将明文转换为密文,以保护数据不被未经授权的人加密技术可用于验证用户的身份,如数字签名和密码验证访问防窃听完整性保护加密可确保通信内容在传输过程中不会被窃听,提高通信安全性数字签名等加密技术可验证数据在传输或存储过程中未被篡改审计和日志记录行为发现异常12数据库审计记录了用户的所有行为为后续分析和检查提供依审计日志可以帮助发现数据库中的异常行为和安全漏洞,据合规管理问题追踪34定期分析审计日志有助于确保数据库操作符合相关法规要审计日志记录可以用于追查数据库问题的根源帮助解决问,求题。