《数据库系统概论》讲义课件

数据库系统概论数据库系统是当今信息技术领域中的一个重要组成部分它提供了存储、管理和快速检索数据的能力为各种应用系统提供了基础支持本讲义将全,面介绍数据库系统的基础概念、体系结构和关键技术课程背景和目标培养数据库系统知识和融合理论和实践技能通过理论讲解和实践训练相帮助学生全面了解数据库系结合的方式强化学生的应用,统的基本原理、概念和实现能力技术适应数字化发展需求拓展创新思维培养学生成为企业数字化转启发学生思考数据库在大数型中数据库专业人才据、云计算等前沿领域的新应用数据库系统的组成数据库系统由几个主要组成部分组成:数据库存储数据的容器•Database--数据库管理系统管理和控制数据库的软件•DBMS--应用程序访问和使用数据库的程序•Application--用户直接或间接访问数据库的人•User--这些组件协同工作为最终用户提供数据存储、查询和管理的,服务数据模型概念数据模型定义数据模型分类数据模型特点数据模型应用数据模型是对现实世界概念常见的数据模型有关系模型数据模型应能反映现实世界数据模型是数据库设计的基化的抽象描述以数据的结、层次模型、网状模型等的特点包括数据结构、数础还广泛应用于信息系统,,,构、数据的操作和约束条件不同模型有其独特的数据组据间关系和数据约束等良分析、设计、实现和维护等来表示现实世界的信息织与表示方式好的数据模型可以更好地满阶段足信息系统需求关系数据模型二维表格结构关系数据模型采用二维表格来表示数据每个表由行和列组成行代表记录列代表属性,,主键和外键每个表都有一个或多个属性作为该表的主键用于唯一标识每一行数据外键则用于关联不同,表之间的联系模式和实例关系数据模型包括数据库模式描述表的结构以及数据库实例包含具体的数据记录,;,关系代数和计算关系代数运算符1关系代数包括选择、投影、连接等基本运算符可用于操作,和转换关系数据关系计算2关系计算描述所需的数据而不指定如何计算包括元组关,系计算和域关系计算和关系代数的联系SQL3语句可以转换为等价的关系代数表达式反之亦然两SQL,,者是等价的语言概述SQL简介功能特点主要语句（结构化查询语言）是一种广泛支持数据定义、数据操纵、数据语句包括、、SQL SQLSQL SELECTINSERT使用的数据库查询语言用于处理和控制和数据查询等多种功能是数据、等可以执行各,,UPDATE DELETE,管理关系型数据库中的数据它提供库管理的标准语言它简单易学灵种数据库操作如查询、插入、更新,,了创建、修改和删除数据的能力活高效和删除数据查询语句SQL选择数据使用语句从表中选择需要的数据列，并根据条件进行过滤SELECT排序数据利用子句对查询结果进行升序或降序排列ORDER BY聚合函数使用、、、、等聚合函数对数据进行统计和分析COUNT SUMAVG MAXMIN分组数据结合子句可以对数据进行分组处理和分析GROUP BY数据定义语言SQL创建表数据类型修改表结构删除表使用语句可支持丰富的数据类型如语句可用于添语句可以永久CREATE TABLESQL,ALTER TABLEDROP TABLE以定义数据库表的结构包括数字、文本、日期时间等满加、删除或修改数据表的字删除一个数据表及其所有数,,字段类型、长度、默认值等足各种数据存储需求段和约束条件据谨慎操作,数据操纵语言SQL数据插入数据更新数据删除的语句用于向数据表中插入的语句用于修改数据表中的语句用于从数据表中删SQL INSERTSQL UPDATESQL DELETE新的数据记录通过指定列名和对应的已有的数据记录可以针对特定条件更除数据记录可以根据特定条件删除部值来完成数据插入新指定的列值分或全部数据事务处理基础事务开始1从事务的开始到最后的结束或中止事务属性2原子性、一致性、隔离性和持久性事务管理3通过日志记录、锁机制、回滚等技术实现事务是数据库中执行的最小工作单元它保证了数据的完整性和一致性即使在系统故障或异常情况下也能确保数据的安全性事,务的管理涉及诸多技术细节如日志记录、锁机制和回滚等确保了特性的实现,,ACID并发控制事务隔离锁定机制12并发事务之间相互独立不通过数据库锁定允许多个,,受彼此的干扰确保数据库事务并发访问共享资源避,,状态的一致性免数据冲突死锁检测与预防并发控制算法34检测死锁发生并采取措施如两段锁定协议时间戳顺,,如资源分配策略调整来预序算法等实现高效安全的,,防死锁并发控制数据库安全性访问控制数据加密通过身份验证和授权机制确保对数据进行加密存储和传输防,,只有被授权的用户和进程可以止敏感信息被窃取和泄露访问和操作数据库审计跟踪备份恢复记录数据库访问和操作日志便定期备份数据以备在系统故障,,于事后溯源和分析异常行为或安全事故时快速恢复数据数据库完整性数据完整性完整性约束确保数据的正确性和一致性防止因在数据库设计时设置一些规则确保,,人为错误或系统故障而造成的数据数据符合预期要求如主键约束、外,丢失或损坏键约束等事务管理备份和恢复通过事务机制确保数据操作的原子定期备份数据并在发生故障时快速,性、一致性、隔离性和持久性保护恢复从而维护数据库的完整性,,数据完整性数据库设计原理范式理论实体联系模型需求分析逻辑设计-范式理论是数据库设计的基实体联系模型是一种概念充分理解用户需求是数据将概念模型转换为关系模型-,础它通过消除数据表中的性的数据模型能够以更接库设计的第一步需要与用定义各个实体及其属性、,,,冗余和依赖关系确保数据近人类思维的方式描述现实户进行深入交流了解其业主键和外键构建数据表之,,,的完整性和一致性世界的信息结构务流程和信息需求间的关系数据库设计方法需求分析1深入了解用户需求和业务要求概念设计2建立高层次的数据模型逻辑设计3将概念模型转换为关系模型物理设计4优化存储结构和访问方法数据库设计是一个系统而复杂的过程需求分析阶段深入了解业务需求概念设计建立高层次的数据模型逻辑设计将概念模型转化为关系模型物理,,设计则优化存储结构和访问方法这四个环环相扣的步骤共同构成了一个完整的数据库设计方法数据库设计实战分析业务需求深入了解客户的业务需求和工作流程,明确数据库设计的目标和需求概念模型设计根据需求分析,设计数据实体及其关系,建立概念层数据模型逻辑模型设计将概念模型映射到数据库管理系统支持的逻辑结构,设计表、视图、索引等物理模型优化根据实际应用场景优化物理数据库结构,提高性能和可扩展性测试与验证针对关键业务场景进行测试和验证,确保数据库设计满足实际需求数据存储管理存储介质选择数据布局优化12根据数据特点和系统需求选合理安排数据在存储设备上择合适的存储介质如快速硬的分布提高访问速度和容错,,盘、大容量磁带机等能力存储设备管理数据备份与恢复34监控存储设备状态预防硬件周期性备份数据并建立应急,,故障确保数据的可靠存储预案确保数据不会丢失,,查询优化技术索引优化查询重写成本估算并行处理合理设计和管理索引是提高通过重写查询语句的结构和数据库优化器依赖准确的成利用并行处理技术可以充分查询效率的关键选择合适语义可以帮助数据库优化本估算来选择最佳的执行计利用系统资源显著提升大,,的索引列并定期优化大大减器生成更高效的执行计划划优化器模型的持续调优查询任务的处理能力少查询延迟很重要数据库备份与恢复定期备份完整性检查定期备份数据库是确保数据安备份后应对备份文件进行完整全的关键举措可以在系统故障性检查确保数据能够成功恢复,,或数据丢失时快速恢复多种方式快速恢复可以使用物理备份、逻辑备份在发生数据丢失或系统故障时,、增量备份等多种方式进行数能够快速恢复数据库至最新状据库备份态数据仓库概念数据仓库的定义数据仓库的特点数据仓库的应用领域数据仓库是一个专门为支持管理决策而主题导向数据仓库广泛应用于金融、零售、制造•设计的面向主题的、集成的、相对稳定等各个行业为企业提供全面、真实、及集成性,•的、反映历史变化的数据集合时的数据支持以支持管理决策,非易失性•时变性•数据仓库架构数据仓库架构通常包括三层数据源层、数据仓库层和应用层数据源层从:各种数据系统中抽取数据数据仓库层对数据进行清洗、集成和存储应用层,,提供报表、分析和挖掘等功能这种架构确保了数据仓库的可靠性、可扩展性和可重用性此外数据仓库架构还包括元数据管理、工具、引擎等关键组件,ETL OLAP,构成了一个完整的解决方案这样的架构能够有效支持企业级的数据分析和决策支持数据挖掘基础数据挖掘概念常用挖掘技术可视化呈现数据挖掘是从大量数据中发现隐藏的模常用的数据挖掘技术包括聚类分析、关挖掘结果的可视化表达是重要的一环式和规律的过程它是一种利用统计学联规则发现、分类建模、预测分析等图表、报表等形式有助于直观地阐述数、机器学习等方法从数据中自动或半自这些技术可以帮助发现数据中有价值的据中隐藏的规律和趋势动地提取有价值信息的过程洞见和模式和OLTP OLAP（联机事务处理）（联机分析处理）OLTP OLAP支持高并发的短事务处理，强调响支持复杂的分析查询，强调数据的应速度和交易吞吐量典型应用包综合性分析典型应用包括商业智括银行账户管理、电子商务等能、决策支持等数据仓库数据模型为提供整合、清洗、汇总的采用关系模型，常采用OLAP OLTPOLAP数据源，以支持复杂的分析需求维度模型，提高分析效率数据库系统性能评测评测数据库系统性能的关键指标包括响应时间、吞吐量、可伸缩性和可用性通过测量这些指标可以全面了解系统的性能表现，并且及时发现并解决性能瓶颈指标描述评测方法响应时间执行特定操作所需的时使用基准测试工具测量间各种操作的平均响应时间吞吐量单位时间内系统可处理测量系统在高并发负载的数据量下的每秒事务量可伸缩性系统随资源扩展的能力通过添加硬件资源观察性能指标的变化可用性系统可靠运行的时间比模拟各种故障条件下系例统的恢复时间数据库概述NoSQL灵活的数据模型高性能和可扩展性数据库采用文档、键值数据库通过分布式和水NoSQL NoSQL、图形等灵活的数据模型能够平扩展架构实现高吞吐量和低,更好地适应复杂多变的数据需延迟能处理海量数据,求大数据和实时分析开源社区活跃数据库擅长处理非结构数据库大多为开源软件NoSQL NoSQL,化数据支持实时查询和分析适有着广泛的社区支持和丰富的,,用于大数据场景生态系统数据库概述NewSQL什么是的特点代表产品的应用场景NewSQL NewSQL NewSQL NewSQL数据库是新一代的数据库通常具有弹、、数据库适用于金融NewSQL NewSQLCockroachDB NuoDBNewSQL关系型数据库管理系统结性可扩展性、高吞吐量、低、等都、电商、物流等对数据一致,TiDB YugabyteDB合了传统数据库和延迟和事务支持等特是数据库的代表性要求高、实时性要求强的SQL ACIDNewSQL,数据库的优点致力点适用于大规模数据处理它们在不同的应用场景有自场景是企业数字化转型的NoSQL,,,于提供高性能、可扩展性和和实时分析场景己的优势重要技术选择事务支持ACID大数据时代数据库发展趋势云计算和分布式存储大数据分析驱动数据库兴起自动化管理NoSQL随着云计算和分布式存储技大数据的兴起推动数据库系为满足大数据场景的需求新智能化的数据库管理和优化,术的进步，数据库正向可扩统向实时分析和复杂查询处型数据库层出不穷满正在成为发展趋势减轻管理NoSQL,,展、高可用和低成本的方向理的方向进化足了灵活性、高可扩展性等员的工作量发展需求数据库系统应用实例数据库系统广泛应用于各行各业是当今社会不可或缺的信息基础设施从,电子商务、金融支付到社交网络数据库系统在数据管理、事务处理、用户,访问等方面发挥着关键作用以电子商务为例数据库系统可以快速、高效地管理海量的商品信息、订单,数据、用户账户等确保业务运转的稳定性和可靠性同时数据库系统还支,,持复杂的商业分析帮助企业做出更明智的决策,本课程总结与展望课程回顾前沿趋势12本课程从数据库系统的基础随着大数据时代的到来新型,概念入手系统地介绍了数据数据库系统如和,NoSQL模型、关系数据库、语应运而生为数据管SQLNewSQL,言、事务处理、并发控制等理和分析提供了新的解决方核心知识案实战应用未来展望34通过案例分析学习如何将数数据库技术将持续发展为大,,据库系统应用到实际业务中数据、云计算等领域提供支,提升数据管理和决策支持能持助力企业实现数字化转型,力。