《数据库概述》课件

数据库概述数据库是一种集中管理数据的电子系统它能够有效地存储、管理和处理大,量数据通过数据库我们可以快速、安全地访问、更新和分析数据从而支,,持各种业务应用和决策数据库的定义和特点定义特点数据库是一个大型的、集中管数据库具有数据独立性、数据理和共享的数据集合它能够为关系型、数据共享性和数据永,多个用户提供有组织和共享的久性等特点能够满足现代信息,数据处理的需要作用数据库能够有效组织和管理大量数据为用户提供高效、可靠和安全的,数据访问服务数据库的发展历程1960年代1早期数据库系统最初出现,主要采用层次模型和网状模型这些模型虽然能够很好地描述数据之间的复杂关系,但存在操作复杂、扩展性差等问题1970年代2关系数据库模型被提出,凭借其简单、灵活的特点迅速崛起IBM公司的System R和Ingres项目为关系数据库的发展做出了重要贡献1980年代3面向对象数据库模型应运而生,它能更好地支持复杂数据类型和面向对象编程同时,分布式数据库和并行数据库技术也不断发展数据模型的发展与特点层次模型网状模型关系模型面向对象模型层次模型是最早的数据模型网状模型在层次模型基础上关系模型以二维表格的形式面向对象模型将实体建模为之一，以树状结构组织数据发展而来，允许多对多关系组织数据，使用行列结构描对象，包含属性和方法能，父子关系明确适用于简，更好地反映现实世界中的述实体及其属性简单易用更好地反映现实世界的复杂单的数据关系，但无法有效复杂数据结构但管理复杂，支持查询语言，成为性，但实现和管理复杂，尚SQL表示复杂的数据联系，难以扩展主流数据模型未完全取代关系模型层次模型层次模型是最早出现的数据模型之一它将数据组织成树状结,构数据以节点的形式存储节点之间存在父子关系层次模型,,具有简单、直观的特点易于实现数据的增删改查操作,但是层次模型也存在一些局限性比如无法很好地表达复杂的,实体间关系难以满足复杂业务需求扩展性也较弱,,网状模型网状数据模型是一种以数据记录之间的关系为基础的非规范化数据模型在这种模型中，数据以节点的形式存储，节点之间的关系通过指针来表示网状模型可以更好地反映现实世界中复杂的数据结构和关系网状模型的主要特点是数据之间存在多对多的关系，可以更好地满足复杂应用场景的需求但是由于缺乏标准化，网状模型在实现和维护方面会更加复杂关系模型表格式数据结构关系代数和关系计算结构化查询语言关系模型采用二维表格式来组织数据每关系模型定义了一套丰富的代数运算和关系模型广泛采用作为标准的数据,SQL个表包含若干行和列行表示记录列表示查询语言如选择、投影、连接等可以高查询和操作语言语言简单易学功能,,,,,SQL,属性这种结构简单直观易于理解和操效地操作和检索数据强大已成为数据库应用的事实标准,,作面向对象模型面向对象模型是数据库发展的一大趋势，它将对象作为数据库的基本单元面向对象模型支持数据封装、继承和多态等特性可以更好地反映现实世界的复杂关系同时它还支持各种数,据类型如图像、音频、视频等与传统关系型数据库相比面,,向对象数据库在处理复杂数据结构和数据类型方面更具优势数据库系统的基本组成数据硬件12构成数据库系统的基础内容包括计算机、存储设备、输，包括各种类型的信息和数入输出设备等物理设备据软件人员34指数据库管理系统包括数据库管理员、应用程DBMS及其相关的应用程序软件序设计人员和最终用户等数据库管理系统DBMS数据存储与管理数据查询与访问数据库管理系统负责对数据进行存提供强大的查询功能，允许DBMS储、组织和管理，确保数据的安全用户通过语言高效地访问和检SQL性和可靠性索所需的数据系统配置与管理应用程序集成负责管理数据库的配置、用能与各种应用程序无缝集成DBMS DBMS户权限、性能调优等系统级功能，，为企业提供全面的数据管理解决确保数据库健康运行方案数据库管理系统的功能数据存储与管理数据安全与完整性并发控制故障恢复负责将数据有序地存确保数据的安全性防协调多个用户同时访提供备份和恢复机制DBMS DBMS,DBMS DBMS,储在数据库中并提供高效止非法访问并维护数据的问数据避免数据不一致保护数据免受系统故障的影,,,的数据访问和管理完整性响数据库系统的结构物理层负责管理数据库存储和访问的底层基础设施,包括磁盘、磁带等硬件资源逻辑层定义数据的逻辑结构和组织方式,如数据模型、数据表等,为上层应用提供统一的数据视图应用层为终端用户和应用程序提供数据访问和操作接口,如查询语言、报表生成等功能管理层负责数据库的安全性、完整性、并发控制、故障恢复等管理功能,确保数据库的可靠性和一致性数据库系统的三级模式结构外模式1呈现用户视图概念模式2描述数据库整体结构内模式3定义物理存储结构数据库系统采用三级模式结构包括外模式、概念模式和内模式外模式呈现给用户的视图概念模式描述数据库整体的逻辑结构,,,内模式定义数据的物理存储结构三者层层抽象互相独立又密切关联共同构成数据库系统的完整架构,,外模式面向用户视图定义数据隐私外模式描述了数据库中的子集以满足特外模式通过定义虚拟表视图来提供数据外模式还可以控制用户对数据的访问权,定用户或应用程序的需求的逻辑表示限确保数据安全和隐私,概念模式整合数据视图抽象数据表达概念模式提供了一个整合的数概念模式使用更高级的抽象语据视图反映了整个数据库中的言如实体关系模型以更接近,,-,数据结构和约束条件用户思维的方式描述数据独立于物理实现概念模式独立于具体的存储方式和访问路径关注于业务需求本身,内模式物理结构层数据访问方式隐藏内部细节高度灵活内模式描述了数据库中数据内模式定义了数据在存储设内模式隐藏了数据库的内部内模式能根据硬件环境的变的物理存储结构包括磁盘备上的具体布局以及如何细节使上层的逻辑模式和化而进行调整和优化以提,,,,文件和索引的定义它是最高效地访问和检索数据这外模式能专注于业务需求高数据访问的效率和性能,底层的模式对用户是透明是实现数据库性能的关键而无需关注底层的物理实现,的数据库系统的运行过程数据接入1用户通过应用程序或接口向数据库提交数据请求数据处理2数据库系统接收请求，并根据数据模型和查询语句进行处理数据存储3处理后的数据按照一定的存储结构保存在数据库中结果反馈4数据库系统将处理结果返回给用户应用程序数据库系统的运行过程包括用户请求接入、数据处理逻辑执行、数据存储管理以及结果反馈等步骤这一过程确保了用户需求的快速响应和数据的安全可靠性数据库系统的安全性身份验证访问控制12通过用户名密码、生物特征等手段确认用户的身份合法根据不同用户的权限设置数据库资源的访问级别性数据备份加密技术34定期备份数据以确保在发生故障时可以恢复数据采用加密算法保护数据在传输和存储过程中的安全数据完整性数据完整性的目标数据验证确保数据库中的数据完整、准确和通过数据校验规则和约束条件确保,一致满足业务规则和约束条件数据输入的有效性和正确性,引用完整性事务处理确保表之间的关系和外键引用的正利用事务机制确保一组相关操作要确性避免悬垂引用和断裂链接么全部成功要么全部失败保持数,,,据一致性并发控制交互操作协调事务隔离保护12并发控制确保多个用户或应通过事务隔离机制防止并发,用程序同时访问数据时的正操作之间相互干扰确保数据,确性和一致性完整性锁定机制实施并发调度控制34使用行级锁、表级锁等锁定采用调度算法对并发事务进方式确保数据在操作过程中行合理调度和控制避免出现,,不会被其他事务修改死锁等问题故障恢复事务回滚数据备份日志记录当数据库出现故障时可通过事务回滚来定期备份数据是确保数据安全的关键措数据库系统会记录所有的操作日志这些,,恢复数据到之前的状态确保数据的一致施可在系统故障时快速恢复数据降低损日志可用于恢复数据对故障进行分析和,,,,性失防范数据库安全性的措施用户认证访问控制加密保护审计跟踪通过密码、生物识别等方式根据用户角色和权限设置数对敏感数据进行加密处理记录数据库访问和操作日志,验证用户身份确保只有合据库的访问权限防止未授防止被窃取或泄露以便分析和溯源,,,法用户可以访问数据库权的操作用户身份验证密码保护双重认证通过设置安全复杂的密码可有结合用户名密码与短信验证码,效防范未经授权的访问定期或生物特征识别提高身份认证,更换密码并禁止重复使用可进的可靠性和安全性一步提高安全性访问权限控制审计跟踪根据用户角色和职责对系统功记录用户的登录、操作等行为,,能和数据的访问权限进行严格方便事后排查和审计确保数据,控制最小化授权范围的可审查性,数据备份与恢复定期备份异地备份12定期对数据库进行全量备份将备份数据存储在远程异地和增量备份确保数据能够在位置以防范自然灾害或人为,,发生故障时快速恢复事故快速恢复测试验证34建立完善的应急响应预案能定期测试备份数据的完整性,够在发生故障时迅速启动恢和可恢复性确保备份方案的,复过程有效性数据库系统的发展趋势云计算与大数据1数据库系统正向云端迁移能够处理海量、复杂的数据满,,足大数据时代的需求与分布式NoSQL2传统关系型数据库面临挑战数据库和分布式数据,NoSQL库正逐步取代应对高并发和低延迟的需求,智能化与自动化3数据库系统正朝着自动化管理和智能决策的方向发展减轻,管理员工作负担数据库XML灵活性协同性结构性易扩展性数据库通过使用标签数据格式便于不同系数据能够以树状层次标签可以灵活定义使XML XML XMLXML,来定义数据结构可以很好统间的数据交换和共享提结构组织更好地反映现实得数据库能够轻松适应业务,,,地适应多样化的数据类型和高了跨平台的协作性这对世界中复杂的数据关系这需求的变化和数据模型的演应用需求这种灵活性使其于日益互联互通的数字化时为数据建模和查询带来了优进在互联网时代广受青睐代非常重要势对象关系数据库面向对象数据模型使用对象来表示数据实体,具有属性和行为支持继承、多态等面向对象特性关系模型融合在保留关系模型的优势基础上,集成了面向对象的概念和机制灵活性和扩展性与传统关系数据库相比,对象关系数据库在处理复杂数据类型和新需求方面有更强的适应性分布式数据库分布式结构事务管理负载均衡分布式数据库将数据库系统分散在不同分布式数据库需要复杂的事务管理机制分布式数据库需要智能的负载均衡算法,,的物理位置上通过网络进行连接和交互确保数据的一致性和完整性包括分布式根据数据访问情况动态调配资源提高整,,,这种结构可以提高可用性和容错性锁定、两阶段提交等技术体性能数据仓库和数据挖掘数据仓库数据挖掘数据仓库是一种集中式的数据数据挖掘是从大量数据中自动存储系统采用主题导向、集成发现有价值的模式和关系的过,、时变和非易失性的设计为企程可以帮助企业做出更明智的,,业提供高质量的分析数据决策协同应用数据仓库和数据挖掘可以协同工作为企业提供全面的数据分析能力支,,持业务决策和战略规划结论与展望数据库技术在过去几十年中取得了长足进步，在未来会继续推动信息技术的创新与发展展望未来，数据库系统将向更加智能化、分布式和云端的方向进化，为企业和个人提供更强大、更便捷的数据管理与分析能力。