《数据库基本概念》课件

数据库基本概念数据库是一种用于存储和管理信息的电子系统它提供了一种结构化的方式来存储和检索信息同时确保数据的安全性和完整性了解数据库的基本概念对于开,发和管理复杂的信息系统至关重要什么是数据库数据库定义数据库管理系统数据库架构数据库是一个有组织的、可共享的数据集合数据库管理系统DBMS是一种软件系统,数据库架构指数据库的整体结构,包括逻辑它包含了与某个特定主题或目的相关的数它允许用户创建、维护和控制数据库能有结构和物理结构体现了各种数据之间的联,,,据,并按照一定的数据模型存储和管理效管理数据并提供数据的安全性和完整性系,以及数据的组织方式数据库的特点数据共享性数据持久性12数据库可以实现数据的集中管数据库中的数据可以长期保存,理和共享,不同的用户可以共享不会因为用户程序的终止而丢同一个数据库中的数据失数据独立性数据一致性34数据库可以提供一定程度的数数据库可以确保数据的完整性据独立性使用户程序不需要关和一致性避免数据重复或者冲,,注数据的存储细节突数据库的作用信息管理数据共享数据安全性数据一致性数据库提供了一个集中的数据数据库允许多个用户或应用程数据库提供了丰富的安全机制数据库可以确保数据的一致性仓库可以有效地存储和管理序同时访问和共享数据提高如访问控制、事务管理和备和完整性避免出现数据冲突,,,,各种类型的数据,满足不同用了数据的可用性和利用效率份恢复,确保数据的完整性和或不一致的情况户的信息需求可靠性数据库的分类关系型数据库非关系型数据库基于关系模型的数据库数据以表格形不基于关系模型灵活的数据存储方式,,式存储支持查询语言例如适合处理大数据和高并发例如,SQL,、、等、等MySQL OracleSQL ServerMongoDB Redis分布式数据库面向对象数据库数据分布在多个物理位置提高可靠性将数据建模为对象更贴近软件开发,,,和负载均衡使用时透明化地访问,如支持复杂数据类型适用于多媒体和和等领域Google BigtableCassandra CAD/CAM关系型数据库结构化数据存储支持语言SQL关系型数据库将数据组织成二维关系型数据库支持SQL标准查询表格遵循严格的行列结构适合对语言用户可以轻松地对数据进行,,,结构化数据进行管理和查询增删改查等操作事务处理功能丰富的数据类型关系型数据库具有完整的事务处关系型数据库支持多种数据类型,理功能确保数据的一致性和完整如数字、文本、日期时间等满足,,性不同应用场景的需求非关系型数据库灵活的数据建模高性能水平扩展非关系型数据库能够适应不同格非关系型数据库能在水平方向上式和结构的数据无需预先定义数进行扩展提高了数据存储和处理,,据模式,更加灵活的性能天生支持大数据非关系型数据库擅长处理大规模、非结构化的数据如视频、图像、文本等,数据库系统的组成数据库应用程序数据库是用于存储和管理相关数据的集合它是数据库系统的核心组成部应用程序是与数据库交互的软件系统,用于输入、查询和管理数据它们分是数据库系统的前端接口123数据库管理系统数据库管理系统DBMS是用于创建、维护和控制数据库的软件它提供了对数据的完整性和安全性的保障数据库管理系统核心组件支持多功能12数据库管理系统是管理和维护数据库的核心软件系统能够支持数据定义、数据操作、数据控制以及数据事务处DBMS,DBMS提供了存储、访问和管理数据的基本功能理等多种功能,为用户提供全方位的数据管理服务保证数据安全提高效率34负责保护数据库中的数据不被非授权访问或修改确保数提供高性能的数据存储和访问大幅提高了数据处理的效DBMS,DBMS,据的安全性和完整性率和速度数据库管理系统的功能数据存储与管理数据查询与分析数据备份与恢复访问控制与安全管理数据库管理系统负责以结构化通过数据库语言如SQL,用户可数据库管理系统提供数据备份通过用户验证、权限管理等机的方式存储和管理数据,确保数以高效地查询、提取和分析存和恢复功能,确保数据在意外情制,确保对数据库的访问和操作据的安全性、完整性和一致性储在数据库中的各种数据况下能够得到及时有效的保护仅限于被授权的用户数据模型数据结构概念模型逻辑模型物理模型数据模型定义了数据的组织结概念模型用于描述用户所需的逻辑模型将概念模型转换为特物理模型定义了数据在计算机构和内部关系,是构建数据库的数据和业务规则,是最高层次的定的数据结构,如关系模型或网系统中的存储格式和访问方法基础数据抽象状模型实体联系模型-实体1现实世界中的对象或事物联系2实体之间的关系和相互作用属性3描述实体的特征和性质实体联系模型是一种概念性的数据模型用于表示现实世界中事物之间的联系和相互作用它由实体、属性和联系三个基本要素组成可以-,,更直观地描述现实世界的复杂结构该模型为数据库设计提供了重要的理论基础关系模型概念定义关系模型是将数据表示为二维表格的数据库模型每个表格都有若干行和列，行代表记录，列代表属性数据组织关系模型中的数据以行和列的形式组织，每一行代表一个实体，每一列代表实体的属性基本元素关系模型包括三个基本元素:实体、属性和关系实体是数据库中存储的基本对象,属性描述实体的特征,关系表示实体之间的联系优点关系模型易于理解和使用,支持复杂的查询和数据操作,具有良好的数据独立性和数据安全性层次模型和网状模型层次模型网状模型层次模型以树形结构组织数据数据项之间存在一对多的父子关系网状模型允许一个数据项有多个父节点可以表示复杂的多对多关,,它具有明确的层次结构方便导航和查询但不能体现复杂的数据系更加灵活但结构复杂难以管理和维护,,,,关系数据库设计的基本原则全面性可扩展性数据库设计应该涵盖系统中所需设计时应考虑未来系统功能和容的所有数据确保数据完整和一致量的扩展需求确保数据库能适应,,性变化安全性可用性数据库应具有良好的安全机制防数据库应高度可用能随时满足用,,止数据被非法访问或篡改户查询和更新的需求概念结构设计需求分析1了解用户需求并收集相关信息概念模型设计2定义实体、属性和实体间关系模型优化3检查模型的完整性和一致性概念模型验证4确保模型满足用户需求概念结构设计是数据库设计的第一步主要目的是确定数据的概念结构它通过分析用户需求定义实体、属性和实体间关系构建概念数据模型此,,,模型需经过优化和验证确保数据结构完整、一致满足用户需求,,逻辑结构设计确定关系架构基于实体关系模型,确定各个实体之间的联系关系,定义清晰的概念模式映射到关系表将概念模式中的实体和联系关系转化为关系数据库中的表和字段定义数据类型根据业务需求,选择合适的数据类型,优化数据存储效率设计主键和索引确定主键,并针对查询需求建立合理的索引,提高数据库性能物理结构设计硬件选择1根据数据库系统的具体需求选择合适的硬件平台包括服务器、,存储设备等确保系统有足够的计算和存储能力,数据存储2确定数据的存储方式如存储在硬盘、固态硬盘等设计合理的,,数据分区和索引策略提高数据访问效率,安全保护3采取必要的物理和逻辑安全措施如防火墙、加密等确保数据,,库系统和数据的安全性数据库语言定义语言操作语言控制语言事务控制数据库定义语言用于定数据库操作语言用于数据库控制语言用于管事务控制语言用于管理DDL DMLDCL TCL义数据库对象,如数据表、视对数据库中的数据进行增、删理数据库的用户权限和安全性数据库事务,如BEGIN图、索引等可以创建、修改、改、查等操作常见的,如GRANT和REVOKE等语TRANSACTION、和删除这些对象DML语句包括SELECT、句COMMIT和ROLLBACK等INSERT、UPDATE、语句等DELETE语言SQL数据定义语言用于定义数据库中的数据结构包括创建、修改和删除数据库、表等,数据操作语言用于对数据进行增、删、改、查等基本操作数据控制语言用于管理数据库用户、权限、事务等语句的组成SQL语句结构关键字子句SQL语句通常由关键字、子句、表达式和语句中的关键字如、语句中的子句如、SQL SQL,SELECT SQL,WHERE ORDER操作符等元素组成它们相互协调共同完、等用于指定要执行的等用于限定或修饰语句的执行条件,UPDATE DELETE,BY,SQL成数据库的增、删、改、查操作数据库操作它们是SQL语言的保留字,具和结果子句可以灵活组合,实现复杂的查有特殊含义询需求数据定义语言创建数据库对象修改数据库结构12数据定义语言可用于创建数据可以使用数据定义语言来改变库中的各种对象如数据表、视数据库中对象的结构如添加、,,图、索引等删除或修改列定义数据类型设置约束条件34数据定义语言允许开发者为数通过数据定义语言可以为数据据库中的字段指定合适的数据库对象设置各种约束,如主键、类型外键等数据操作语言语句语句语句语句SELECT INSERTUPDATE DELETE语句用于从数据库表中语句用于向数据库表语句用于修改数据库语句用于从数据库表SELECT INSERTUPDATE DELETE检索数据可以指定要查询的中添加新的数据行可以指定表中已有的数据行可以指定中删除数据行可以指定要删列、添加条件筛选以及对结果要插入的列和值,或者从其他表要更新的列和新的值,并添加条除的条件,以选择要删除的行进行排序等这是最常用的数中查询数据进行插入件筛选要更新的行据操作语句数据控制语言权限管理安全性与审核12数据控制语言用于管理数据库它还可设置数据库系统的安全对象的访问权限如授予用户读策略监控用户的访问活动防,,,取、修改或删除数据的权限止未授权的操作资源分配故障恢复34通过数据控制语言,管理员可以数据控制语言还可用于管理数合理分配数据库资源如内存、据库备份和恢复确保数据在意,,存储空间等,提高系统性能外情况下的安全性事务处理多步操作的一致性特性ACID事务处理确保一系列相关操作要事务处理遵循原子性么全部成功执行要么全部失败回、一致性,Atomicity滚保证数据的完整性和一致性、隔离性,Consistency和持久性Isolation的原则Durability ACID提高并发性通过事务并发控制可以有效管理多用户同时访问数据的场景提高数据库的,,并发处理能力并发控制事务隔离确保在多个事务并发执行时数据的一致性和完整性加锁机制使用行级锁、表级锁等机制控制多个事务对同一数据的访问并发控制算法采用如两阶段锁定协议等算法来避免死锁和其他并发问题备份与恢复数据备份灾难恢复增量备份自动化备份定期备份数据是确保数据安全当系统发生故障或数据遭到破除了全量备份外,定期进行增设置自动化备份任务可以确保的关键可以通过磁带、硬盘坏时,可以利用备份数据快速量备份也很重要增量备份可备份工作按时进行,降低人工等媒介进行完整备份,以防止恢复,减少业务中断系统备以大幅缩短备份时间,提高备操作的风险同时可以制定备数据丢失或损坏份和异地备份有助于提高灾难份的频率份策略,优化备份流程恢复的能力数据库安全性访问控制加密保护审计跟踪备份恢复通过身份验证和权限管理确保使用加密技术对数据库中的信建立日志记录系统,记录数据制定周期性的备份计划,将数只有授权用户能访问数据库息进行保护,确保数据在传输库的访问、修改等操作情况,据备份至独立的存储设备一设置用户角色和权限规则来限和存储过程中安全性采用先以便事后审查和溯源定期分旦发生数据丢失或破坏,可以制对敏感数据的操作进的加密算法和密钥管理机制析日志发现异常情况快速恢复数据数据库性能优化关注关键性能指标优化索引结构优化数据库查询分析数据库吞吐量、响应时间、和内通过调整索引定义、重建索引等方式改善分析查询语句结构采用合理的索引策略避CPU,,,存利用率等关键指标,了解瓶颈所在并针对查询速度和数据访问效率免全表扫描等低效操作性优化数据库趋势云数据库大数据分析12云计算和虚拟化技术的发展促海量数据的产生催生了分布式,,进了数据库向云端迁移云数据计算和存储等技术用于处理和,,库凭借其可扩展性和便捷性正分析非结构化数据,为决策提供逐步取代传统本地数据库数据支撑人工智能与自动化安全与合规34机器学习和深度学习技术的应随着数据隐私和合规性要求的用使数据库管理和优化得到自不断升级数据库安全防护和合,,动化,提高整体运营效率规管理也成为关键发展方向。