《数据库概述》课件

数据库概述数据库是电子化信息系统的核心,用于存储和管理各种类型的数据,以支持各种应用程序和业务需求通过数据库技术,可以有效地组织和查询大量数据,提高工作效率课程导论课程概览学习目标课程安排使用方法本课程将全面探讨数据库的基掌握数据库的基本概念和特点本课程分为理论讲解和实践操课程通过PPT讲解、实验练习本概念、设计原理和技术实现;理解关系数据模型及其基础作两部分,理论部分包括数据、案例分析等多种方式,帮助通过系统学习数据模型、数概念;熟练运用SQL语言进行模型、关系数据库、SQL语言学生深入理解数据库的概念和据定义语言、数据操纵语言等数据库操作;掌握数据库设计等内容,实践部分则着重数据技术内容，帮助学生掌握数据库管的基本方法和流程库设计与开发理的核心知识数据库的定义和特点定义特点数据库是一个集中存储和管理相数据库具有持久性、集中管理、互关联的数据的计算机系统，它冗余度低、数据独立性强、数据能够为多个用户提供有组织和高共享性高等特点，能更好地满足效的数据访问用户的数据需求优势与传统的文件系统相比，数据库能更好地保证数据的安全性、完整性和一致性，提高了数据访问的效率数据库系统的组成数据库用户数据库是存储和管理数据的核心部分,用户是数据库系统的终端使用者,通过负责数据的存储、维护和检索用户界面与数据库进行交互应用程序数据库管理系统应用程序是连接用户与数据库的中间数据库管理系统DBMS是管理和控层,负责处理用户的请求并与数据库交制整个数据库系统的核心软件互数据模型层次模型网状模型关系模型数据以树状结构组织,数据元素以父子关系数据元素可以有多对多的复杂关系,能更好数据以二维表格的形式存储,表格由行和列相互关联应用于管理信息系统,具有简单地反映现实世界的复杂性应用于工程设计组成,能更好地满足数据的完整性和独立性性和灵活性和科学研究领域要求广泛应用于企业信息系统层次模型树形结构导航性强层次模型以树形结构组织数据,数层次模型的树形结构关系明确,查据以父子关系相互连接数据以找和浏览数据非常方便,可以快速分层的方式存储,形成根-子-孙的定位所需数据结构刚性限制层次模型的父子关系限制较死,增删改数据较为复杂,数据之间的联系不够灵活网状模型灵活结构复杂查询网状模型允许更灵活的数据结构,相比于层次模型,网状模型支持更记录之间可以通过多对多的关系复杂的数据查询和检索,能够更好连接这种结构可以更好地反映地满足企业的需求现实世界中复杂的实体关系性能挑战网状模型的复杂结构也带来了性能挑战,需要更高级的数据管理和查询优化技术关系模型基于数学理论简单灵活关系模型建立在数学关系理论的关系模型采用简单的二维表格结基础之上,具有强大的数学基础构,数据操作灵活,易于理解和使用数据独立性标准化查询语言关系模型可以实现物理数据独立关系模型采用SQL语言作为标准性和逻辑数据独立性,提高了系化的数据操作语言,大大提高了统的灵活性系统的可移植性关系数据库基础概念关系域属性码关系数据库中的关系是由行和域是属性的取值范围,定义了属性是关系中描述实体特征的码是一个或多个属性的组合,列组成的二维表格每个行代属性可以具有的数据类型,如基本单元,每个属性都有一个能够唯一标识关系中的每一个表一个独立的实体,每个列代整数、浮点数、字符串等名称和对应的数据类型元组主码是最小的能够唯一表实体的一个属性标识元组的属性集合关系二维表格关系是由行和列组成的二维表格，其中每一行代表一个元组，每一列代表一个属性属性集合关系中的每个属性都有其自己的域（取值范围），属性集合定义了关系的结构元组关系中的每一行都称为一个元组，每个元组代表一个实体对象的具体情况域数据域的定义域的完整性约束常见的数据域类型数据域是组成关系的基本单位它指某个属域完整性约束要求属性的实际取值必须属于•字符型性可以取的值的集合域是关系模型的基础该属性定义的域这可以防止非法数据的录•数值型，决定了该属性可以容纳的数据类型和取值入，确保数据的正确性和一致性•日期型范围•时间型属性定义类型特点属性是描述实体特征的基本单元,是构成关属性包括基本属性、派生属性和复合属性等•属性是最小的数据单元系的基本组成部分,可以根据不同需求进行定义•属性具有原子性,不可再分•属性具有独立性,不依赖于其他属性码唯一标识主键码是用于唯一标识数据元素的属主键是一个或多个属性的组合,它性或属性组合它确保了数据的可以唯一地标识一个关系中的每完整性和一致性一个元组候选码除主键之外,关系中可能还存在其他可以唯一标识元组的属性组合,这些被称为候选码完整性约束实体完整性域完整性12要求每个元组行都有一个唯一标识该元组的主键要求属性值必须满足预定义的数据类型和取值范围参照完整性用户定义完整性34要求外键值要么为空值,要么必须等同于某个关系中主键的用户可以根据需求定义特定的完整性约束条件值语言概述SQL数据定义语言用于创建、修改和删除数据库对象,如表、视图、索引等数据操纵语言用于增、删、改、查数据库中的数据记录数据控制语言用于管理数据库访问权限和事务处理数据定义语言DDL创建数据库创建表格修改表格删除对象使用CREATE DATABASE语使用CREATE TABLE语句可ALTER TABLE语句用于修改DROP语句可以删除数据库对句可以创建一个新的数据库以创建新的数据表可以定义现有表的结构,如添加、删除象,如数据库、表或视图这这是数据库开发的第一步表的结构,包括字段名、数据或修改字段这可以帮助我们在需要移除不再使用的对象时类型和约束条件适应不断变化的需求很有帮助数据操纵语言DML查询SELECT插入INSERT使用SELECT语句从表中检索数使用INSERT语句向表中添加新据,可以对结果进行过滤、排序和的数据行,支持单行或批量插入聚合更新UPDATE删除DELETE使用UPDATE语句修改表中已存使用DELETE语句从表中删除数在的数据,可以基于条件更新指定据行,可以根据条件选择要删除的的列行数据控制语言DCL权限管理安全审计备份和恢复DCL主要用于数据库权限的管理,包括DCL还包括AUDIT和NOAUDIT命令,用于DCL中的BACKUP DATABASE和GRANT和REVOKE命令,用于控制用户对对数据库操作进行审计,监控数据库的使用RESTORE DATABASE命令用于执行数据数据库对象的访问权限情况库的备份和恢复操作,保护数据安全数据库设计概论需求分析概念设计深入了解用户需求,收集业务需求,确定基于需求分析,创建数据库概念模型,定数据库的功能和目标义数据实体及其关系逻辑设计物理设计将概念模型转换为特定数据模型,如关根据逻辑设计,选择合适的存储结构和系模型,进行细化和优化访问方法,完成物理实现需求分析了解目标1明确客户的需求和期望收集资料2搜集相关业务流程和数据信息分析需求3梳理并确认关键需求点定义目标4确立数据库建设的目标和目的需求分析是数据库设计的第一步,需要深入了解客户的业务目标和信息需求,收集相关的业务流程和数据资讯,分析并确认关键需求点,最终定义数据库建设的目标和预期效果只有准确把握需求,才能设计出满足客户需求的高质量数据库概念设计定义需求基于前期的需求分析,确定数据库应该包含的信息和功能实体识别识别数据库中的关键实体,并定义它们的属性和相互关系实体建模采用E-R图等方式,将概念层面的实体和关系直观地表达出来验证与优化检查概念模型的完整性和一致性,并根据需求进行必要的优化逻辑设计数据建模1根据概念设计确定实体和关系数据结构2为实体属性定义数据类型和结构一致性检查3确保数据可以满足完整性约束逻辑设计是将概念模型转换为具体的数据结构和逻辑关系的过程这一阶段主要包括数据建模、定义数据结构以及确保数据的一致性和完整性设计师需要根据应用需求细化概念模型,确定合适的数据类型和结构,并建立必要的完整性约束条件物理设计硬件选择1根据数据库的性能要求和负载情况,选择合适的硬件平台,如CPU、内存、存储设备等数据分区2合理划分数据,将数据分布到不同的存储设备上,提高访问效率索引设计3针对常用的查询条件,在相应的属性上创建索引以加快查询速度数据库系统的体系结构三级模式结构并发控制事务管理备份和恢复数据库系统采用三级模式设计数据库系统支持多用户并发访数据库系统提供事务管理功能数据库系统具有完善的备份和,包括外模式、概念模式和内问,通过并发控制机制确保数,确保一组操作要么全部成功恢复机制,以防止数据丢失或模式,实现了数据与程序的分据的一致性和完整性,防止事执行,要么全部失败回滚,保证损坏,确保数据的安全性和可离,提高了数据独立性和灵活务之间产生干扰数据的ACID特性靠性性三级模式结构外模式概念模式12外模式是用户视图,描述用户可概念模式是对整个数据库的逻以访问的数据子集和对数据的辑结构描述,独立于物理实现操作方式内模式三级分离34内模式定义了数据在物理储存三级模式结构确保了数据的独上的组织方式,是最底层的描述立性,使系统更易于维护和扩展并发控制锁机制使用锁来确保数据的一致性和完整性,避免事务之间的相互干扰事务管理利用事务机制保证数据库操作的原子性、一致性、隔离性和持久性死锁检测与预防及时发现和解决死锁问题,避免并发操作造成的数据不一致事务管理事务定义事务特性12事务是一组不可分割的操作序列,要么全部执行成功,要么全事务具有ACID特性:原子性、一致性、隔离性和持久性部执行失败事务状态并发控制34事务可以处于四种状态:活动、部分提交、提交和中止事务管理需要并发控制机制来解决事务之间的资源争用备份和恢复数据备份数据恢复定期备份数据是保护数据安全的关键备份可以采用增量备份或当系统发生故障或数据丢失时，可以从备份中恢复数据恢复过完全备份的方式，记录数据的变化历史备份数据可存储于本地程分为全量恢复和增量恢复全量恢复从头开始恢复，增量恢复磁盘、远程服务器或云端存储基于之前的备份继续恢复数据库安全性授权和访问控制数据备份和恢复通过用户认证和权限管理来确保定期备份数据并建立完善的恢复只有授权用户能访问和操作数据流程,确保在发生故障时能快速恢库复数据数据加密对敏感数据进行加密存储,保护数据不被非授权人员访问授权和访问控制权限管理身份验证审计跟踪通过精细的授权机制,可以限制用户对数据用户身份验证是保障数据库安全的基础,可对数据库的操作活动进行审计跟踪,可以及库的访问权限,防止非授权操作带来的安全以采用密码、生物识别等多种验证方式时发现异常行为并进行响应处理风险数据备份和恢复定期备份数据快速有效的恢复制定备份策略定期备份数据是保护数据不受丢失或损坏的发生数据丢失或损坏时,需要能够快速有效制定符合业务需求的备份策略,确定备份频关键可以使用多种备份方式,如云备份、地从备份中恢复数据,尽量减少对业务的影率、保留期限、存储位置等,并定期验证备磁带备份或硬盘备份响份的完整性和可用性数据加密数据加密的重要性加密算法密钥管理数据加密方案数据加密是保护敏感信息安全常见的加密算法包括对称加密密钥的生成、存储和使用是数加密方案包括文件加密、数据的关键措施它可以防止未经如AES和非对称加密如据加密的关键环节需要制定库加密、通信加密等根据实授权的访问和数据泄露,确保RSA选择合适的加密算法严格的密钥管理政策,确保密际需求选择合适的加密方案,数据在传输和存储过程中的完可以最大限度地提高数据安全钥的安全性和可靠性确保数据全生命周期的安全性整性和保密性性数据库性能优化索引优化查询优化合理使用索引可以大幅提高数据优化查询语句的语法结构和执行查询效率需要注意索引的建立计划可以降低系统开销合理使和维护用索引和数据库函数很关键数据库重构如果数据库结构或数据分布存在问题,需要对其进行重构以提高整体性能索引优化建立合适的索引根据查询需求选择最优的列作为索引,合理设计索引结构,避免过多索引降低性能优化索引维护定期进行索引重建和优化,保持索引的高性能和准确性监控索引使用情况通过数据库管理工具分析索引的使用频率和效果,根据实际情况调整优化查询优化1索引优化2SQL语句优化通过创建合适的索引可以大幅提高查询性能选择适当的列避免使用笛卡尔积、过多的嵌套子查询等不合理的SQL语句进行索引是关键结构优化查询条件和顺序执行计划分析分区表优化34通过分析数据库的执行计划,可以发现查询的瓶颈所在,针对对于大数据量的表,可以考虑按照某些列进行分区,提高查询性地优化效率数据库重构评估数据库现状优化数据模型全面评估数据库的性能、存储、精简数据结构,消除冗余和重复数安全性等方面,了解系统的瓶颈和据,提升查询效率和灵活性潜在隐患升级硬件资源根据实际需求,选用更高性能的服务器、存储设备和网络带宽,为数据库系统提供强有力的硬件支撑大数据时代的数据库技术NoSQL数据库云数据库分布式数据库NoSQL数据库以其高度可扩展性和灵活云数据库借助云计算技术实现按需扩展和分布式数据库能够横向扩展,提高了容错能性而备受青睐它们能够处理非结构化数自动化运维,满足了大数据时代对数据存储力和可用性它们将数据拆分存储在多个据,为大数据应用提供强大支持和处理能力的需求节点,支持海量数据的高速处理数据库NoSQL灵活的数据模型高扩展性优异性能NoSQL数据库摆脱了传统关系型数据库的NoSQL数据库可以通过水平扩展的方式来NoSQL数据库针对特定的应用场景进行了表格式数据模型,可以更好地适应应用需求应对海量数据和高并发访问的需求优化,可以提供更快的数据读写速度的变化云数据库弹性扩展自动运维云数据库能根据业务需求灵活地云数据库提供自动备份、故障检动态扩展计算资源和存储容量测和修复等运维功能,降低运维成本多样化选择全球部署云数据库提供从关系型到云数据库能部署于全球各地数据NoSQL等多种数据库服务,满足中心,为用户提供就近访问服务不同应用场景需求分布式数据库分布式架构数据分片复制和备份分布式数据库采用多个处理节点组成的分布通过将数据水平或垂直地划分为多个片段并分布式数据库可以将数据复制到多个节点上式系统架构，可以提高可扩展性和容错性分布存储在不同节点上，可提高查询效率，提高可靠性和可用性同时也支持数据备份和容灾。