《主流数据库系统概述》课件

主流数据库系统概述本课件旨在为您介绍主流数据库系统的基本概念、发展趋势以及应用场景我们将从数据库系统概述开始，深入探讨关系型数据库和非关系型数据库的特性和应用，并分析大数据时代数据库技术的发展趋势通过学习本课件，您可以更好地理解数据库系统在现代信息技术中的重要作用，并为您的相关应用提供理论基础课程目标了解数据库系统的基本概念掌握关系数据库的基本原理熟悉主流数据库系统（了解非关系型数据库（和SQL语言Oracle、MySQL、SQL NoSQL）的基本概念Server等）数据库系统概述12数据库系统是指用于存储、数据库系统通常包含数据库管理和访问数据的计算机软、数据库管理系统（DBMS件系统它提供了一种结构）和应用程序三个基本部分化和可管理的方式来存储、数据库存储实际数据，检索和处理数据，是现代信DBMS负责管理和操作数据息技术的重要组成部分库，应用程序则负责与用户交互并访问数据库中的数据3数据库系统广泛应用于各种领域，例如电子商务、金融、医疗、教育等，为各种信息系统提供数据支撑，并实现信息共享和协同工作数据库基本概念数据指描述客观事物的符号表示，例数据库是指存储在计算机系统中的有数据库管理系统（DBMS）是指一种如文字、数字、图像、音频等数据是组织的数据集合它遵循一定的数据模软件系统，用于管理和操作数据库它信息系统中处理的基本对象型，并由数据库管理系统（DBMS）进提供数据定义、数据操作、数据控制等行管理和操作功能，确保数据的完整性和安全性数据模型数据模型是描述数据结构、数常见的数据库模型包括层次模据操作和约束的一套规则和规型、网状模型、关系模型、面范它为数据库系统的设计和向对象模型等其中，关系模实现提供了基础型是当前最流行的数据模型，因为它易于理解和使用，并具有良好的数据独立性和数据完整性数据模型的选择取决于数据库系统的应用需求和数据特点例如，对于结构化的数据，关系模型是一个不错的选择；而对于非结构化的数据，则可能需要考虑其他模型关系数据模型关系模型采用二维表关系模型使用主键和关系模型使用结构化的形式来表示数据外键来实现数据之间查询语言（SQL）作每个表代表一个实体的关联关系主键是为操作数据的标准语集，表中的每一行代唯一标识实体的属性言SQL语言提供了表一个实体，每一列，外键用于引用其他数据定义、数据操作代表一个属性表的主键、数据查询等功能关系代数1关系代数是一种基于集合论的数学理论，用于描述关系数据库的操作它提供了一套运算符，用于对关系进行操作，例如选择、投影、连接、除法等2关系代数是一种形式化语言，可以用来描述数据库查询的逻辑它为数据库系统的查询处理提供了理论基础3关系代数的操作可以通过关系代数表达式来表示，例如σR，表示对关系R进行选择操作；πA,BR，表示对关系R进行投影操作关系代数操作选择（Selection）从关系中选取满足特定条件的元组，例如σage20student投影（Projection）从关系中选取指定的属性列，例如πname,agestudent连接（Join）将两个关系基于公共属性进行连接，例如student joincourse onstudent.id=course.stu_id除法（Division）用于查找满足特定条件的所有元组，例如student/course，查找所有学习过所有课程的学生语言概述SQL数据操纵语言DML数据定义语言DDL1用于对数据库中的数据进行操作，例如用于定义数据库对象，例如创建表、修2插入数据、删除数据、修改数据等改表结构、删除表等数据控制语言DCL数据查询语言DQL4用于控制数据库的访问权限和安全策略3用于查询数据库中的数据，例如检索特，例如授予用户权限、撤销用户权限等定条件下的数据、统计数据等数据定义语言SQL创建表CREATE TABLEstudent idINT PRIMARYKEY,name VARCHAR50,age INT;修改表结构ALTER TABLEstudent ADDCOLUMN addressVARCHAR100;删除表DROP TABLEstudent;数据操纵语言SQL插入数据1INSERT INTOstudent id,name,age VALUES1,张三,20;删除数据2DELETE FROM student WHEREid=1;修改数据3UPDATE studentSET age=21WHERE name=张三;数据查询语言SQL基本查询1SELECT*FROM student;条件查询2SELECT*FROM studentWHERE age20;排序查询3SELECT*FROM studentORDER BYage DESC;聚合查询4SELECT COUNT*FROMstudent;高级特性SQL数据库设计概念设计逻辑设计物理设计从用户角度出发，定义数据库中的实体、将概念模型转换为关系模型，设计表结构确定数据库在物理存储上的实现细节，例属性和关系，形成概念模型通常使用实、属性类型、主键和外键等可以使用关如数据存储格式、索引、文件组织等需体关系图（ERD）来表示系代数或SQL语言来实现要考虑性能、安全性、可扩展性等因素概念设计12识别实体识别属性例如，学生、课程、教师等例如，学生姓名、学号、年龄等3定义关系例如，学生选修课程、教师讲授课程等逻辑设计将概念模型转换为关系模型，例如将学定义表结构，包括属性名称、数据类型使用SQL语言创建数据库对象，例如创生实体转换为student表，课程实体转、主键、外键等例如，student表包建表、添加约束、定义视图等换为course表，教师实体转换为含id、name、age等属性，id为主键teacher表物理设计1选择合适的数据库管理系统，例如Oracle、MySQL、SQL Server等2确定数据库的物理存储方式，例如使用磁盘存储还是内存存储3选择合适的索引策略，例如B树索引、哈希索引等，以提高查询效率4设计备份和恢复策略，以保证数据的安全性和完整性数据库系统体系结构单机体系结构所有的数据库组件都运行在同一台服这种架构简单易于管理，但扩展性有适用于小型数据库或数据量较小的应务器上，例如数据库文件、DBMS、应限，无法处理大量数据和高并发访问用程序用程序等客户端服务器体系结构-1数据库和应用程序分别运行在不同的服务器上，客户端通过网络连接到数据库服务器进行数据访问2这种架构具有更好的扩展性，可以处理更多数据和并发访问，但需要考虑网络延迟和数据传输问题3适用于大多数数据库系统，例如银行系统、电商系统等分布式体系结构数据库被分成多个数据片段，分布在多个服务器上，通过网络连接在一起，形成一个分布式数据库系统这种架构具有非常高的扩展性和容错性，可以处理海量数据和极高并发访问适用于大数据量、高并发的应用场景，例如搜索引擎、社交网络等关系数据库管理系统数据库MySQL数据库OracleMySQL是一个开源的数据库管理系统Oracle是全球领先的数据库管理系统1，以其易用性、性能和可扩展性而受到之一，以其强大的功能和高性能而闻名2广泛欢迎它适用于各种应用，例如它广泛应用于企业级应用，例如金融Web应用程序、移动应用程序等、电信、制造等数据库数据库PostgreSQL SQL Server4PostgreSQL是一个开源的数据库管理SQL Server是微软推出的数据库管理3系统，以其强大的功能和高可靠性而著系统，它与Windows操作系统紧密集称它支持各种数据类型，并具有事务成，并具有强大的数据分析和报表功能隔离和并发控制等特性数据库Oracle12功能强大高性能支持各种数据类型、事务隔离、并发采用高级优化技术，可以高效处理大控制、数据备份和恢复等功能量数据和高并发访问3安全性高提供多种安全机制，例如用户认证、数据加密、访问控制等数据库MySQL开源免费，易于使用和部署性能优异，支持各种数据类型和存储引广泛应用于Web应用程序、移动应用程擎序等数据库SQLServer1与Windows操作系统紧密集成，具有良好的兼容性和易用性2支持各种数据类型和存储引擎，并具有强大的数据分析和报表功能3适用于企业级应用，例如金融、零售、制造等数据库PostgreSQL开源免费，支持各种数据类型和存储引擎具有高可靠性和稳定性，支持事务隔离和并发控制适用于需要高可靠性和功能强大的应用场景数据库概述NoSQL文档数据库数据库Key-Value以文档形式存储数据，适合存储结构化的或半结构化的数据，例如博客文章、2以键值对形式存储数据，简单易用，适产品信息等1合存储少量数据，例如缓存系统、用户列族数据库设置等以列族为单位存储数据，适合存储大3规模数据，并支持高效的列式扫描，5时序数据库例如时间序列数据、用户行为数据等专门用于存储时间序列数据，例如传感4图数据库器数据、金融数据等，并提供高效的时间查询功能以图结构存储数据，适合存储关系型数据，例如社交网络、知识图谱等数据库Key-ValueRedis是一个常用的Key-Value数据库，以其高性能和可扩展性而闻名Memcached也是一个常用的Key-Value数据库，适用于缓存系统，可以有效提高应用程序的性能文档数据库MongoDB是一个常用的文档数据Couchbase是一个多模型数据库，库，以其灵活性和可扩展性而受到支持Key-Value、文档和JSON等数广泛欢迎据模型列族数据库1Cassandra是一个常用的列族数据库，以其高可扩展性和容错性而闻名，适用于大规模数据存储2HBase是基于Hadoop的列族数据库，适用于存储大规模数据，并提供高效的列式扫描功能图数据库Neo4j是一个常用的图数据库，以其强大的图数据查询和分析功能而著称ArangoDB是一个多模型数据库，支持文档、图和Key-Value等数据模型，并提供丰富的图查询功能时序数据库InfluxDB Prometheus1一个开源的时序数据库，专门用于存一个开源的监控系统，包含一个时序2储和分析时间序列数据，提供高效的数据库，用于存储和分析监控指标数时间查询功能据数据库NewSQL1NewSQL数据库试图结合关系型数据库和NoSQL数据库的优点，提供高性能、高可用性和可扩展性2常见的NewSQL数据库包括CockroachDB、VoltDB、TiDB等数据库安全数据完整性是指数据的准确性、一致性并发控制是指在多个用户同时访问数据事务管理是指将一组相关操作作为一个和完整性数据库系统需要提供数据完库时，保证数据的一致性和完整性常整体进行处理，要么全部成功，要么全整性约束来保证数据的准确性见的并发控制方法包括锁机制和时间戳部失败事务管理保证数据的原子性和机制一致性数据完整性实体完整性每个实体都应该参照完整性外键值必须匹配有一个唯一标识，通常使用主主键值，保证数据之间的关联键来实现关系一致性域完整性属性值必须符合预定义的域，例如年龄必须是正整数并发控制锁机制在操作数据之前，需要获时间戳机制每个数据都包含一个取锁，以阻止其他用户访问该数据时间戳，根据时间戳进行数据一致锁机制可以确保数据的原子性和性判断时间戳机制可以实现并发一致性操作，但需要考虑时间戳的同步问题事务管理1事务是指一组原子操作，要么全部成功，要么全部失败2事务的特性包括原子性Atomicity、一致性Consistency、隔离性Isolation和持久性Durability，称为ACID特性3数据库系统提供了事务管理机制，以确保事务的ACID特性，保证数据的完整性和一致性数据库备份与恢复数据库备份是指将数据库中的数据和结构信息复制到另一个存储介质上，以防数据丢失数据库恢复是指在数据丢失或损坏的情况下，使用备份数据将数据库恢复到正常状态数据库备份和恢复是保证数据安全性和完整性的重要手段大数据时代的数据库发展云数据库数据库即服务DBaaS将数据库部署在云平台上，提供弹性扩将数据库作为一种服务提供给用户，用2展、高可用性和数据安全保障1户无需管理数据库基础设施，只需关注流数据库数据的使用和应用用于处理流式数据，例如实时日志、传感器数据等，提供高效的数据处理3时空数据库和分析能力5内存数据库用于存储和分析时空数据，例如地理数4据、气象数据等，提供高效的时空数据将数据存储在内存中，以实现高速数据查询和分析功能访问，适用于实时分析和高性能交易系统数据库即服务亚马逊的AWS RDS、微软的Azure SQLDatabase、谷歌的CloudSQL等都是典型的DBaaS服务DBaaS服务简化了数据库的管理和维护，降低了用户的使用门槛，并提供了可扩展性和高可用性保障云数据库云数据库是指部署在云平台上的数常见的云数据库服务包括亚马逊的据库服务，它具有弹性扩展、高可AWS RDS、微软的Azure SQL用性、数据安全保障等优势Database、谷歌的Cloud SQL等流数据库1流数据库用于处理流式数据，例如实时日志、传感器数据等，提供高效的数据处理和分析能力2常见的流数据库包括Apache Kafka、Apache Flink、Apache SparkStreaming等内存数据库内存数据库将数据存储在内存中，以实现高速数据访问，适用于实时分析和高性能交易系统常见的内存数据库包括Redis、Memcached、SAP HANA等时空数据库PostGIS GeoServer1一个开源的空间数据库扩展，提供了一个开源的空间数据服务器，可以发2丰富的空间数据类型和函数，支持空布和共享空间数据，并提供地图服务间查询和分析图数据库12图数据库以图结构存储数据，适合存储关系型数据，例如社交网图数据库可以高效地执行图数据查询，例如查找两个节点之间的络、知识图谱等路径、计算图中的中心节点等时序数据库时序数据库专门用于存储时间序列数据，例如传感器数据、金常见的时序数据库包括InfluxDB、Prometheus、OpenTSDB融数据等，并提供高效的时间查询功能等总结与展望数据库系统是现代信息技术的重要组随着大数据时代的到来，数据库技术未来，数据库技术将继续发展，朝着成部分，在各种应用中发挥着不可或不断发展，出现了各种新型数据库，更高性能、更高可用性、更高扩展性缺的作用例如NoSQL数据库、NewSQL数据库的方向发展、云数据库等。