《数据库管理概要》课件

数据库管理概要本课件旨在提供对数据库管理系统的概述，涵盖基本概念、应用、设计、安全和性能等方面我们将深入探讨关系数据库模型、SQL语言、数据库设计原则、并发控制机制、安全策略、性能优化技术以及数据库系统管理等关键主题，并展望大数据时代数据库技术的发展趋势什么是数据库？定义特点数据库（Database）是按一定结构组织存储和管理数据的集合，数据库管理系统（DBMS）通常具有以下特点数据持久性、数通过数据模型描述数据之间的关系，并提供数据检索、更新、删据完整性、数据共享性、数据安全性、数据独立性、数据一致性除等功能数据库为用户提供了一种高效、可靠的数据管理方式等数据库的发展历程文件系统时代1950s-1960s1早期的数据管理方式依赖于文件系统，数据存储在独立的文件中，缺乏数据一致性和共享性层次数据库模型1960s-1970s2层次数据库模型将数据组织成树状结构，具有数据共享性和一致性的优点，但灵活性有限网状数据库模型1960s-1970s3网状数据库模型使用网状结构组织数据，更灵活，但数据结构复杂，难以维护关系数据库模型至今1970s-4关系数据库模型将数据组织成二维表格，具有结构清晰、易于维护、灵活扩展等优点，成为目前最常用的数据库模型面向对象数据库模型至今1980s-5面向对象数据库模型将数据和操作封装在一起，更符合现实世界的复杂性，但性能和效率不如关系数据库模型数据库至今NoSQL2000s-6NoSQL数据库是非关系型数据库，旨在解决关系数据库在处理海量数据和高并发访问时的局限性数据库的作用和应用领域数据存储和管理信息检索12数据库是存储和管理数据的核心，为各种应用提供数据支撑数据库提供快速、高效的数据检索功能，支持用户进行各种查询和分析数据分析和挖掘数据共享和协作34数据库支持数据分析和挖掘，帮助用户发现数据背后的规律数据库提供数据共享平台，促进不同用户、部门之间的协作和趋势和信息交流数据库系统的基本组成数据库用户应用程序存储和管理数据的集合，数据库系统的使用者，访问数据库的软件，例是整个数据库系统的核通过各种应用程序访问如网站、管理系统、心数据库移动应用等数据库管理员负责数据库的设计、维护、安全、备份和恢复等工作数据模型的概念和类型层次模型网状模型数据组织成树状结构，每个结点只能有一个数据组织成网状结构，每个结点可以有多个父节点，用于表示数据之间的层次关系父节点和子节点，用于表示数据之间复杂的12关联关系关系模型面向对象模型43数据组织成二维表格，使用关系代数和关系数据和操作封装在一起，使用对象、类和继演算进行数据操作，是最常用的数据库模型承等概念来描述数据和行为关系数据模型的基本原理关系关系是指一个二维表格，用于存储和管理数据每个表格代表一个实体集，每一行代表一个实体，每一列代表一个属性元组元组是指关系中的每一行，代表一个实体实例元组由属性值组成，每个属性值对应一个列属性属性是指关系中的每一列，代表一个实体的特征或属性属性值对应每个实体的具体信息域域是指属性的值域，表示属性可以取值的范围例如年龄的域可以是0-150岁关系代数和关系演算关系代数关系演算关系代数是一种基于集合运算的语言，用于对关系数据进行操作，关系演算是一种基于逻辑运算的语言，使用谓词逻辑表达查询条包括选择、投影、连接、交、并、差等运算件，比关系代数更抽象，但更灵活语言基础SQL数据定义语言DDL1用于创建、修改、删除数据库对象，例如表、视图、索引等数据操纵语言DML2用于对数据库中的数据进行插入、删除、更新、查询等操作数据控制语言DCL3用于管理数据库的权限、安全、完整性等，例如授权、撤销授权、设置完整性约束等事务控制语言TCL4用于控制数据库的事务，保证数据的完整性和一致性，例如提交事务、回滚事务等语句的基本语法SQL语句关键字SQL语句使用特定关键字来标识操作类型，例如SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE、CREATE、DROP、ALTER等表名指定要操作的表，例如CUSTOMER、ORDER、PRODUCT等列名指定要操作的列，例如NAME、AGE、CITY等条件表达式使用WHERE子句指定查询条件，例如WHERE AGE20排序使用ORDER BY子句对结果集进行排序，例如ORDER BYNAME DESC语句的查询操作SQLSELECT语句用于从数据库中查询数据，返回结果集WHERE子句用于指定查询条件，筛选符合条件的记录FROM子句指定要查询的表ORDER BY子句用于对查询结果进行排序GROUP BY子句用于对查询结果进行分组，进行统计分析HAVING子句用于对分组结果进行筛选语句的插入操作SQL1语句INSERT用于向数据库表中插入新的记录2子句VALUES用于指定要插入的记录值语句的更新操作SQL语句UPDATE1用于修改数据库表中已存在的记录子句SET2用于指定要修改的列及其新的值子句WHERE3用于指定要修改的记录条件，筛选需要修改的记录语句的删除操作SQL子句FROM2指定要删除记录的表语句DELETE1用于从数据库表中删除记录子句WHERE用于指定要删除记录的条件，筛选要删除3的记录数据库设计的基本流程需求分析1分析用户需求，确定要存储的信息，并建立数据模型概念设计2建立概念数据模型，描述数据之间的关系，并使用E-R图进行表示逻辑设计3将概念数据模型转换为逻辑数据模型，选择合适的数据模型，例如关系模型物理设计4将逻辑数据模型转换为物理数据模型，选择合适的存储结构，例如索引、分区等数据库实现5使用数据库管理系统（DBMS）实现数据库，包括创建表、建立约束、添加数据等操作数据库测试6对数据库进行测试，确保数据库的功能和性能符合需求数据库设计的三范式第一范式第二范式第三范式1NF2NF3NF所有属性值都是不可分割的原子值，每个属满足第一范式，并且非主键属性完全依赖于满足第二范式，并且非主键属性之间不存在性都只能存储单一数据，不能出现多值属性主键，不能部分依赖于主键传递依赖，每个属性都直接依赖于主键数据库设计案例分析场景设计步骤假设要设计一个图书管理系统，需要存储图书信息、借阅记录、

1.需求分析确定要存储的数据项，例如图书名称、作者、出读者信息等数据版社、ISBN、借阅日期等

2.概念设计建立概念数据模型，使用E-R图表示数据之间的关系

3.逻辑设计将概念数据模型转换为关系模型，定义表结构和属性

4.物理设计选择合适的存储结构，例如索引、分区等

5.数据库实现使用DBMS创建数据库，建立表、添加数据等操作数据库完整性约束实体完整性参照完整性保证每个关系中的每个元组都有保证关系之间的关联关系，当一一个唯一的主键，用于识别不同个关系中的外键引用另一个关系的实体的主键时，外键值必须与被引用的主键值相匹配域完整性保证每个属性值都必须属于其对应的域，保证数据类型和取值范围的正确性数据库并发控制机制事务的特性ACID原子性Atomicity事务中的所有操作要么全部成功，要么全部失败，保证数据的一致性一致性Consistency事务执行前后，数据库的状态必须保持一致，保证数据完整性隔离性Isolation多个事务之间相互隔离，一个事务的执行不会影响其他事务，保证数据独立性持久性Durability事务一旦提交，其对数据库的修改就成为永久性的，即使系统崩溃也不会丢失数据事务的隔离级别1读未提交Read Uncommitted允许读取未提交的事务的修改，可能出现脏读问题2读已提交Read Committed只能读取已提交的事务的修改，防止脏读问题，但可能出现不可重复读问题3可重复读Repeatable Read保证同一个事务多次读取相同的数据，结果一致，防止不可重复读问题，但可能出现幻读问题4串行化Serializable事务之间串行执行，保证事务的隔离性，但性能较低死锁的产生及解决死锁产生解决死锁多个事务互相等待对方释放资源，导致所有事务都无法继续执行，

1.预防死锁使用锁顺序协议，避免循环等待资源

2.检测死锁形成死锁定期检测数据库中是否存在死锁，并进行解锁

3.恢复死锁选择一个事务回滚，释放资源，让其他事务继续执行数据备份与恢复备份策略1制定数据备份计划，包括备份频率、备份类型、备份介质等备份方法2使用DBMS提供的备份工具或第三方软件进行备份，例如完全备份、增量备份、差异备份等恢复操作3使用备份数据进行恢复，例如使用完全备份进行恢复、使用增量备份进行恢复等恢复测试4定期进行恢复测试，确保备份数据可以正常恢复数据库安全性概述数据机密性数据完整性12保护数据不被未授权访问，防保证数据的准确性、一致性，止数据泄露防止数据被篡改数据可用性3保证数据可以被授权用户正常访问和使用，防止数据丢失或不可用数据库安全措施用户认证访问控制网络安全使用用户名和密码验证根据用户的权限控制用使用防火墙、入侵检测用户的身份，限制未授户对数据库对象的访问，系统等手段保护数据库权用户的访问例如读取、写入、更网络安全，防止外部攻新、删除等操作击数据加密对敏感数据进行加密，即使数据被盗也无法解密，防止数据泄露访问控制模型基于角色的访问控制RBAC将用户划分到不同的角色，并根据角色分配访问权限，简化权限管理基于策略的访问控制PBAC使用策略规则控制用户访问权限，更灵活，但规则定义较为复杂数据库审计目的内容记录数据库操作日志，用于监控数据库活动、追溯责任、识别安记录用户的登录、退出、数据访问、数据修改、系统配置等操作全威胁数据库性能优化索引优化1创建合适的索引，加速数据检索速度查询优化2使用最佳查询策略，例如选择合适的索引、优化查询条件等数据库配置优化3优化数据库配置参数，例如缓存大小、连接池大小等硬件优化4选择性能更强大的硬件设备，例如CPU、内存、磁盘等索引的概念和作用定义索引是数据库表中的一棵树状结构，存储着表中某些列的值以及对应记录在表中的位置，用于快速定位记录作用加速数据检索速度，提高查询效率，尤其适用于经常进行数据查询的场景索引的类型和原理哈希索引2使用哈希函数将键值映射到索引记录的位置，B+树索引适用于精确匹配查询，但不支持范围查询最常用的索引类型，将索引组织成B+树结构，1便于快速查找数据，并支持范围查询全文索引用于检索文本数据，对文本进行分词和索引，3支持模糊匹配查询查询优化技术查询计划优化查询重写优化查询缓存优化使用数据库提供的查询计划工具分析查询语将复杂的查询语句转换成等效的简单查询语将执行过的查询结果缓存起来，避免重复执句，选择最优执行计划句，提高查询效率行查询，提高查询效率数据库管理员的职责数据库设计和开发数据库维护和管理数据库安全管理123参与数据库设计和开发，确保数据库管理数据库系统，包括备份、恢复、制定安全策略，实施访问控制，保护满足用户需求安全、性能监控等数据库安全数据库性能优化故障诊断和解决45分析数据库性能问题，进行性能优化，提高数据库效率及时诊断和解决数据库系统故障，确保数据库正常运行数据库系统的监控性能监控安全监控错误监控监控数据库的CPU、内监控数据库的登录、退监控数据库系统出现的存、磁盘、网络等资源出、数据访问、数据修错误和异常，及时排查使用情况，识别性能瓶改等操作，识别安全威解决问题颈胁数据库系统的维护定期备份1根据备份策略定期进行数据备份，防止数据丢失系统更新2及时更新数据库系统和相关软件，修复漏洞，提高安全性性能优化3定期进行性能优化，提高数据库效率安全审计4定期进行安全审计，识别安全风险数据库系统的升级计划升级确定升级目标、制定升级计划，包括升级版本、升级步骤、测试方案等准备升级备份数据、测试环境、准备升级脚本等执行升级执行升级操作，根据升级文档进行操作验证升级测试升级后的系统，确保系统功能正常，性能符合预期完成升级完成升级操作，发布新版本，通知用户数据库系统的故障诊断收集日志1收集数据库系统的错误日志、性能日志等信息，用于分析故障原因分析日志2分析日志信息，识别故障类型、故障原因、故障影响等排查问题3根据日志信息排查故障，例如检查数据库配置、检查数据完整性、检查网络连接等解决问题4根据故障原因解决问题，例如修改配置、修复数据、恢复备份等数据库系统的性能调优性能分析1使用监控工具分析数据库性能，识别性能瓶颈优化策略2制定优化策略，例如创建索引、优化查询语句、调整配置参数等执行优化3执行优化操作，例如创建索引、修改查询语句、调整配置参数等验证效果4验证优化效果，确保数据库性能得到改善大数据时代的数据库数据规模数据类型数据速度数据价值大数据时代的数据库需要处理大数据时代的数据库需要处理大数据时代的数据库需要处理大数据时代的数据库需要挖掘海量数据，规模达到PB、EB各种类型的数据，包括结构化高速率数据，例如实时数据数据价值，例如用户行为分甚至ZB级别数据、半结构化数据和非结构流、社交媒体数据等析、商业洞察等化数据数据库简介NoSQL定义特点NoSQL数据库是非关系型数据库，灵活的存储模型、高可用性、高旨在解决关系数据库在处理海量扩展性、低成本等数据和高并发访问时的局限性应用场景社交网络、电商平台、物联网等需要处理海量数据和高并发访问的场景云数据库服务概况云数据库优势主要服务类型弹性扩展、按需付费、高可用性、关系型数据库服务（RDS）、数据安全等优势非关系型数据库服务（NoSQL）、数据仓库服务（DW）等主要云服务商AWS、Azure、阿里云、腾讯云等数据库发展趋势展望总结与展望数据库管理系统是信息技术的重要基础，其发展趋势将更加注重云计算、大数据、人工智能等技术融合，为用户提供更强大、更安全、更高效的数据管理解决方案随着技术不断进步，数据库管理系统将继续扮演着关键角色，推动数据驱动型决策和数字化转型。