《高级数据库马蔚》课件

高级数据库马蔚本课程介绍高级数据库概念和技术，涵盖数据库设计、事务处理、查询优化等课程介绍课程目标课程内容课程目标本课程旨在为学生提供深入的数据库原理涵盖了数据库体系结构、数据模型、关系通过理论学习和实践操作，使学生掌握数知识，培养他们构建、管理和优化数据库代数、语言、事务处理、并发控制、据库设计、开发和维护的核心技能SQL系统的能力数据库设计等核心主题数据库体系结构数据库管理系统DBMS1是一个软件系统，用于创建、维护和使用数据库DBMS•数据定义语言DDL•数据操纵语言DML•数据控制语言DCL数据库服务器2数据库服务器是运行的硬件和软件，用于存储和管理数据DBMS•物理存储管理内存管理••数据访问控制数据库客户端3数据库客户端是用户访问数据库的应用程序，通过进行数据交互DBMS•数据查询数据更新••数据备份数据模型关系模型面向对象模型关系模型是一种常用的数据模面向对象模型将数据和操作封装型，它以表格形式存储数据，每在一起，以对象的形式进行组个表格代表一个关系织，适用于复杂的数据结构和应用场景层次模型网状模型层次模型将数据组织成树状结网状模型允许数据之间存在多对构，每个节点代表一个记录类多的关系，但维护和管理较为复型，适用于具有明确层次关系的杂，近年来使用较少数据关系代数关系运算符选择投影连接关系代数提供了一组运算符，选择运算符从关系中选择满足投影运算符从关系中选择指定连接运算符将两个关系组合成用于操作关系数据库中的数特定条件的行的列一个新的关系据关系计算关系代数运算关系演算

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22.关系代数是基于集合论的运关系演算是一种基于逻辑的语算，用于对关系进行操作言，用于描述关系数据库中的查询关系数据库语言查询优化

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44.关系数据库语言（）是用关系计算中，查询优化是提高RDL于操作关系数据库的语言，例查询效率的关键如SQL语言SQL结构化查询语言数据操作语言数据控制语言是用于管理关系数据库还可以用于创建、修改还包括用于管理用户权SQL SQLSQL的标准化语言它是一种声和删除数据库对象，例如限和数据库完整性的语句，明性语言，这意味着您告诉表、视图和索引可以使用可以使用语句授权用GRANT数据库您想要什么，而不是语句插入数据，使户访问数据，可以使用INSERT查询语言告诉它如何获取它用语句更新数据，语句收回授权UPDATE REVOKE使用语句删除数的主要功能是查询数DELETESQL据据，可以使用语句SELECT来检索数据，还可以使用语句来过滤数据WHERE数据完整性数据完整性保证主键约束外键约束检查约束数据完整性是指数据的一致主键约束用于保证数据表中的外键约束用于确保数据表之间检查约束用于验证数据的合法性、准确性和可靠性每条记录都具有唯一的标识的关联关系的完整性性，确保数据的正确性数据库事务原子性一致性事务是一个不可分割的工作单事务必须保证数据库从一个一致元，要么全部执行，要么全部不性状态转换为另一个一致性状执行态隔离性持久性多个事务并发执行时，互不影事务一旦提交，其结果必须永久响，如同串行执行一样保存并发控制数据一致性互斥访问隔离级别并发控制确保多个用户同时访问数据库时并发控制机制防止多个事务同时访问相同并发控制定义了事务隔离级别，以控制事数据的一致性数据，以避免数据冲突务之间的可见性恢复机制恢复机制日志记录数据恢复机制旨在确保数据完整性，即使在系统故障或意外事件日志记录用于跟踪所有对数据库的更改，包括事务开始、提交和发生时回滚操作数据库恢复机制使用日志记录和检查点来还原数据到一致状态日志文件可以用于重建数据库到某个特定时间点，并确保数据一致性分布式数据库数据分布分布式事务12将数据库数据分散到多个节点上，实现数据分片和复制，跨越多个节点进行操作，保证数据一致性和完整性，挑战提高可用性和性能在于协调多个节点的操作数据一致性可扩展性34确保多个节点上的数据副本保持一致性，应对分布式环境随着数据量和用户量的增长，可以轻松添加节点，提升数下数据同步和冲突的挑战据库容量和处理能力数据仓库数据整合商业智能数据分析数据仓库将来自多个来源的数据整合在一数据仓库支持商业智能分析，帮助企业理数据仓库为数据分析师提供一个平台，以起，形成一个统一的视图解数据，做出明智的决策便他们可以深入研究数据并发现趋势数据挖掘数据分析数据探索利用各种统计学、机器学习和数通过数据可视化和统计分析等方据可视化技术来揭示隐藏在数据法来了解数据的特征和规律，为中的有意义的信息和模式，从而进一步的挖掘工作提供指导和支支持决策制定持数据模式识别预测分析挖掘数据中的关联规则、分类规根据已有的数据，对未来的事件则、聚类模式、序列模式等，帮或趋势进行预测，如预测客户购助人们更好地理解和预测数据中买行为、股票价格波动等的规律和趋势数据库安全性授权控制数据加密访问控制备份和恢复用户权限限制，确保数据安对敏感信息进行加密，防止限制用户对数据库的访问，定期备份数据库数据，防止全不同用户拥有不同权泄露数据在存储和传输过防止恶意访问通过身份验数据丢失建立数据恢复机限，访问、修改数据程中被加密，提高安全性证和授权控制，保障数据库制，保障数据完整性安全性能优化索引优化查询优化12使用合适的索引可以显著提高优化查询语句，减少不必要的查询速度操作数据结构优化硬件优化34选择合适的存储结构，例如使使用高速硬盘和更多内存可以用哈希表提高数据库性能索引技术加速数据检索提高查询效率索引就像书籍的目录，可以快速定位索引将数据组织成特定的数据结构，数据方便快速检索常见索引类型索引维护成本树、树是常用的索引结构，适用创建和维护索引会增加数据库的存储B B+于海量数据空间和性能开销树与树B B+树和树都是平衡树，用于存储和查找数据，在数据库索引中B B+起着重要作用树是一种多路平衡查找树，每个节点可以包含B多个子节点树是对树的优化，它将所有数据都存储在叶子B+B节点，内部节点只存储索引信息，提高了数据访问效率树在数据库索引中应用广泛，例如、等B+MySQL PostgreSQL数据库都使用树作为索引结构，提供高效的查询性能树B+B+的优缺点取决于具体应用场景，需要根据实际情况选择合适的树结构数据库中的锁锁的类型锁的用途数据库中的锁用于管理对数据的并发访问，防止数据不一致共享锁允许多个事务同时读取数据常见的锁类型包括共享锁（锁）和排它锁（锁）排它锁阻止其他事务读取或修改数据S X隔离级别读未提交读已提交可重复读串行化允许读取未提交的事务数据，确保读取到已提交的事务数确保在同一个事务内读取的数每个事务串行执行，避免幻读可能出现脏读现象据，避免脏读据是一致的，避免不可重复现象，但性能较低读并发控制算法两阶段封锁时间戳排序乐观并发控制多版本并发控制在事务开始时获取所有所需的为每个事务分配一个时间戳，假设冲突发生的概率很低，并维护数据的多个版本，以解决锁，并在事务结束时释放所有并根据时间戳来决定事务之间在事务提交之前检查冲突读写冲突，并允许多个事务同锁的执行顺序时访问数据和日志UNDO REDO日志日志UNDO REDO用于事务回滚，记录对数据库的用于事务恢复，记录对数据库的修改操作如果事务失败，数据成功修改操作如果数据库发生库可以根据日志撤销这些故障，可以根据日志重做UNDO REDO修改，保证数据的一致性这些修改，保证数据的一致性日志的作用和日志是数据库恢复机制的核心，确保数据库即使在故障UNDO REDO情况下也能恢复到一致状态恢复算法恢复目标恢复方法

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22.恢复数据库到一致性状态，保使用日志文件和备份数据，重证数据完整性和可用性建数据库到故障发生前的状态恢复步骤恢复类型

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44.分析日志文件，确定需要恢复包括事务恢复、实例恢复、介的数据，使用备份数据重建数质恢复，根据故障情况选择合据库适的恢复方法数据分区水平分区垂直分区范围分区根据行中的某个属性值将数据分成不同的将表中的不同列分成不同的部分，例如，根据某个属性值的范围将数据分成不同的部分，例如，将订单表根据客户进行将订单表中的订单详细信息和客户信息分部分，例如，将订单表根据订单日期进行ID分区别存储在不同的表中分区复制和聚簇数据复制数据聚簇12复制是指将数据库中的数据复制到多个节点上，以提高可聚簇是指将数据存储在一个或多个节点上，以提高性能和用的性和容错能力效率同步复制异步复制34同步复制是指在将数据写入主节点之前，将数据同步到所异步复制是指在将数据写入主节点之后，异步将数据同步有副本节点上到所有副本节点上数据库中的视图虚拟表数据隔离视图是基于基本表或其他视图的视图可以用来隐藏某些数据，从虚拟表它们不存储实际数据，而提高安全性，并简化对数据的而是提供了一种访问数据的简化访问方式数据重构数据更新视图可以用来简化对复杂数据的视图可以用来更新底层数据，但访问，并提供一种灵活的方式来需要注意更新操作对视图的影组织数据响数据库中的触发器自动执行操作提高数据完整性增强安全性触发器是一种特殊的数据库触发器可以用来强制执行业触发器还可以用于实现审计对象，它们在数据库发生特务规则和数据完整性约束，功能，记录对数据的操作，定事件时自动执行预定义的确保数据的一致性和可靠提高数据库安全性操作，例如数据插入、更新性例如，在插入员工信息或删除时，触发器可以自动生成员工编号，并根据员工部门分配相应的权限存储过程和函数存储过程函数优势可存储在数据库中，并可被反复调用它类似于存储过程，但返回一个值它们可提高代码重用性，简化应用程序逻辑，增们类似于编程语言中的函数，但更加面向以用于简化代码，提高可读性和可维护强安全性，提高性能数据库操作，可以执行多个语句性SQL数据库管理数据库管理系统数据存储和组织数据访问和控制备份和恢复DBMS提供数据存储和组织机控制对数据的访问权支持定期备份和恢复功DBMS DBMSDBMS是用于创建、维护和管制，确保数据的完整性和一致限，并提供安全措施以防止未能，以防止数据丢失和损坏DBMS理数据库的软件系统性经授权的访问数据库设计需求分析逻辑设计

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22.理解业务需求，确定数据范建立数据模型，设计实体关围系物理设计数据库实现

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44.选择数据库系统，设计存储结创建数据库，导入数据，进行构测试总结与展望数据库技术不断发展，未来将会更加智能化和人性化随着大数据、云计算和人工智能技术的进步，数据库将面临新的挑战和机遇。