数据库基础知识培训课件

数据库基础知识培训课件第一章数据库概述与发展历史什么是数据库核心定义数据库是按照特定数据结构来组织、存储和管理数据的仓库系统它不仅仅是数据的简单堆砌而是一个有组织、可共享、统一管理的数据集合,主要特点数据结构化存储便于检索和管理•,支持多用户共享访问•实现数据的统一控制和管理•提供高效的数据访问机制•保证数据的安全性和完整性•数据库管理系统DBMS数据定义数据操作定义数据库结构、表结构、字段类型和约束条件执行查询、插入、更新、删除等数据操作任务安全控制维护管理管理用户权限、数据访问控制和安全策略数据备份恢复、性能优化和故障处理是介于用户和数据库之间的软件系统它为用户提供了便捷的数据访问接口同时负责数据的安全性、完整性和一致性维护常见的包括、DBMS,,DBMS Oracle、、等MySQL SQLServer PostgreSQL数据库发展三个阶段人工管理阶段数据库系统阶段时期世纪年代之前时期世纪年代后至今:2050:2060特点数据完全依靠人工处理没有专门的软件管理工具数据不保存特点采用统一的数据模型实现结构化管理数据与程序独立:,,:,,在计算机中优势数据共享性好冗余度低易扩展和维护:,,局限效率极低易出错数据无法共享:,,123文件系统阶段时期世纪年代末至年代中期:205060特点使用文件系统存储数据数据开始保存在磁盘中:,局限数据冗余严重程序与数据耦合度高难以维护:,,数据库发展演变从庞大的磁带存储到整齐的文件柜再到今天云端的数据中心数据库技术的每一次飞跃,,都深刻改变了人类处理信息的方式第二章数据模型基础数据模型是数据库系统的核心基础它决定了我们如何看待、组织和操作数据理解数据模型就是掌握数据库设计的精髓,,数据模型的定义与分类数据模型是对现实世界数据特征的抽象表示是数据库系统的理论基础它提供了一种,描述数据、数据关系、数据语义和数据约束的方法0102概念模型逻辑模型面向用户的高层语义模型独立于具体面向数据库实现的模型包括关系模型、层,,常用实体关系模型模型表示次模型、网状模型等描述数据的逻辑结构DBMS,-ER,03物理模型描述数据在存储介质上的组织方式关注数据的存储结构和存取方法,实体关系模型图-ER模型三要素ER实体Entity现实世界中客观存在的对象图形表示矩形框:示例学生、教师、课程:关系Relationship实体之间的联系和关联图形表示菱形框:示例学生选修课程、教师授课:模型通过简洁直观的图形化方式帮助设计者准确描述业务需求是概念设计ER,,阶段最重要的工具属性Attribute实体或关系的特征和性质图形表示椭圆形:示例学号、姓名、成绩:关系模型简介关系模型由研究员于年提出是目前应用最广泛的数据模型它以IBM E.F.Codd1970,简单的二维表格形式组织数据具有坚实的数学理论基础,表格结构键的概念数据以二维表关系形式存储行代表主键唯一标识表中每条记录外键建立,,记录元组列代表字段属性表与表之间的关联关系,支持SQL通过标准化的语言进行数据定义、查询和操作SQL关系模型示例教务管理系统数据表设计学生表学号主键、姓名、性别、出生日期、专业课程表课程号主键、课程名、学分、学时成绩表学号外键、课程号外键、成绩、考试日期数据完整性约束实体完整性主键值不能为空且必须唯一:参照完整性外键值必须在被参照表中存在:用户定义完整性成绩范围分:0-100通过主键和外键的约束机制关系模型确保了数据的一致性和完整性防止非法数据进入数据库,,第三章数据库系统结构与组成数据库系统采用分层架构设计通过模式分离实现数据独立性这是数据库技术的重要创,,新之一数据库系统组成数据库数据库管理系统DB DBMS存储数据的集合是系统的核心资源管理和维护数据库的软件系统,数据库管理员应用程序DBA负责数据库的设计、维护和管理用户通过应用程序访问和使用数据库这四个组成部分相互协作共同构成完整的数据库系统其中三级模式结构是内部的核心架构,,DBMS数据库的三级模式结构内模式Internal Schema模式也称存储模式、物理模式Schema:外模式也称逻辑模式、概念模式External Schema:定义数据物理结构和存储方式的描述:也称用户模式、子模式:定义数据库中全体数据的逻辑结构和特征描:特点一个数据库只有一个内模式对用户透:,定义数据库用户能够看见和使用的局部数据述:明的逻辑结构特点一个数据库只有一个模式是数据库设:,特点一个数据库可以有多个外模式每个用计的核心:,户可以有自己的视图数据独立性三级模式结构的主要目的是实现数据独立性使数据库的逻辑结构和物理结构可以分别修改而不影响彼此,物理数据独立性逻辑数据独立性定义当数据的逻辑结构改变时用户的应用程序可以保持不变:,实现通过修改模式内模式映像实现:/示例增加新的数据表或字段不影响现有应用:定义当数据的物理存储结构改变时数据的逻辑结构可以保持不变:,实现通过修改外模式模式映像实现:/示例更换存储设备、改变索引结构不影响应用程序:数据独立性的价值极大提高了数据库系统的灵活性和可维护性是数据库技术相比文件系统的重大进步:,第四章语言基础SQL结构化查询语言是关系数据库的标准语言掌握是数据库应用开发的必备技能SQL,SQL简介SQL是专门用于管理关系数据库的标准化语言它于年被SQLStructured QueryLanguage1986美国国家标准协会采纳为标准后来被国际标准化组织确认ANSI,ISO的主要特点SQL综合统一集数据定义、操作、控制于一体:高度非过程化只需描述做什么无需怎么做:,面向集合一次操作多条记录:语法简洁易学易用接近自然语言:,标准统一不同数据库产品通用:数据定义语言数据操作语言数据控制语言DDL DMLDCLCREATE,ALTER,DROP SELECT,INSERT,UPDATE,DELETE GRANT,REVOKE数据定义语言SQL DDL用于定义和管理数据库对象的结构包括数据库、表、索引、视图等DDL,12创建数据库创建数据表CREATE DATABASE学校管理系统;CREATE TABLE学生学号CHAR10PRIMARY KEY,创建一个新的数据库实例姓名VARCHAR20NOT NULL,性别CHAR2,年龄INT;定义表结构、字段类型和约束34修改表结构删除数据库对象ALTER TABLE学生DROP TABLE临时表;ADD手机号VARCHAR11;DROP DATABASE测试库;增加、删除或修改表的列永久删除数据库或表数据操作语言SQL DML用于对数据库中的数据进行查询和更新操作是日常使用最频繁的语句DML,SQL查询数据插入数据SELECT-INSERT-SELECT姓名,年龄INSERT INTO学生FROM学生VALUES2024001,WHERE年龄20;张三,男,21;从数据库中检索所需信息向表中添加新的记录更新数据删除数据UPDATE-DELETE-UPDATE学生DELETE FROM学生SET年龄=22WHERE年龄18;WHERE学号=2024001;从表中删除指定记录修改表中已存在的记录查询示例SQL单表查询--查询年龄大于20岁的所有学生信息SELECT*FROM学生WHERE年龄20;--查询计算机专业的学生姓名,按学号排序SELECT姓名,学号FROM学生WHERE专业=计算机科学ORDER BY学号;多表连接查询--查询每个学生的选课情况SELECT学生.姓名,课程.课程名,成绩.分数FROM学生INNER JOIN成绩ON学生.学号=成绩.学号INNER JOIN课程ON成绩.课程号=课程.课程号WHERE成绩.分数=60;多表连接通过主键和外键建立表间关系实现复杂数据的综合查询常用的连接类型包括内连接、左连接、右连接等,INNER JOINLEFT JOINRIGHT JOIN第五章数据库设计基础良好的数据库设计是系统成功的关键科学的设计流程和规范化理论能够帮助我们构建高效、可靠的数据库数据库设计流程概念设计阶段需求分析阶段目标建立独立于的概念模型:DBMS目标了解用户需求明确数据和功能要求:,产出图、实体关系描述:E-R产出需求规格说明书、数据字典:方法实体分析、关系抽象、属性定义:方法访谈、问卷调查、业务流程分析:物理设计阶段逻辑设计阶段目标确定数据的存储结构和访问方法:目标将概念模型转换为关系模式:产出物理结构设计文档、索引方案:产出关系模式、数据表定义:方法存储结构选择、索引设计、性能优化:方法图转换、规范化处理:ER规范化理论简介规范化是一种设计方法通过分解关系模式来消除数据冗余和操作异常提高数据的一致性和完整性,,0102第一范式第二范式1NF2NF每个属性都是不可再分的原子值消除重复组满足且非主属性完全依赖于主键消除部分依赖,1NF,,0304第三范式范式3NF BCBCNF满足且非主属性不传递依赖于主键消除传递依赖满足且每个决定因素都包含候选键是更严格的2NF,,3NF,,3NF规范化的权衡过度规范化可能导致查询性能下降实际应用中需要在规范化程度和查询效率之间找到平衡点:,关系模式规范化示例原始表存在冗余学号姓名系名系主任课程名成绩张三计算机系王教授数据库00185张三计算机系王教授算法00190问题存在数据冗余系名、系主任重复、更新异常、插入异常、删除异常:规范化后符合3NF学生表系部表成绩表学号姓名系号系号系名系主任学号课程名成绩张三计算机系王教授数据库001CS CS00185算法00190优势消除了冗余每个表只存储一类信息数据一致性得到保证修改操作更加安全可靠:,,,第六章数据库事务与并发控制在多用户环境下事务管理和并发控制确保数据库操作的正确性和一致性是数据库系统,,可靠运行的重要保障事务的概念与特性ACID事务是数据库操作的逻辑单元它将一组操作视为一个整体要么全部成功要么全部失败经典的银行转账就是事务的典型例子,,,原子性一致性Atomicity Consistency事务是不可分割的工作单位事务中的操作要么全部执行要么全部不执行事务执行前后数据库必须保持一致性状态满足所有完整性约束,,,,示例转账时扣款和入账必须同时成功或失败示例转账前后总金额保持不变::隔离性持久性Isolation Durability并发执行的事务之间不能相互干扰一个事务的中间状态对其他事务不可见事务一旦提交其对数据库的改变就是永久性的即使系统故障也不会丢失,,,示例多人同时转账互不影响示例转账成功后即使停电数据也不丢失::事务操作提交使事务永久生效回滚撤销事务的所有操作:COMMIT,ROLLBACK并发控制与锁机制并发问题多个事务同时访问数据库时可能出现:丢失修改后提交的事务覆盖先提交的修改:脏读读取未提交的数据:不可重复读同一事务中多次读取结果不同:幻读读取到新插入的数据:隔离级别读未提交

1.Read Uncommitted读已提交

2.Read Committed可重复读

3.Repeatable Read串行化

4.Serializable锁机制共享锁锁S允许多个事务同时读取数据但不允许修改,排他锁锁X独占访问其他事务不能读取或修改被锁定的数据,死锁处理检测死锁并强制回滚其中一个事务释放资源,第七章数据库安全与备份恢复数据安全是数据库系统的生命线完善的安全机制和备份策略是保护企业核心数据资产的必要手段数据库安全管理用户管理权限控制视图机制创建用户账户设置强密码策略定期更新密码基于最小权限原则只授予必要的操作权限创建视图隐藏敏感数据提供定制化的数据访问,,,,CREATE USERanalyst@localhost GRANTSELECT ON销售数据CREATE VIEW员工基本信息ASIDENTIFIED BYSecure@2024;TO analyst@localhost;SELECT姓名,部门FROM员工REVOKE DELETEON客户信息WHERE部门=销售部;FROM staff@%;审计日志数据加密记录所有数据库操作追踪可疑行为满足合规要求敏感数据加密存储传输过程使用协议保护,,,SSL/TLS安全策略建议定期审查权限设置、启用多因素认证、实施数据分类分级保护、建立安全事件响应机制:备份与恢复策略备份类型1完全备份备份整个数据库的所有数据优点恢复简单快速:缺点耗时长占用空间大:,恢复流程2增量备份故障诊断只备份自上次备份后变化的数据1确定故障类型和影响范围优点速度快节省空间:,缺点恢复复杂需要多个备份文件选择备份:,2确定需要恢复的备份点3执行恢复差异备份3还原数据并应用日志备份自上次完全备份后的所有变化优点恢复较快:验证测试缺点备份量逐渐增大:4确认数据完整性最佳实践采用备份策略至少保留份副本存储在种不同介质其中份异地存储定期进行恢复演练确保备份可用性:3-2-1——3,2,1,结语数据库技术的未来与学习建议:新兴技术趋势分布式数据库数据库大数据融合增强NoSQL AI支持海量数据存储和高并发访问实非关系型数据库适用于非结构化数数据库与大数据平台深度集成支持智能化查询优化、自动调优、异常,,,现数据的水平扩展和地理分布据、高性能读写场景实时分析和智能决策检测等技术应用AI学习建议理论与实践结合关注技术演进培养综合能力扎实掌握数据库基础理论通过实际项目了解主流数据库产品特性学习云数据库、掌握数据建模、性能优化、安全管理等,,练习编写和数据库设计分布式数据库等新技术综合技能提升问题解决能力SQL,数据库技术是信息时代的核心基础设施持续学习、勤于实践您将在数据管理领域开创更广阔的职业发展空间,!。