数据库系统概论

数据库系统概论知识总结，包括数据库模型、发展过程，关系数据库、SQL语言、并发控制、数据库恢复技术、数据库设计等内容。

数据库系统概论

• 绪论
  • 数据库组成
    • DBS=DB+DBMS+DBA+应用程序
  • 数据库发展过程
    • 人工管理阶段
      • 数据不保存
      • 应用程序管理数据
      • 数据不共享
      • 数据不具有独立性
    • 文件系统阶段
      • 数据可长期保存
      • 由文件系统管理数据
      • 数据共享性差，冗余度高
      • 数据独立性差
    • 数据库系统阶段
      • 数据结构化
        • 数据库系统和文件系统最本质区别
      • 数据共享性高、冗余度低且易扩充
      • 数据独立性高
        • 物理独立性
          • 模式/内模式映像
            • 从高到低
        • 逻辑独立性
          • 外模式/模式映像
            • 视图保证
      • 由数据库管理系统统一管理和控制
  • 数据模型
    • 数据库的核心和基础
    • 现实世界数据特征的抽象
    • 分类
      • 第一类
        • 概念模型
          • E-R图
          • 现实到信息的第一层抽象
          • 概念模式
      • 第二类
        • 逻辑模型
          • 模式、逻辑模式、外模式、表、关系模式
          • E-R图向表的转换
        • 物理模型
    • 组成要素
      • 数据结构
        • 用数据结构的类型命名数据模型
      • 数据操作
      • 数据的完整性约束条件
        • 看书上的例子
        • 实体完整性 P158
          • 主码唯一且不为空
            • PRIMARY KEY（列级）/PRIMARY KEY(...)(表级）
              • 多个主码用表级
            • 方法：全表扫描/索引（B+树）
        • 参照完整性 P160
          • 外码取空或为另一元组的主码
            • 外码不一定要和被参照的主码同名
            • FOREIGN KEY(...) REFERENCES 参照的表名（...）
            • 检查与违约处理：NO ACTION/CASCADE/SET NULL
          • 参照关系与被参照关系 P46
            • • 有外键的是参照关系，没有外键的是被参照关系（可不写关系二字）
              • 参照和被参照可以是同一个表
        • 用户定义的完整性 P163
          • 属性上约束条件的定义：NOT NULL/UNIQUE/CHECK
    • 常用逻辑数学模型
      • 层次模型
        • 树形
        • 有且只有根结点无双亲
        • 根节点以外的结点有且仅有一个双亲
      • 网状模型
        • 图形
        • 允许一个以上结点无双亲
        • 一个结点可有多个双亲
      • 关系模型
        • （二维）表
          • 关系中每个分量都是一个不可分的数据项
          • 不允许表中有表
      • 面向对象数据模型
      • 对象关系数据模型
      • 半结构化数据模型
  • 数据库的三级模式结构
    • 外模式（子模式/用户模式）
      • 视图
        • 确保数据的安全性
      • 局部数据的逻辑结构和特征的描述
      • 外模式是模式的子集
      • 一个数据库可有多个外模式，一个外模式可被多个应用程序使用，一个应用程序对应一个外模式
    • 模式（逻辑模式）
      • 数据库的中心和关键
      • 全体数据的逻辑结构和特征的描述
      • 一个数据库只有一个模式
    • 内模式
      • 数据物理结构和存储方式的描述
      • 一个数据库只有一个内模式
• 关系数据库
  • 关系
    • 基本定义
      • 候选码、主码（主属性）
    • 性质
      • 列是同质的，分量来自同一域
      • 不同的列可来自同一域
      • 行、列的顺序可调换
      • 任意两个元组的候选码不能选相同值
        • 候选码可唯一识别一个元组
      • 每个分量必须是一个不可分的数据项
    • 关系模式是静态的，关系是动态的
      • 关系数据库的型是关系数据库模式
      • 关系数据库的值是 关系数据库
    • 一次一集合
      • 集合为操作的单位
    • 关系的完整性
    • 关系代数
      • 集合运算
        • 并
        • 差
          • 做差不需要包含关系
        • 交
          • R∩S=R-(R-S)
        • 笛卡儿积
          • 笛卡儿积和自然连接的区别：1.目的不同：笛卡儿积是将两个表的元组进行排列组合，连接是通过属性值相同的元组建立两个表的联系。2.结果不同：一个m行/元组，k1列/目的表；一个n行/元组，k2列/目的表；有a个属性中b个元组值相同笛卡儿积为（mn）行，（k1+k2）列的表；连接为b行，（k1+k2-b)列的表。
          • R有a目（列），m个元组（行）；S有b目（列），n个元组（行）；R×S=（a+b）目/列，mn元组/行
      • 关系运算
        • 选择
          • 元组
            • 格式
              • 单引号！
        • 投影
          • 列
            • 可能改变行和列
              • 去掉相同的行
                • 转化为SQL语句要加DISTINCT！
            • 格式
        • 连接
          • 若进行连接，桥梁放中间 eg.S连SC连C，SC放中间
          • 等值/θ连接
            • 转化为SQL语句取两个表*
          • 自然连接
            • 特殊的等值连接
              • 去掉相同的属性列
                • 行和列两个角度
          • 外连接
        • 除运算
          • 存在表A,B，取出表A中包含表B所有信息的关键字
            • 。
• SQL语言
  • 一个属性名出现在多个表中，要用点表明来源！！！字符型是单引号！！！不是双引号！！！
  • 数据定义
    • 模式
    • 表
      • 建表
      • • 修改表（区分update)
      • 删除表（区分delete）
    • 视图
      • 创建视图
        • 若视图从一个基本表中导出，且只是去掉基本表某些行和某些列，保留主码，称为行列子视图
        • 当select语句后选择的属性名较复杂（eg.聚集函数、多表），可采用命别名方式
      • 查询视图仍用SELECT语句
        • DBMS对视图的查询等价为对基本表的查询（视图消解）
        • 定义试图并查询视图和基于派生表的查询：一个定义永久保存在数字字典里，之后的查询可直接引用；一个语句执行后定义即被删除
      • 更新用update
      • 删除用delete
    • 索引
  • 数据查询
    • .
      • 列顺序可不一致
      • select后可接属性、表达式、字符串常量、函数
      • DISTINCT消除相同列
      • 通配符%、_只接LIKE/NOT LIKE
      • IS NULL/IS NOT NULL(不能用=）
      • AND优先级大于OR
      • BETWEEN...AND..包括上下限
      • order by默认升序（ASC），降序DESC
    • 聚集函数
      • count（）
        • 除count外其他的都跳过空值
      • sum（）
      • avg（）
      • max（）
      • min（）
      • 聚集函数不能在where里
    • 连接查询P99
    • 嵌套查询
      • 子查询的SELECT语句不能用ORDER BY语句，只能用于最终结果查询
      • 先执行子查询，再执行父查询
      • 可先写出连接查询，再构造嵌套查询，从下往上
      • 带有比较运算符的查询
        • ANY/ALL必须和比较运算符（=/>/<连用）
        • ALL对应所有，ANY对应任意一个
      • 带有EXISTS的子查询
        • 非空返回TRUE,空返回FALSE
      • 集合查询
        • 并UNION
        • 交INTERSECT
        • 差EXCEPT
      • 基于派生表的查询P113
  • 数据更新
    • 插入
      • .
        • 若按照建表属性顺序插入可不写属性列，若要写eg.student（sno,sname,ssex,sdept,sage)放在into后
        • 若指出表的属性值，不赋值时自动设为null；不指出必须每个手动赋值
    • 修改
      • 。
        • 删某一行
    • 删除
      • 删除满足条件的所有元组
• 并发控制
  • 带来问题
    • 丢失修改
      • 卖票系统：在修改前读数据，相当于没修改
    • 不可重复读
      • 验算：运算后修改数据，导致最后结果与之前计算的不同，实际计算过程是对的
    • 读“脏”数据
      • 有ROWBACK
• 数据库恢复技术
  • 事务
    • 事务是恢复和并发控制的基本单位
    • 要么做（COMMIT)，要么不做（ROWBACK）
    • 一个程序包含多个事务
    • 特性
      • 原子性
      • 一致性
      • 隔离性
        • 并发执行的各个事务间不能互相干扰
      • 持续性
        • 一个事务一旦提交，对数据库的改变是持久性的
  • 故障
    • • 事务故障UNDO
      • 系统故障REDO
  • 恢复技术
    • 数据转储
      • 只能恢复到转储时的状态
      • 分类
        • 静态/动态
        • 海量/增量
    • 登记日志文件
      • 用于事务故障恢复和系统故障恢复
• 数据库设计
  • 六个阶段
    • 需求分析
      • 通过调查现实世界要处理的对象，充分了解原系统的工作概况，分析用户需求，确定新系统功能
    • 概念结构设计
      • 将需求分析得到的用户需求抽象为E-R图
      • 实体之间的联系
        • 1：1
        • 1：n
        • m：n
      • E-R图
        • 三要素：实体、属性、联系
        • 实体用矩形
          • 题目没给属性就全部为实体，不要落下实体！
            • 属性是围绕实体的具体化（eg.课程号是课程的属性，而学生是一个实体，不是属性）
        • 联系用菱形
          • 菱形内要用文字写明联系
          • 联系可有属性！
        • 属性用椭圆形
      • E-R图的集成存在冲突
        • 属性冲突
          • 类型、取值范围、取值集合不同
        • 命名冲突
          • 同名异意/同意异名
        • 结构冲突
          • 在一个应用中当作属性，一个被当作实体
          • 实体包含的属性个数和排列次序不同
          • 联系不同
    • 逻辑结构设计
      • 主码标下滑线
      • E-R图向关系模式/表的转换
      • 分类
        • 1：1联系 任选其一放
        • 1：n联系 往n端放
          • 若往1端放会造成极大的数据冗余
          • 一般情况
          • 自己指向自己
        • m：n联系 2个码联合组成主码，单独拿出来
          • 注意加上联系的属性！
      • 由关系模式到E-R图的转换
    • 物理结构设计
      • 选取一个最适合应用要求的物理结构
      • 方法
        • B+树索引存取
        • hash索引存取方法
        • 聚簇存取方法
          • 把属性上具有相同值的元组集中存放在连续的物理块中
          • 不太进行改变的数据库适用
    • 数据库实施
    • 数据库运行与维护
• 数据库的规范化
  • 数据依赖
    • 存在问题
      • 数据冗余
      • 更新异常
      • 插入异常
      • 删除异常
    • 函数依赖
      • 函数依赖不是关系模式中的某个/某些符合，要所有实例符合才可以！
      • 非平凡的函数依赖
        • eg.(sno->sname,cno) 不存在包含关系
      • 平凡的函数依赖
        • eg.(sno,cno->sno) 存在包含关系
      • 完全函数依赖
        • 。
      • 部分函数依赖
      • 传递函数依赖
        • .
  • 码
    • 超码
      • 在主码的基础上加一些无关紧要的
      • 候选码的真子集一定不是超码
      • 候选码是最小超码
    • 主属性
      • 候选码中的一个属性
    • 全码
      • 子主题
        • 整个属性组都是码
    • 联系
  • 范式
    • 高层次的范式一定满足低层次的范式
    • 关键是要判断谁是主码，主码和其他属性的指向关系
    • 分类
      • 1.主属性/候选码->1NF/2NF/3NF   非主属性/全码->BCNF2.看清楚题干问法：是消除了还是剩余？   eg.满足2NF不满足3NF->消除了部分函数依赖，剩余传递函数依赖
      • 1NF
        • 不可再分，表中无表
        • 最基础的范式
          • 关系模式中的关系模式至少为1NF
        • 存在部分函数依赖和传递函数依赖
          • 判定为1NF判别其存在部分函数依赖即可
      • 2NF
        • 消除候选码的部分函数依赖
        • 消除方法：投影分解
        • 存在异常
      • 3NF
        • 消除候选码的传递函数依赖
      • BCNF
        • 消除全码的部分函数依赖和传递函数依赖
        • 条件
          • 所有非主属性对每个码都是完全函数依赖
          • 所有主属性对每一个不包含它的码也是完全函数依赖
          • X->Y,X不为非码，为主码
• 数据库的完整性
  • 内容
    • 数据的正确性
      • 符合现实世界语义、反映当前实际情况
    • 数据的相容性
      • 数据库的同一对象在不同关系表中是符合逻辑的
  • 数据的完整性约束条件
    • 实体完整性
    • 参照完整性
    • 用户定义的完整性
  • 完整性约束命名子句
    • 。
  • 触发器
    • 定义在关系表上
      • 一个触发器只能定义在一个表上
      • 一个表中能有6个触发器
    • 创建
      • 触发器事件有3种/3种触发器类型
      • 有3*2=6种方式
      • 对于UPDATE/DELETE可用OLD./NEW.区分新旧值
    • 删除
• 数据库的安全性
  • TSCE/TDI紫皮书
    • D
    • C1
      • 自主存取控制DAC
    • C2
    • B1
      • 强制存取控制MAC
    • B2
      • DAC+MAC
    • B3
    • A1
  • 不安全因素
    • 安全性
      • 子主题
    • 完整性
  • 自主存取控制
    • 授权
      • • 授予所有权限 grant all
        • select
        • insert
        • update（属性）
        • delete
      • 可授权对象
        • DBMS
        • OWNER
        • WITH CHECK OPTION的用户
      • 授权不能把权限授给祖先
      • 对用户的授权
        • TO 'U1'@'localhost'
    • 收回
      • 区分grant （to）！
    • 创建角色
      • 创建
      • 授权
        • 表给角色
        • 角色给角色（省ON语句）
    • 创建用户
      • 修改密码
  • 强制存取控制
    • 上读下写
      • 若相等，既可读也可写
    • TS>=S>=C>=P
  • 审计
    • 事后检查的安全机制