資料庫概論筆記第一章

資料庫概述

一、資料庫基本概念

1.資料庫系統

資料庫（DB）通常包含企業資訊的集合，（存在于硬碟上）

區分DB：業務是否相關

資料庫管理系統（DBMS）：存盤和檢索資料（要求方便和高效）（MySQL）

資料庫系統（DBS）：引入資料庫后整個系統（包含DB、DBMS）

DBS 包括 資料庫本身的軟體（資料庫管理系統DBMS、作業系統OS、應用系統）、硬體、資料庫管理員

2.計算機硬體

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OS指作業系統的檔案系統

3.使用資料庫系統的目的

1.使用檔案系統的缺點

? a. 資料的冗余和不一致（語言不同導致無法編譯）

? b.資料訪問困難（難以從資料中篩選有用的）

? c.資料孤立（格式不同）

? d.完整性問題（難以添加約束）

? e.原子性問題（難以在更改程序中進行復原）

? f.多個用戶的并發訪存（多個用戶同時 更改資料）

? g.安全性問題

4.資料視圖

資料庫系統為用戶提供資料的抽象視圖，隱藏了資料存盤和維護的某些細節

屏蔽復雜性的三個層次：

1.物理層

? 描述資料是怎么被存盤的

2.邏輯層

? 描述資料庫中資料是怎么存盤的和資料之間的關系

? 是描述整個資料庫是怎么存盤資料的

3.視圖層

? 描述一部分資料庫中的資料

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Secondary Memory：二級存盤器（硬碟）

5.模式schema和實體Instance

資料庫的模式：資料庫的總體設計

模式分為三種模式：物理模式（內模式）（1個）、邏輯模式（1個）、子模式（外模式）（里面可以有多個視圖），分別對應三種層次

物理資料獨立性：程式員通過邏輯模式來構造應用程式，應用程式不依賴于物理模式，即使物理模式改變，通過改變物理模式和邏輯模式之間的映射來保證邏輯模式不變

邏輯資料獨立性：即使邏輯模式改變，也可以保證子模式不變

資料庫的實體：特定時刻儲存在資料庫中資訊的集合

二、資料模型

用什么樣的結構組織資料

1.關系模型（Relational Model）

關系資料庫基于關系資料模型，使用表來表示資料和資料間的聯系，

表就是行的集合，也就是記錄的集合，每個記錄有多個分量，分量就叫做屬性，每一列就對應屬性，

每一個表就是一個關系，基于關系構建的就是關系資料模型，

2.物體聯系模型Entity-relationship data model（E-R模型）

資料庫設計使用的模型，基于現實世界認識構成，

物體Entity：現實世界中可區別于其他物件的事情或物體，如人、夢、賬戶，

物體的特征稱為屬性Attribute，如人所在街道，

聯系Relationship：物體之間的聯系

物體集Entity Set：具有相同屬性所有物體的集合，如某所大學的所有教師，

聯系集Relationship set：相同種類所有聯系的集合

圖形化表示：

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矩形：物體集 橢圓：屬性 菱形：物體間的聯系

3.基于物件的資料模型Object-based data model

面向物件的資料模型（E-R模型擴展）

4.半結構化資料模型Semistructured data model

XML

5.其他模型

網狀資料模型Network data model、層次資料模型Hierarchical data model

三、資料庫語言

語言分類：程序性語言procedural（指出需要的資料和怎么得到資料）C、java、非程序性語言（宣告性語言）declarative（指出需要什么資料）SQL語言

1.SQL語言（基于關系模型構建的語言）：結構化查詢語言，純pure資料庫語言

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在customer表中查詢id為，，的名字

a.資料庫定義語言DDL：資料庫從無到有或從有到無，建立資料庫、表

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把表的定義存盤于資料字典里，資料字典以表的形式存在，包含的資料稱為元資料metadata，

元資料：關于資料的資料，包含資料庫的模式database schema、完整性約束Integrity constraints、權限資料Authorization，

b.資料操縱語言DML（查詢語言）：資料庫查詢更新，可以使用現有的資料庫

訪問或者操縱按照某種適當資料模型組織起來的資料，

操作型別：檢索資料庫中的資訊、插入新的資訊、洗掉、修改資訊，（增刪改查）（大部分是查詢操作，）

四、資料庫程式語言

將SQL與其他高級語言配合時其他語言叫陣列語言，

1.在應用程式中訪問資料庫方法：

1.擴展陣列語言，嵌入SQL陳述句（特殊字符作為SQL開始），整個程式通過SQL預編譯器轉變為陣列語言程序呼叫，然后陣列語言再解釋執行.

2.提供應用程式介面，如ODBC（微軟）,JDBC（Java），

2.關系Relational資料庫

基于關系模型構建，

資料和資料之間的聯系通過表的集合來表示，

關系資料庫包含DML和DDL（一般就是SQL語言），

五、資料庫設計（最重要邏輯設計、物理設計）

1.邏輯設計Logical design

找到最優表的模式的集合，（業務層面：需要記錄哪些屬性，計算機科學方面：使用什么模式、屬性如何分布在模式里）

2.物理設計

決定資料庫物理布局，包括檔案組織形式、內部的存盤結構等，

六、資料庫用戶

1.資料庫普通用戶

分為應用程式員Application programmers（通過資料操作語言呼叫）、老練用戶Sophisticated users（用資料庫查詢語言研究資料）、專門用戶Specialized users（撰寫資料庫應用）、無經驗用戶Naive users（使用寫好的應用程式）

2.資料庫管理員DBA

職責：

1.模式定義（資料庫初始表的定義）

2.存盤結構和存取方法定義

3.資料訪問授權

4.定義完整性約束（條件合不合理）

5.與用戶聯絡

6.監控性能并根據需求進行變更

七、資料庫管理系統DBMS的功能

1.存盤管理

資料庫存盤于硬碟，使用作業系統、檔案系統，

存盤管理器storage manager提供資料庫的資料和應用程式之間的介面，將各種DML查詢操作翻譯為底層的檔案系統命令，

1.存盤管理器包括：

a.權限級完整性管理器manager

資料是否滿足完整性約束和檢查用戶的權限，

b.事務Transaction管理器

保證及時系統故障，資料庫也可以保證正確

保證并發的事務執行不發生沖突

資料庫應用中完成單一邏輯功能的操作集合，確保資料庫處于一致性狀態，

事務管理器確保意外情況資料庫正常，

并發控制管理器就是控制事件并發情況，

c.檔案管理器

分配磁盤存盤空間

管理磁盤存盤資訊的資料結構

d.緩沖區管理器

將資料從磁盤取到記憶體中

決定哪些資料應該被快取到磁盤中

2.存盤管理器部件應該實作的資料結構：

a.資料檔案data file

存盤資料庫的資料

b.資料字典data dictionary

存盤資料庫的元資料和資料庫的模式

data about data

c.索引indices

提供資料庫的快速訪問

對一列資料進行排序，排序的那個屬性后面還有一個指標，指向原資料位置，

2.查詢Query處理（可以在視圖層次作業）

實作：資料抽象、非程序性語言（SQL）

查詢處理器Query processor將SQL的陳述句翻譯成物理層的操作序列

1.組成：

1.DDL解釋器interpreter

解釋DDL陳述句，并將定義記錄在字典中

2.DML編譯器compiler and organizer

將查詢語言的DML陳述句翻譯成執行方案（低級指令），查詢的優化

3.查詢執行引擎Query evaluation engine

執行DML陳述句生成的執行計劃

2.執行給定查詢的其他方法（替代查詢）：

1.計算等價的運算式

2.采用不同的演算法

評估中間統計結果的資訊來計算運算式的代價，來找到最小的代價

計算代價取決于資料庫必須維護的統計資訊，通過統計資訊statistical data（相當于人類的經驗）來計算代價

3.查詢處理步驟

1.將查詢陳述句決議并翻譯parsing and translation成查詢處理器可以理解的關系代數運算式

2.系統對查詢進行優化，結合統計資訊盡可能選出最小查詢執行代價的查詢執行計劃 optimization

3.查詢執行引擎查詢并執行evaluation

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3.整體功能介紹

通過代碼想資料發出查詢請求：code -> engine

DML編譯器： 資料字典查詢權限資訊，統計資訊進行優化

檔案管理和緩沖管理：訪問資料和索引（也相當于一種資料）

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4.系統的體系結構Architecture

取決于資料庫運行的計算機系統，

1.集中式的Centralized

2.客戶-服務器式的Client-server

3.并行Parallel

針對并行的計算體系設計的

4.分布式Distributed

地理上分離的多臺計算機的