數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述
1.1.1 數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)庫(kù), 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng), 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)
- 數(shù)據(jù): 數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的基本對(duì)象
描述事物的符號(hào)記錄成為數(shù)據(jù). 描述事物的符號(hào)可以是數(shù)字, 也可以是文字, 圖形, 圖像, 聲音, 語(yǔ)言等, 數(shù)據(jù)有多重變現(xiàn)形式, 他們都可以經(jīng)過(guò)數(shù)字化后存入計(jì)算機(jī)
數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)解釋是不可分的
- 數(shù)據(jù): 數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的基本對(duì)象
-
數(shù)據(jù)庫(kù)(DataBase , 簡(jiǎn)稱(chēng) DB)
數(shù)據(jù)庫(kù)是長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi), 有組織的, 可以共享的大量數(shù)據(jù)的集合, 數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織, 描述和存儲(chǔ), 具有較小的冗余度, 較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性,和易擴(kuò)展性, 并可為各種用戶(hù)共享冗余度原环，通俗的講就是數(shù)據(jù)的重復(fù)度挠唆。在一個(gè)數(shù)據(jù)集合中重復(fù)的數(shù)據(jù)稱(chēng)為數(shù)據(jù)冗余
- 有組織 - 可共享 - 永久存儲(chǔ)- 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DataBase Managerment System, DBMS)
科學(xué)的組織和存儲(chǔ)數(shù)據(jù), 高效獲取和維護(hù)數(shù)據(jù),的一個(gè)系統(tǒng)軟件----數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件
功能:
- 1. 數(shù)據(jù)定義功能
DBMS 提供數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言(Data Definition Language, DDL), 用戶(hù)通過(guò)它可以方便的對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行定義.
2. 數(shù)據(jù)組織, 存儲(chǔ)和管理
DBMS 要分類(lèi)組織, 存儲(chǔ)和管理各種數(shù)據(jù), 包括數(shù)據(jù)字典, 用戶(hù)數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)的存取路徑等, 要確定以何種文件結(jié)構(gòu)和存取方式在存儲(chǔ)級(jí)上組織這些數(shù)據(jù), 如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系, 數(shù)據(jù)組織和存儲(chǔ)的基本目標(biāo)是提高存儲(chǔ)空間利用率和方便存取, 提供多種存取方法(如, 索引查找, Hash 查找, 順序查找等)來(lái)提高存取效率
3. 數(shù)據(jù)操縱功能
DBMS 還提供數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言(Data, Manipulation Language, DML), 用戶(hù)可以使用DML操縱數(shù)據(jù), 實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本操縱, 如查詢(xún), 插入, 刪除, 和修改等
4. 數(shù)據(jù)庫(kù)的事物管理和運(yùn)行管理
數(shù)據(jù)庫(kù)在建立, 運(yùn)用和維護(hù)時(shí)由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理, 統(tǒng)一控制, 以保證數(shù)據(jù)的安全性,完整性,多用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)的并發(fā)發(fā)使用及發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復(fù).
5. 數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)功能
它包括: 數(shù)據(jù)庫(kù)處事數(shù)據(jù)的輸入, 轉(zhuǎn)換功能, 數(shù)據(jù)庫(kù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ),恢復(fù)功能, 數(shù)據(jù)庫(kù)的重組織功能和性能監(jiān)視,分析功能等, 這些功能通常是由一些實(shí)用程序或管理工具完成
6. 其他功能
包括: DBMS 與網(wǎng)絡(luò)中其他軟件系統(tǒng)的通信功能, 一個(gè)DBMS 與另一個(gè)DBMS或文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能, 異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的互訪和互操作功能等. - 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(DataBase System, DBS)
數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫(kù)后的系統(tǒng), 一般由數(shù)據(jù)庫(kù), 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(及其開(kāi)發(fā)工具), 應(yīng)用系統(tǒng), 數(shù)據(jù)庫(kù)管理員構(gòu)成, 應(yīng)當(dāng)指出的是, 數(shù)據(jù)庫(kù)的建立, 使用和維護(hù)等工作只靠一個(gè)DBMS遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠, 還要有專(zhuān)門(mén)的人員來(lái)完成, 這些人稱(chēng)為數(shù)據(jù)庫(kù)管理員(DataBase Administrator, DBA)
- 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DataBase Managerment System, DBMS)
1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展
- 人工管理階段
2. 文件系統(tǒng)階段
3. 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段
1.1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的特點(diǎn)
- 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化
2. 數(shù)據(jù)的共享性高, 冗余度低, 易擴(kuò)充
3. 數(shù)據(jù)獨(dú)立性高
- 物理獨(dú)立性
- 邏輯獨(dú)立性
4. 數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制
數(shù)據(jù)控制功能
1. 數(shù)據(jù)的安全性保護(hù)(Security)
2. 數(shù)據(jù)的完整性(Integrity)
3. 并發(fā)(Concurrency)
4. 數(shù)據(jù)恢復(fù)(Recovery)
1.2 數(shù)據(jù)模型
- 數(shù)據(jù)模型(Data Model) 是現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象
1.2.1 兩類(lèi)數(shù)據(jù)模型
- 數(shù)據(jù)模型三方面的要求:
- 1.比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界
- 2.容易為人所理解
- 3.便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)
第一類(lèi)模型: 概念模型(Conceptual Model), 也稱(chēng)信息模型 , 它是按用戶(hù)的觀點(diǎn)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)和信息建模, 主要用于數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
第二類(lèi)模型: 層次模型(Hierarchical Model), 網(wǎng)狀模型(Network Model), 關(guān)系模型(Relational Model), 面向?qū)ο竽Ｐ?Object Oriented Model) 和對(duì)象關(guān)系模型(Object Relational Model), 按照計(jì)算機(jī)的觀點(diǎn)來(lái)建模.
現(xiàn)實(shí)世界---->(抽象)--->信息世界(概念模型)----->機(jī)器世界(DBMS支持的數(shù)據(jù)模型)
1.2.2 數(shù)據(jù)模型的組成要素
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ** 數(shù)據(jù)操作** 數(shù)據(jù)完整性
- 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):
- 與對(duì)象的類(lèi)型, 內(nèi)容, 性質(zhì)有關(guān),
如:網(wǎng)狀模型中的數(shù)據(jù)項(xiàng),記錄,
關(guān)系模型中的域,屬性,關(guān)系 數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對(duì)象, 例如:網(wǎng)狀模型中的系型(Set Type) - 數(shù)據(jù)操作: 對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各種對(duì)象(型)的事例(值)允許執(zhí)行的操作的集合,包括操作及有關(guān)的操作規(guī)則. 如查詢(xún),更新(插入,刪除,修改)
- 數(shù)據(jù)的完整性約束條件
- 與對(duì)象的類(lèi)型, 內(nèi)容, 性質(zhì)有關(guān),
1.2.3 概念模型
- 信息世界中的基本概念
- 實(shí)體(Entity)
客觀存在并可互相區(qū)別的事物 - 屬性(Attribute)
實(shí)體的某一特性 - 碼(Key)
唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性集 - 域(Domain)
屬性的取值范圍 - 實(shí)體型(Entity Type)
具有相同屬性的實(shí)體必然具有共同的特征和性質(zhì) - 實(shí)體集(Entity Set)
同一類(lèi)型實(shí)體的集合 - 聯(lián)系(Relationship)
實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系,指組成實(shí)體的各屬性之間的聯(lián)系
實(shí)體之間的聯(lián)系通常是指不同實(shí)體集之間的聯(lián)系
- 實(shí)體(Entity)
- 信息世界中的基本概念
-
2.兩個(gè)實(shí)體型之間的聯(lián)系
1.
1:1
2.1:n3.
m:n
4.兩個(gè)以上實(shí)體之間的聯(lián)系
1:m:n
m:n:p
5.單個(gè)實(shí)體型內(nèi)的聯(lián)系
1:1 1:n n:m -
概念模型的一種表示方法: 實(shí)體---聯(lián)系方法(Entity-Relationship Approach) 即 E-R 圖, E-R模型
- 矩形: 實(shí)體型
- 屬性: 橢圓
- 聯(lián)系: 菱形
- [實(shí)體及屬性圖]
- [實(shí)體及其聯(lián)系圖]
- [完整的實(shí)體-聯(lián)系圖]
1.2.4 最常用的數(shù)據(jù)模型
- 常用的數(shù)據(jù)模型分類(lèi)
- 層次模型(Hierarchical Model)
- 網(wǎng)狀模型(Networking Model)
- 關(guān)系模型(Relational Model)
- 面向?qū)ο竽Ｐ?Object Oriented Model)
- 對(duì)象關(guān)系模型(Object Relaional Model)
- 下面的節(jié)點(diǎn)都是針對(duì)非關(guān)系模型
- 雙親節(jié)點(diǎn): 某個(gè)節(jié)點(diǎn)的上一個(gè)節(jié)點(diǎn)(有且只有一個(gè))
- 子女節(jié)點(diǎn): 某個(gè)節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)(可以有多個(gè))
1.2.5 層次模型(略)
層次數(shù)據(jù)模型模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
層次模型的條件:有且只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)無(wú)雙節(jié)點(diǎn), 叫做根節(jié)點(diǎn)
-
根節(jié)點(diǎn)之外的其他節(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親節(jié)點(diǎn)
節(jié)點(diǎn)=記錄類(lèi)型
節(jié)點(diǎn)---(有箭頭線段)----節(jié)點(diǎn)
只能處理 1:n 一對(duì)多的實(shí)體聯(lián)系兄弟節(jié)點(diǎn): 同一雙親的子女節(jié)點(diǎn)
葉節(jié)點(diǎn): 沒(méi)有子女節(jié)點(diǎn) 多對(duì)多聯(lián)系在層次模型中的表示
- 冗余節(jié)點(diǎn)法
- 虛擬節(jié)點(diǎn)法層次模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束
- 插入(必須給出相應(yīng)的雙親節(jié)點(diǎn)信息)
- 刪除(對(duì)應(yīng)的子女節(jié)點(diǎn)也會(huì)被刪除)層次數(shù)據(jù)模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
1.鄰接法 (依次鄰接存放)
2.鏈接法 (子女,兄弟指針指向)層次模型的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
1. 層次模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰
2. 查詢(xún)效率高
3. 完整性支持
缺點(diǎn):
1. 只能表示一對(duì)多的聯(lián)系, 而生活中大多數(shù)是多對(duì)多
2. 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)具有多個(gè)雙親時(shí), 會(huì)很負(fù)責(zé)
3. 必須通過(guò)雙親節(jié)點(diǎn)查詢(xún)子女節(jié)點(diǎn)
4. 結(jié)構(gòu)嚴(yán)密, 趨于程序化
層次模型非常適合公司職務(wù)管理, 家族
1.2.6 網(wǎng)狀模型
-
網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
條件:- 允許一個(gè)以上的終點(diǎn)無(wú)雙親
- 一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)雙親
-
網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的操縱與完整性約束
有點(diǎn)亂
網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
果然比層次模型要復(fù)雜(略過(guò), 詳細(xì)看教材)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):
- 能夠更為直接地描述現(xiàn)實(shí)世界, 如一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)雙親, 節(jié)點(diǎn)之間可以有多種聯(lián)系
- 具有良好的性能, 存取效率較高
缺點(diǎn)
- 機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜, 而且隨著應(yīng)用環(huán)境的擴(kuò)大, 數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)就變得越來(lái)越復(fù)雜, 不利于最終用戶(hù)掌握
- 網(wǎng)狀模型的DDL,DML復(fù)雜, 而且要嵌入某一種高級(jí)語(yǔ)言(如:COBOL,C) 中, 用戶(hù)不容易掌握, 不容易使用
1.2.7 關(guān)系模型(重點(diǎn))
-
關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
關(guān)系模型由一組關(guān)系組成, 每個(gè)關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一張規(guī)范化的二維表一些術(shù)語(yǔ):
- 關(guān)系(Relation): 一張表
- 元祖(Tuple): 行
- 屬性(Attribute): 列
- 碼(key): id
- 域(Domain): 屬性的取值范圍
- 分量: 具體的一個(gè)屬性值
- 關(guān)系模式: 表格描述 關(guān)系數(shù)據(jù)魔心的操縱與完整性約束
關(guān)系的完整性約束條件:
- 實(shí)體完整性
- 參照完整性
- 用戶(hù)定義完整性
3.關(guān)系素具模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)
一個(gè)表, 對(duì)應(yīng)一個(gè)操作系統(tǒng)文件
也可以自己設(shè)計(jì)表, 索引等存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):
1. 建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念基礎(chǔ)上
2. 概念單一, 一切以表的形式展現(xiàn), 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,清晰,用戶(hù)易懂易用
3. 存取路徑對(duì)用戶(hù)透明, 數(shù)據(jù)獨(dú)立性, 安全保障性, 簡(jiǎn)化了程序員的的工作, 和數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)建立工作
缺點(diǎn).....
1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1.3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模式的概念
模式(Schema) 是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述
1.3.2 數(shù)據(jù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)
外模式 模式 內(nèi)模式
- 模式(Schema)
模式也稱(chēng)為邏輯模式, 是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征描述,是所有用戶(hù)的公共數(shù)據(jù)視圖
是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模式中間層, 不涉及物理存儲(chǔ)細(xì)節(jié)和硬件環(huán)境, 也和具體的應(yīng)用程序, 所使用的應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具及高級(jí)程序語(yǔ)言(如: C , COBOL FORTRAN)無(wú)關(guān)
一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù), 只有一個(gè)模式
定義模式時(shí), 不僅要定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu), 例如數(shù)據(jù)記錄由那些數(shù)據(jù)項(xiàng)構(gòu)成,數(shù)據(jù)項(xiàng)的名字, 類(lèi)型, 取值范圍等, 而且要定義數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系, 定義與數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性, 完整性要求
- 外模式(External Schema)
外模式又稱(chēng)為子模式(Subsechema) 或用戶(hù)模式
他是數(shù)據(jù)庫(kù)用戶(hù)(包括應(yīng)用程序員和最終用戶(hù))能夠看見(jiàn)和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述, 是數(shù)據(jù)庫(kù)用戶(hù)的數(shù)據(jù)視圖, 是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示
一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)可以有多個(gè)外模式
一個(gè)外模式可以被多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)使用
一個(gè)應(yīng)用程序只能使用一個(gè)外模式
- 內(nèi)模式(Internal Schema)
內(nèi)模式被稱(chēng)為存儲(chǔ)模式(Storage Schema)
一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)內(nèi)模式, 是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式的描述, 是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部的表示方式
例如: 記錄的存儲(chǔ)方式是 堆存場(chǎng)
某個(gè)屬性值得升(降)序存儲(chǔ)
屬性值聚簇(cluster)存儲(chǔ)
索引按照什么方式組織:
B+ 樹(shù)索引,
hash 索引
是否壓縮存儲(chǔ)
是否加密
數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)記錄結(jié)構(gòu)有何規(guī)定, 如定長(zhǎng)結(jié)構(gòu)或變長(zhǎng)結(jié)構(gòu), 一個(gè)記錄不能跨物理頁(yè)存儲(chǔ)等
1.3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)的二級(jí)映像功能 與數(shù)據(jù)獨(dú)立性
外模式/模式映像
模式描述的數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu), 外模式描述的是數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu),對(duì)應(yīng)同一個(gè)模式可以有任意多個(gè)外模式. 對(duì)于每一個(gè)外模式, 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)都有一個(gè)外模式/模式映像, 它定義了該外模式與模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,這些映像定義通常包含在各自外模式的描述中.-
模式/內(nèi)模式映像
數(shù)據(jù)庫(kù)中只有一個(gè)模式, 也只有一個(gè)內(nèi)模式, 所有模式/內(nèi)模式映像是唯一的, 定義了數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系, 該映像定義通常包含在模式描述中.其中 數(shù)據(jù)庫(kù)模式即全局邏輯結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫(kù)的中心與關(guān)鍵, 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模式結(jié)構(gòu)時(shí), 應(yīng)首先確定數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯模式
1.4 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的組成
- 硬件平臺(tái)及數(shù)據(jù)庫(kù)
1. 足夠大的內(nèi)存, 存放操作系統(tǒng)DBMS核心模塊數(shù)據(jù)緩沖區(qū)`應(yīng)用程序
2.足夠大的磁盤(pán)或磁盤(pán)陣列等設(shè)備存放數(shù)據(jù)庫(kù), 有足夠的磁帶(或光盤(pán))作數(shù)據(jù)備份
3.要求系統(tǒng)有較高的通道能力, 以提高數(shù)據(jù)傳送率 - 軟件
1. DBMS, DBMS 是為數(shù)據(jù)庫(kù)的建立, 使用和維護(hù)配置的系統(tǒng)軟件
2. 支持DBMS運(yùn)行的操作系統(tǒng)
3. 具有與數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的高級(jí)語(yǔ)言及編譯系統(tǒng), 便于開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序
4. 以DBMS為核心的應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具
5. 為特定應(yīng)用環(huán)境開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)
-人員
1. 數(shù)據(jù)庫(kù)管理員(DataBase Administrator, DBA)
職責(zé)如下:
1. 決定數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息內(nèi)容和結(jié)構(gòu)
2. 決定數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取策略
3. 定義數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性約束條件
4. 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的使用和運(yùn)行
5. 數(shù)據(jù)庫(kù)的改進(jìn)和重組重構(gòu)
2. 系統(tǒng)分析員和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人員
3, 應(yīng)用程序員
4. 用戶(hù)
