关系数据库系统

数据库管理系统是数据库系统的核心

数据库系统是在文件系统的基础上发展而来的

数据库最大的特点是“数据的三级抽象和二级独立”

数据库是存储在计算机内有结构的数据集合

数据库应用系统包括数据库和数据库应用程序

关系数据库系统: 是支持关系模型的数据库系统

数据模型的三要素是: 数据结构、数据操作和数据完整性

关系模型的组成

1. 关系数据结构

2. 关系操作集合

3. 关系完整性约束

关系模型中常用的关系操作: 选择、投影、并、差、笛卡尔积是5种基本操作

关系操作的特点: 集合操作方式，即操作的对象和结果都是集合

关系代数

是一种抽象的查询语言

用对关系的运算来表达查询

关系代数运算的三个要素

运算对象：关系

运算结果：关系

运算符：四类关系代数运算符

关系运算的分类：分为传统的集合运算和专门的关系运算

SQL的功能特点

数据查询

数据定义(DDL)

数据操纵(DML)

数据控制(DCL)

约束条件类型

⏹PRIMARY KEY（主键约束）

⏹UNIQUE（惟一约束）

⏹NOT NULL（非空约束）

⏹FOREIGN KEY（外键约束）

⏹CHECK（检查约束）

建立索引的目的：基本表上建立一个或多个索引，以提供多种存取路径，加快查找速度。

数据库异常问题

1.冗余太大

2.插入异常

3.删除异常

4.修改异常

数据依赖：是一个关系内部属性与属性之间的一种约束关系，是语义的体现。分为函数依赖和多值依赖。

泛关系模式：就是最初设计的关系模式，或者说是存在异常问题的关系模式。

数据库模式：根据范式理论，将不符合用户需求的泛关系模式分解成一系列的关系集合。

若R∈1NF，且R中的每一个非主属性都完全函数依赖于R的任一候选码，则R∈2NF。

⏹如果关系模式R∈BCNF，必定有R∈3NF

⏹如果R∈3NF，且R只有一个候选码，则R必属于BCNF。

任何的二元关系必定是BCNF

⏹查询优化：从查询的多个执行策略中进行合

理选择的过程。

⏹查询优化的分类：代数优化和物理优化

数据保护也叫数据控制，主要包括：

●数据库恢复

●并发控制

●数据的安全性

●数据的完整性

事务（Transaction）

是用户定义的一个数据库操作序列，这些操作要么全做，要么全不做，是一个不可分割的工作单位。

⏹事务可以是一组SQL语句、一条SQL语句或整个程序，在通常

情况下，一个应用程序里包含多个事务。

⏹事务生成：

⏹用户显式地定义事务

⏹由DBMS按缺省自动划分事务

事务的特性

1.原子性（Atomicity）

一个事务中对数据库的操作，是一个不可分割的整体。

2.一致性（Consistency）

数据不会因事务的执行而遭受破坏。

3.隔离性（Isolation）

在多个事务并发执行时，系统应保证与这些事务先后单独执行时的结果一样。

4.持久性（Durability）

一个事务一旦完成全部操作，它对数据库的所有更新应永久地反映在数据库中。

事务是数据库恢复和并发控制的基本单位

数据库故障恢复的基本单位是事务，因此在数据恢复时主要使用事务撤销（UNDO）与事务重做（REDO）两个操作。

⏹ 1. 事务级故障

⏹事务内部执行所产生的逻辑错误与系统错误，它

由诸如数据输入错误、数据溢出、资源不足以及死锁等

引起，使得事务尚未运行到终点即告夭折。

⏹ 2. 系统级故障

⏹指造成系统停止运转的任何事件，使得系统要重

新启动，通常称为软故障。

⏹ 3. 介质级故障

⏹也称为硬故障（Hard Crash），如磁盘损坏、磁

头碰撞、瞬时强磁场干扰等。这类故障将破坏数据库或

部分数据库。

数据转储的概念

转储即DBA定期地将整个数据库复制到磁带或另一个磁盘上保存起来的过程。这些备用的数据文本称为后备副本（backup）或后援副本。（1）静态转储：是在系统中无运行事务时进行的转储操作。静态转储得到的一定是一个数据一致性的副本。

（2）动态转储：是指转储期间允许对数据库进行存取或修改。即转储和用户事务可以并发执行。

3、海量转储和增量转储

（1）海量转储：每次转储全部数据库。

（2）增量转储：每次只转储上一次转储后更新过的数据

日志文件（log file）—用来记录事务对数据库的更新操作的文件。日志文件的作用

进行事务故障、系统故障恢复，并协助后备副本进行介质故障恢复。

系统故障的恢复:

恢复操作：

要撤销故障发生时未完成的事务（撤销队列进行UNDO）

重做已完成的事务（重做队列进行REDO）

介质故障的恢复需要DBA介入。

动态维护日志文件的方法是周期性地执行: 建立检查点，保存数据库状态

⏹具体步骤：

①将当前所有日志记录写入磁盘日志文件上；

②在日志文件中写入一个检查点记录；

③将当前所有数据记录写入磁盘的数据库中；

④把检查点记录在日志文件中的地址写入一个重新开始文件。

⏹在数据库系统中，为了提高性能，多个事务并发执行是必要的。

●提高CPU和硬盘的使用效率，从而增加事务的吞吐率。

●减少事务的平均响应时间（即等待CPU的时间），短时间

事务无需等待长时间事务。

并发操作—在多用户共享系统中，多个用户同时存取同一数据的情形称为并发操作。

⏹并发操作可能带来的问题：

（1）破坏数据库的一致性

（2）破坏事务的隔离性

⏹并发控制的主要技术有封锁（Locking）、时间戳（Timestamp）

和乐观控制法，商用的DBMS一般都采用封锁方法。

封锁：指事务T在对某个数据对象操作之前，对其加锁。在T未释放锁之前，其他的事务不能更新此数据对象。

封锁协议：对数据对象加锁时，约定的规则。