湖南省信用社考試--數(shù)據(jù)庫原理.ppt

數(shù)據(jù)庫原理,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),1,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),2,一、基本概念 1、數(shù)據(jù)：描述事務(wù)的符號記錄?？捎梦淖帧D形等多種形式表示，經(jīng)數(shù)字化處理后可存入計算機。 2、數(shù)據(jù)庫（DB）：按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲在計算機內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。 3、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）：位于用戶和操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。主要功能包括： 數(shù)據(jù)定義功能：DBMS提供DDL，用戶通過它定義數(shù)據(jù)對象。 數(shù)據(jù)操縱功能：DBMS提供DML，用戶通過它實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的查詢、插入、刪除和修改等操作。,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),3,數(shù)據(jù)庫的運行管理：DBMS對數(shù)據(jù)庫的建立、運行和維護進行統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制，以保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、并發(fā)控制及故障恢復。 數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能：數(shù)據(jù)庫初始數(shù)據(jù)的輸入、轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲、恢復、重新組織及性能監(jiān)視與分析等。 4、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）：計算機中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)，包括 數(shù)據(jù)庫DB 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS 應用系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理員DBA和用戶,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),4,二、數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)處理 1、數(shù)據(jù)管理： 對數(shù)據(jù)收集、整理、組織、存儲、維護、檢索、傳送等,對象,操作,目標：在妥當?shù)臅r候以妥當?shù)男问浇o妥當?shù)娜颂峁┩桩數(shù)臄?shù)據(jù)。,2、數(shù)據(jù)處理：對數(shù)據(jù)進行加工、計算、提煉， 從而產(chǎn)生新的有效數(shù)據(jù)的過程,數(shù)據(jù),信息,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),5,3、管理與處理的關(guān)系： 管理是處理的基礎(chǔ) 處理為管理服務(wù),數(shù)據(jù)處理,數(shù)據(jù)處理,源數(shù)據(jù),新數(shù)據(jù),新數(shù)據(jù),管理和處理又可看成一個問題的兩個階段，故可以統(tǒng)一起來，其中心是管理,數(shù)據(jù)管理,數(shù)據(jù)管理,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),6,三、數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段 人工管理階段（50年代中期以前） 文件系統(tǒng)階段（50年代中期至60年代后期） 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段（60年代后期以后）,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),7,4、各個階段的比較： 從四個方面,人工管理 文件系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),誰管理數(shù)據(jù),面向誰,共享性,數(shù)據(jù)獨立性,程序員,特定應用,不能,沒有,操作系統(tǒng)提供存取方法,系統(tǒng)集中管理,基本上是特定用戶,共享很弱,面向系統(tǒng),充分共享,一定的物理獨立性,較高的獨立性,文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別： 內(nèi)部：數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的，有聯(lián)系的 文件系統(tǒng)的各記錄無聯(lián)系,外部：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是共享的 文件系統(tǒng)基本上是面向特定用戶的,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),8,數(shù)據(jù)模型,數(shù)據(jù)處理的抽象過程（涉及三個領(lǐng)域）, 建立概念模型 建立數(shù)據(jù)模型 （便于用戶和DB設(shè)計人員交流） （便于機器實現(xiàn)） 一、概念模型(信息模型） 把現(xiàn)實世界中的客觀對象抽象成的某種信息結(jié)構(gòu)，主要用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計。 獨立于具體的計算機系統(tǒng) 獨立于具體的DBMS支持的數(shù)據(jù)模型,現(xiàn)實世界 = 信息世界,抽象,= 機器世界（數(shù)據(jù)世界）,轉(zhuǎn)換,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),9,實體：客觀存在并可相互區(qū)分的事物。 實體集：性質(zhì)相同的同類實體的集合。 屬性： 實體具有的某一特性。 實體標識符：能將一個實體與其它實體區(qū)分開來的一個 或一組屬性。,信 息 世 界,記錄 實體 （抽象表示） 文件 實體集 字段或數(shù)據(jù)項 屬性 關(guān)鍵字 實體標識符。唯一地標識一個記錄。 又稱碼、鍵。,數(shù) 據(jù) 世 界,1、實體與記錄,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),10,2、型與值 在DBS中，每一個對象廣義上講都有型與值之分： 型是對象的結(jié)構(gòu)或特性描述， 值是一個具體的對象實例。,類似于程序設(shè)計語言中數(shù)據(jù)類型與數(shù)據(jù)值的概念。,（1）實體型：對實體固有特性或結(jié)構(gòu)的描述。 用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫。 如 汽車（車牌號，車型，車主）,實體值：實體型的一個實例，即一個具體的實體。 如 （豫A00001，豐田，張三）,（2） 記錄型：記錄格式。 記錄值：一個具體的記錄。,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),11,如：,（3）幾點說明 區(qū)分型與值的實質(zhì) DBS中討論的重點是型 通常只說實體、記錄，含義根據(jù)上下文自明,3、實體間的聯(lián)系 實體內(nèi)部的聯(lián)系（屬性間的聯(lián)系）： 反映在數(shù)據(jù)上就是記錄內(nèi)部數(shù)據(jù)項間的聯(lián)系, 實體之間的聯(lián)系： 反映在數(shù)據(jù)上就是記錄之間的聯(lián)系,E-R方法,E-R方法即“實體-聯(lián)系方法”。它的基本思想是在數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中增加一個中間步驟，先設(shè)計一個概念性數(shù)據(jù)模型，這個概念性數(shù)據(jù)模型在E-R方法中被稱作“企業(yè)模式”（或“組織模式”）。它是現(xiàn)實世界的純粹反映，與數(shù)據(jù)庫的具體實現(xiàn)無關(guān)，它拋開了實現(xiàn)過程的具體細節(jié)，與現(xiàn)實世界和用戶思維很相似，能比較準確，比較自然地反映現(xiàn)實世界，能為不熟悉計算機的用戶所接受，便于設(shè)計人員和用戶的溝通。,E-R圖及其基本成份 描述企業(yè)模式的得力工具是E-R圖。在E-R圖中有三種基本成份： 實體 (Entity)：表征客觀事物; 屬性 (Attributes) ：表征客觀事物及聯(lián)系的特征（屬性）; 聯(lián)系 (Relations) ：表征客觀事物之間的聯(lián)系。,E-R圖表示方法 E-R圖是數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計最基本和最重要的圖，它主要描述研究對象中的實體、實體的屬性和實體之間的關(guān)系等，其表示方法如下： 矩形框表示實體； 橢圓形表示屬性； 用菱形框表示實體間的聯(lián)系； 屬性和實體間、實體和聯(lián)系間用無向的線段連接。,在E-R圖中概念及術(shù)語 （1）實體與實體類型 實體：可以相互區(qū)別客觀事物和概念的統(tǒng)一抽象。是任何一種我們所關(guān)心的“事物”，可以指人，也可以指物，可以是實際的東西，也可以是抽象的、概念性的東西。 例 學生、回扣、醫(yī)療等。實體分為兩級，一級為“個體”，如“張三”、“國防科技大學”等；另一級為“總體”，泛指某一類個體組成的集合，如人泛指“張三”、 “李四”等。實體類型：將具有共性的一類實體抽象為實體類型。在E-R圖中，實體這種基本成份用方框來表示。,（2）實體與聯(lián)系的屬性和域 屬性：對實體特征的描述；域：屬性的取值范圍。 同一實體類型所有實體都具有相同的屬性及相同的對應域，但屬性在域上的取值不一定相同。 屬性用來進一步描述實體與聯(lián)系在某些方面的特征與性質(zhì)。比如“職員”這種實體，可以有工作證號，姓名，性別，出生年月，政治面貌，職稱等屬性?！傲慵边@種實體可以有零件號，零件名，單價，型號，生產(chǎn)廠家等屬性。,（3）實體之間的聯(lián)系：實體之間關(guān)系的抽象 一種實體與其他實體之間，在其自身內(nèi)部是存在著這樣的或那樣的聯(lián)系的。數(shù)據(jù)庫比傳統(tǒng)的文件的優(yōu)越之一就是能夠表示實體之間的聯(lián)系。在E-R圖中，“聯(lián)系”用菱形框來表示。對每一種“聯(lián)系”都要命名。,實體之間的聯(lián)系，可以分為以下幾種不同的情況： 1）1:1(一對一聯(lián)系) A中任意實體至多對應B中的一個實體，反之B中的任意實體至多對應A中的一個實體。 觀眾與座位、乘客與車票、病人與病床、學校與校長、燈泡與燈座。,2）1:n(一對多聯(lián)系) A中至少有一個實體對應B中的多個實體，反之B中的任意實體至多對應A中的一個實體。 “部門”（A）是一種實體，“職員”(B)也是一種實體。這兩種實體之間存在著一種聯(lián)系，設(shè)這種聯(lián)系命名為“屬于”，即表示某個職員是屬于某個部門的。“屬于”這個聯(lián)系是1：N的，具體地說就是：一個部門可以有多個職員，而一個職員只能屬于一個部門。在E-R圖中，這兩種實體間的聯(lián)系可以表示成如下圖。,3）M：N的聯(lián)系，即多對多的聯(lián)系 A中任意實體至少有一個實體對應B中的多個實體，反之B中的任意實體至少有一個實體對應A中的多個實體。 “學生”（A）是一種實體，“課程”(B)也是一種實體。這兩種實體之間存在一種聯(lián)系，設(shè)這種聯(lián)系命名為“選課”，表示的是哪一個學生修了哪些門課程。這個聯(lián)系是M：N的，也就是說，一個學生可以修多門課程，一門課程可以有多個學生來修，但一個學生不一定修所有的課程，一門課程也不一定被全部學生所選修。在E-R圖中，兩種實體間的聯(lián)系可以表示如下圖,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),21,1、活鎖（Livelock）： 數(shù)據(jù)對象不斷處于上鎖、開鎖的交替狀態(tài)，某個事務(wù)有可能為該對象上鎖，但始終沒有得到上鎖機會而永久等待下去的情形。例如：,T1 T2 T3 T4 .,封鎖R,請求封鎖R 請求封鎖R,等待 請求封鎖R 等待,釋放鎖,封鎖R,等待,釋放鎖,封鎖R,如此下去，T2可能永遠不能封鎖R。,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),22,避免活鎖： 如采用先來先服務(wù)策略。,2、死鎖（Deadlock）： 多個事務(wù)因封鎖沖突（競爭資源）而永遠等待下去的 情形。如：, 對R1上X鎖 對R2上X鎖 對R2請求X鎖 等待 對R1請求X鎖 等待,T1 T2,T1和T2將 永遠等待下去,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),23,死鎖問題的解決方法,預防死鎖,診斷死鎖并解除,一次封鎖法 順序封鎖法,超時法 等待圖法,（1）一次封鎖法 每個事務(wù)必須將所要求的數(shù)據(jù)對象全部上鎖后才能執(zhí)行讀寫操作，否則釋放占用的資源。 存在的問題 使數(shù)據(jù)的上鎖時間增長，降低了系統(tǒng)的并發(fā)度。 很難確定事務(wù)執(zhí)行期間需封鎖的數(shù)據(jù)對象。有些一開始不需要封鎖的對象，隨著數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的變化，可能變成封鎖對象，為避免此種情況發(fā)生，只能擴大封鎖范圍。,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),24,（2）順序封鎖法 對所有數(shù)據(jù)對象規(guī)定一個封鎖順序，所有事務(wù)均按這個順序?qū)嵭蟹怄i。 存在的問題： 很難維護數(shù)據(jù)對象的封鎖順序，因為數(shù)據(jù)對象很多并在不斷地增加、減少。 很難確定事務(wù)需封鎖那些對象，從而很難按規(guī)定的順序封鎖。,上述兩種方法雖然都可以有效地預防死鎖，但都存在一些問題，因此真正實施起來并不方便。所以預防死鎖的策略不很適合數(shù)據(jù)庫的特點，DBMS普遍采用診斷死鎖并解除的方法。,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),25,（3）超時法 當一個事務(wù)的等待時間超過了規(guī)定的時限，就認為發(fā)生了死鎖。 存在的問題： 時限規(guī)定的太短，可能誤判死鎖，規(guī)定的太長，又不能及時發(fā)現(xiàn)死鎖。因此很難確定一個合理的時限。,（4）等待圖法 用一個有向圖表示事務(wù)等待的情況。圖中節(jié)點表示事務(wù)，邊表示事務(wù)間的等待關(guān)系。并發(fā)控制子系統(tǒng)定時檢查此圖，若發(fā)現(xiàn)有回路，則產(chǎn)生死鎖。,發(fā)生死鎖時，解除死鎖的方法： 選擇一個處理代價最小的事務(wù)，將其撤消。,ROLLBACK,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),26,1. 實體完整性 定義基本表的主關(guān)鍵字時, 用 NOT NULL指明要求非空 UNIQUE指明要求唯一 2. 參照完整性 定義基本表時，可以定義一個主鍵和若干個外鍵 定義外鍵時，用REFERENCES定義外鍵來自的表名 可以用參照完整性任選項ON DELETE 有了ON DELETE，當要刪除被參照表中被引用的主鍵時，為了不破壞參照完整性約束，提供三種可能的處理辦法：,SQL的完整性實現(xiàn),2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),27,ON DELETE,RESTRICT：被參照表所引用的主鍵 不得刪除,CASCADE：若被參照表中刪除了某 一主鍵，參照表中引用 此主鍵的行也隨之刪除,SET NULL：若被參照表中刪除了某 一主鍵，參照表中引用 此主鍵的字段置為 NULL,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),28,部門關(guān)系 DEPT,例如：,職工關(guān)系 EMP,則DEPT中前四個記錄不能刪除，第五個記錄可刪除,若對外鍵DNO的定義是ON DELETE,RESTRICT,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),29,部門關(guān)系 DEPT,例如：,職工關(guān)系 EMP,當刪除DEPT中D002記錄時，,若對外鍵DNO的定義是ON DELETE,CASCADE,則EMP中E001和E005兩條記錄也被刪除,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),30,部門關(guān)系 DEPT,例如：,職工關(guān)系 EMP,當刪除DEPT中D002記錄時，則EMP中E001和E005兩條記錄也被刪除,若對外鍵DNO的定義是ON DELETE,CASCADE,D003 財務(wù)科 D004 人事處 D005 科技處,E002 張三 D003 E003 李四 D001 E004 李五 D001,E006 劉七 D004 E007 王三 D003 E008 王發(fā) D001 E009 錢好 D004,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),31,部門關(guān)系 DEPT,例如：,職工關(guān)系 EMP,若對外鍵DNO的定義是ON DELETE,SET NULL,則E001和E005兩條記錄的DNO置為NULL,NULL,NULL,D003 財務(wù)科 D004 人事處 D005 科技處,當刪除DEPT中D002記錄時，,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),32,3、用戶定義的完整性 在定義字段時用CHECK子句，說明該列應滿足的條件。,4、示例：定義學生表 S，課程表 C、選課表 SC,CREATE TABLE S（S# CHAR（8） NOT NULL UNIQUE，,SN VARCHAR（20） NOT NULL， SD VARCHAR（15）， SA SMALLINT CHECK（SA15）， PRIMARY KEY （S#）；,CREATE TABLE C（C# CHAR（4） NOT NULL UNIQUE，,CN VARCHAR（20） NOT NULL， PRIMARY KEY （C#）；,格式： CHECK（條件）,2019/7/4,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),33,CREATE TABLE SC（S# CHAR（8） NOT NULL，,C# CHAR（4） NOT NULL， G CHAR（1）， PRIMARY KEY （S#，C#） FOREIGN KEY （S#） REFERENCES S ON DELETE CASCADE， FOREIGN KEY （C#） REFERENCES C ON DELETE RESTRICT ）；,組合主鍵,來自S中的外鍵,若S中某學生記錄被刪除 SC中該生選課記錄全刪,若某課程有人選修，則 C中該課程選課記錄不能刪,來自C中的外鍵,2019/