數(shù)據(jù)庫(kù)原理總結(jié)

1、數(shù)據(jù)庫(kù)原理總結(jié)簡(jiǎn)介第一篇：數(shù)據(jù)庫(kù)原理總結(jié)1關(guān)系的范式及規(guī)范化 范式是衡量關(guān)系模式優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。范式級(jí)別越高，其數(shù)據(jù)冗余和操作異常現(xiàn)象就越少。第一范式：如果一個(gè)關(guān)系模式r的所有屬性都是不可分的基本數(shù)據(jù)項(xiàng)，則這個(gè)關(guān)系屬于第一范式。第二范式：若關(guān)系模式r屬于第一范式，且每個(gè)非主屬性都完全函數(shù)依賴于主鍵，則r屬于第二范式。第三范式：若關(guān)系模式r屬于第一范式，且每個(gè)非主屬性都不傳遞依賴于主關(guān)鍵字，則r屬于第三范式。bc范式：若關(guān)系模式r屬于第一范式，且每個(gè)屬性都不傳遞依賴于主關(guān)鍵字，則r屬于bc范式。 2對(duì)模式的分解顯然不是隨意的，主要涉及以下兩個(gè)原則：無(wú)損聯(lián)結(jié)：當(dāng)對(duì)關(guān)系模式r進(jìn)行分解時(shí)，r的元組將分別在

2、相應(yīng)屬性集進(jìn)行投影而產(chǎn)生新的關(guān)系。如果對(duì)新的關(guān)系進(jìn)行自然聯(lián)接得到的元組的集合與原關(guān)系完全一致，則稱為無(wú)損聯(lián)結(jié)。保持依賴：當(dāng)對(duì)關(guān)系模式r進(jìn)行分解時(shí)，r的函數(shù)依賴集也將按相應(yīng)的模式進(jìn)行分解。如果分解后總的函數(shù)依賴集與原函數(shù)依賴集保持一致，則稱為保持依賴。 3事務(wù)的定義：事務(wù)是數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯工作單位，由用戶定義的一組操作序列組成，序列中的操作要么全做要么全不做。 4簡(jiǎn)述事務(wù)所具有的acid（原子性，一致性，隔離性，持續(xù)性）特性：事務(wù)的acid特性是： 原子性：事務(wù)是一個(gè)不可分割的單位。一致性：事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作的結(jié)果是將數(shù)據(jù)庫(kù)從一個(gè)一致性狀態(tài)變?yōu)榱硪粋€(gè)一致性狀態(tài)。隔離性：多個(gè)事務(wù)的并發(fā)執(zhí)行不互相干擾。持

3、續(xù)性：事務(wù)一旦提交，它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的改變就是永久性的。 5事務(wù)的調(diào)度：事務(wù)的執(zhí)行次序稱為調(diào)度。若多個(gè)事務(wù)是按照某一次序串行地執(zhí)行，則稱事務(wù)的調(diào)度是串行調(diào)度。若多個(gè)事務(wù)同時(shí)交叉地并行執(zhí)行，則稱事務(wù)的調(diào)度為并發(fā)調(diào)度。 6事務(wù)并發(fā)執(zhí)行產(chǎn)生的不一致情況及避免：并發(fā)操作可能會(huì)產(chǎn)生丟失修改,不能重復(fù)讀和讀”臟”數(shù)據(jù)這三種不一致情況，采用封鎖機(jī)制來(lái)進(jìn)行并發(fā)控制,可避各種不一致情況。一級(jí)封鎖協(xié)議可以避免丟失修改，二級(jí)封鎖協(xié)議可以避免丟失修改和讀”臟”數(shù)據(jù)，三級(jí)封鎖協(xié)議可以避免丟失修改、不能重復(fù)讀和讀”臟”數(shù)據(jù)。 7事務(wù)的commit語(yǔ)句和rollback語(yǔ)句的功能是什么？答：commit語(yǔ)句表示事務(wù)執(zhí)行成功

4、地接結(jié)束（提交），此時(shí)告訴系統(tǒng)，db要進(jìn)入一個(gè)新的正確狀態(tài)，該事務(wù)對(duì)db的所有更新都已交付實(shí)施（寫(xiě)入磁盤(pán)）。rollback語(yǔ)句表示事務(wù)執(zhí)行不成功地結(jié)束（應(yīng)該“回退”）此時(shí)告訴系統(tǒng)，已發(fā)生錯(cuò)誤，db可能處在不正確的狀態(tài)，該事務(wù)對(duì)db的所有更新必須被撤消，db應(yīng)恢復(fù)該事務(wù)到初始狀態(tài)。 8活鎖和死鎖：活鎖：在多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行的過(guò)程中，可能會(huì)存在某個(gè)總有機(jī)會(huì)獲得鎖的事務(wù)卻永遠(yuǎn)也沒(méi)得到鎖的現(xiàn)象，可以通過(guò)“先來(lái)先服務(wù)”的策略預(yù)防活鎖的發(fā)生。死鎖：在多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行過(guò)程中，多個(gè)并發(fā)事務(wù)處于相互等待的狀態(tài)的現(xiàn)象。 9死鎖的預(yù)防：數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中預(yù)防死鎖的方法有兩種。第一種方法是要求每個(gè)事務(wù)必須一次性地將所有要使用

5、的數(shù)據(jù)加鎖或必須按照一個(gè)預(yù)定的加鎖順序?qū)κ褂玫降臄?shù)據(jù)加鎖。第二種方法是每當(dāng)處于等待狀態(tài)的事務(wù)由可能導(dǎo)致死鎖時(shí)，就不再等待下去，強(qiáng)行回滾該事務(wù)。 10完整性約束的定義：關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)提供的三類完整性約束：實(shí)體完整性、參照完整性和用戶自定義完整性。實(shí)體完整性：實(shí)體完整性約束是指任何基本表（關(guān)系）的主鍵（主關(guān)鍵字）中的每一個(gè)屬性列都不能取空值，即基本表中的每一個(gè)元組在主鍵上的分量都有值。參照完整性：根據(jù)參照完整性原則，用戶只要定義了某一個(gè)關(guān)系（基本表）的外鍵（外部關(guān)鍵字），系統(tǒng)就會(huì)控制外鍵的值要么為空，要么等于被參照關(guān)系中某一個(gè)主鍵的值，這就是系統(tǒng)對(duì)外鍵的一種約束。用戶定義完整性：用戶定義完整性約束條件

6、的作用對(duì)象可以是屬性列、元組或關(guān)系（基本表），其中對(duì)屬性列的約束可以規(guī)定屬性列的數(shù)據(jù)類型、取值范圍等；對(duì)元組的約束可以規(guī)定元組中各屬性間的相互關(guān)系；而對(duì)關(guān)系的約束則可以規(guī)定各元組間或關(guān)系間的相互聯(lián)系。 11故障恢復(fù)的原則：對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的影響有兩種可能性：一是數(shù)據(jù)庫(kù)本身被破壞；二是數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有被破壞，但數(shù)據(jù)可能不正確，這是因?yàn)槭聞?wù)的運(yùn)行被非正常終止造成的。 12恢復(fù)算法一般由兩部分組成：在正常事務(wù)處理時(shí)采取措施，保證有足夠的冗余信息可用于故障恢復(fù)。故障發(fā)生后采取措施，將數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容恢復(fù)到某個(gè)保證數(shù)據(jù)庫(kù)一致性、事務(wù)原子性及持久性的狀態(tài)。 13數(shù)據(jù)庫(kù)在運(yùn)行過(guò)程中可能產(chǎn)生的故障有哪幾類? 答：1)事務(wù)故障：事

7、務(wù)在運(yùn)行過(guò)程中由于種種原因，如輸入數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，運(yùn)算溢出，違反了某些完整性限制，某些應(yīng)用程序的錯(cuò)誤，以及并行事務(wù)發(fā)生死鎖等，使事務(wù)未能運(yùn)行到正常中指點(diǎn)之前就被撤消了，這種情況稱為“事務(wù)故障”。2)系統(tǒng)故障：系統(tǒng)故障是指系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，由于某些原因，如os和dbms代碼錯(cuò)誤，操作員操作事物。特定類型的硬件錯(cuò)誤（cpu故障），突然停電等造成系統(tǒng)停止運(yùn)行，致使事物在執(zhí)行過(guò)程中以非控方式中指。這時(shí)。內(nèi)存中的信息丟失，而存儲(chǔ)在外存儲(chǔ)上的數(shù)據(jù)未受影響，這種情況稱為“系統(tǒng)故障”。3)介質(zhì)故障：系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，由于某種硬件故障，如磁盤(pán)損壞，磁頭碰撞，或由于os的某種潛在的錯(cuò)誤。瞬間強(qiáng)磁場(chǎng)干擾，使存儲(chǔ)在外存的

8、數(shù)據(jù)部分損失或全部損失，稱之為“介質(zhì)故障”。 14故障恢復(fù)技術(shù)：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)、日志文件、檢查點(diǎn)方法、數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像 15關(guān)系的完整性約束：域完整性約束：關(guān)系中屬性的值應(yīng)是域中的值，并由語(yǔ)義決定其能否為空值。實(shí)體完整性約束：關(guān)系中的主鍵不能為空值。參照完整性約束：關(guān)系的外鍵必須是另一個(gè)關(guān)系主鍵的有效值或者是空值。用戶自定義完整性約束：正對(duì)某一具體數(shù)據(jù)的約束條件，由應(yīng)用環(huán)境決定。 16故障恢復(fù)原理是冗余可分為副本和日志?；謴?fù)算法：在正常事物處理時(shí)采取措施，保證有足夠的冗余信息可用于故障恢復(fù)、故障發(fā)生后采取措施，將數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容恢復(fù)到某個(gè)保證數(shù)據(jù)庫(kù)一致性、事物原子性及持久性的狀態(tài)。 17事務(wù)故障的恢復(fù)：事務(wù)故障

9、是指事務(wù)在運(yùn)行至正常終止點(diǎn)前被中止，這時(shí)恢復(fù)子系統(tǒng)應(yīng)利用日志文件撤消（undo）此事務(wù)已對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行的修改。事務(wù)故障的恢復(fù)是由系統(tǒng)自動(dòng)完成的，對(duì)用戶是透明的，系統(tǒng)的恢復(fù)步驟是： 反向掃描文件日志（即從最后向前掃描日志文件），查找該事務(wù)的更新操作。 對(duì)該事務(wù)的更新操作執(zhí)行逆操作。即將日志記錄中“更新前的值”寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣，如果記錄中是插入操作，則相當(dāng)于做刪除操作（因此時(shí)“更新前的值”為空）。若記錄中是刪除操作，則做插入操作，若是修改操作，則相當(dāng)于用修改前值代替修改后值。 繼續(xù)反向掃描日志文件，查找該事務(wù)的其他更新操作，并做同樣處理。 如此處理下去，直至讀到此事務(wù)的開(kāi)始標(biāo)記，事務(wù)故障恢復(fù)就完成了

10、。 18系統(tǒng)故障的恢復(fù)：系統(tǒng)故障造成數(shù)據(jù)庫(kù)不一致?tīng)顟B(tài)的原因有兩個(gè)，一是未完成事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新可能已寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，二是已提交事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新可能還留在緩沖區(qū)沒(méi)來(lái)得及寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，恢復(fù)操作就是要撤銷故障發(fā)生時(shí)未完成的事務(wù)，重做已完成的事務(wù)。系統(tǒng)恢復(fù)步驟如下：正向掃描日志文件，即從頭掃描日志文件，找出在故障發(fā)證前已經(jīng)提交的事務(wù)，將其事務(wù)標(biāo)示記入重做隊(duì)列，同時(shí)找出故障發(fā)證時(shí)尚未完成的事務(wù)，將其事務(wù)標(biāo)識(shí)計(jì)入撤銷隊(duì)列、對(duì)撤銷隊(duì)列中的各個(gè)事務(wù)進(jìn)行撤銷處理、對(duì)重做隊(duì)列中的各個(gè)事務(wù)進(jìn)行重做掃描 19日志文件作用及建立原因：答：日志文件是用來(lái)記錄事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新操作的文件。目的是進(jìn)行事物故障恢復(fù)；進(jìn)行系統(tǒng)

11、故障恢復(fù)；協(xié)助后備副本進(jìn)行介質(zhì)故障恢復(fù)。 20三級(jí)模式：三級(jí)模式結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)庫(kù)的三級(jí)模式由外模式、概念模式和內(nèi)模式三級(jí)模式構(gòu)成。概念模式：簡(jiǎn)稱模式，又稱數(shù)據(jù)庫(kù)模式、邏輯模式。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)概念模式，它是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)三級(jí)模式結(jié)構(gòu)的中間層，概念模式是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯描述，而不是數(shù)據(jù)庫(kù)本身，它是裝配數(shù)據(jù)的一個(gè)結(jié)構(gòu)框架。外模式：外模式簡(jiǎn)稱子模式，又稱用戶模式，是數(shù)據(jù)庫(kù)用戶能夠看見(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)用戶的數(shù)據(jù)視圖，是用戶與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)之間的接口。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)可以有多個(gè)外模式，設(shè)置外模式的優(yōu)點(diǎn)如下：方便用戶使用，簡(jiǎn)化用戶接口、保證數(shù)據(jù)的獨(dú)立性、有利于數(shù)據(jù)共享、有利于數(shù)據(jù)安全

12、和保密。內(nèi)模式：內(nèi)模式也稱存儲(chǔ)模式。是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(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)部的表示形式。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只能有一個(gè)內(nèi)模式。 21兩級(jí)映像：外模式/概念模式映像：外模式/概念模式映像定義了各個(gè)外模式與概念模式間的映像關(guān)系。概念模式/內(nèi)模式映像：概念模式/內(nèi)模式映像定義了數(shù)據(jù)庫(kù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 22兩極結(jié)構(gòu)的獨(dú)立性：物理數(shù)據(jù)獨(dú)立性：如果數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)模式要修改，即數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)有所變化，那么只要對(duì)概念模式/內(nèi)模式做相應(yīng)的修改即可。概念模式/內(nèi)模式提供了數(shù)據(jù)的物理數(shù)據(jù)獨(dú)立性。邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性：如果概念模式要修改，例如增加記錄類型或增加數(shù)據(jù)項(xiàng)，那么只要對(duì)外模式/概念模式映

13、像做相應(yīng)的修改，就可以使外模式和應(yīng)用程序盡可能保持不變。這樣，就稱數(shù)據(jù)庫(kù)打到了邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性。外模式/概念模式映像提供了數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。 23數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展階段：工管理階段（數(shù)據(jù)部保存、沒(méi)有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的軟件系統(tǒng)、沒(méi)有文件的概念、一組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于一個(gè)程序，數(shù)據(jù)時(shí)面向應(yīng)用的）、文件系統(tǒng)階段（數(shù)據(jù)需要長(zhǎng)期保存在外存上供反復(fù)使用、程序和數(shù)據(jù)之間有了一定得獨(dú)立性、文件的形式已經(jīng)多樣化、數(shù)據(jù)的存取基本以記錄為單位）、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、數(shù)據(jù)共享、減少數(shù)據(jù)冗余、具有較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性、方便用戶接口、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理與控制功能） 某校與教學(xué)管理相關(guān)的3個(gè)關(guān)系模式的結(jié)構(gòu)如下: 學(xué)生(學(xué)號(hào)、姓名、年齡、

14、性別、所在系) 課程（課程號(hào)、課程名、開(kāi)課系、任課教師） 學(xué)習(xí)（學(xué)號(hào)、課程號(hào)、成績(jī)） 試進(jìn)行如下操作： 1.創(chuàng)建“教學(xué)”數(shù)據(jù)庫(kù)，在“教學(xué)”數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建“學(xué)生”、“課程”、“學(xué)習(xí)”這3個(gè)基本表，并說(shuō)明主鍵和外鍵。 2.使用sql的查詢語(yǔ)句表達(dá)下列查詢 （1）查詢劉老師所授課程的課程號(hào)和課程名 （2）查詢年齡大于23歲的男學(xué)生的學(xué)號(hào)和姓名 （3）查詢至少修讀劉老師所授課程中一門(mén)課程的女學(xué)生和姓名 （4）查詢王樂(lè)同學(xué)不學(xué)的課程的課程號(hào) （5）查詢至少修讀兩門(mén)課程的學(xué)生學(xué)號(hào) （6）查詢?nèi)繉W(xué)生都修讀的課程的課程號(hào)與課程名 （7）查詢修讀課程中包含劉老師所授課程的學(xué)生學(xué)號(hào) 3）select 姓名 fro

15、m 學(xué)生 where 性別=女 and exists (select * from 學(xué)習(xí) where 學(xué)習(xí).學(xué)號(hào)=學(xué)生.學(xué)號(hào) and 課程號(hào) in (select 課程號(hào) from 課程 where 任課教師 like 劉%) 4） select 課程號(hào) from 課程 where not exists (select * from 學(xué)習(xí) where 學(xué)習(xí).課程號(hào)=課程.課程號(hào) and 學(xué)號(hào) in (select 學(xué)號(hào) from 學(xué)生 where 姓名=王樂(lè) ) 5）select 學(xué)號(hào) from 學(xué)生 group by 學(xué)號(hào) having count(*)>=2 6)select 課程號(hào)

16、,課程名 from 課程 where not exists (select * from 學(xué)生 where not exists (select * 學(xué)號(hào) from 學(xué)習(xí) where 學(xué)習(xí).課程號(hào)=課程.課程號(hào) and 學(xué)習(xí).學(xué)號(hào)=學(xué)生.學(xué)號(hào) ) 7）select 學(xué)號(hào) from 學(xué)習(xí) where exists (select * from 學(xué)習(xí) where 課程號(hào) in （select * from 課程號(hào) from 課程 where 任課教師 like 劉%）) 試用sql查詢語(yǔ)句表達(dá)下列對(duì)教學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)中3個(gè)基本表“學(xué)生”、“課程”、“學(xué)習(xí)”的查詢 （1）統(tǒng)計(jì)有學(xué)生修讀的課程門(mén)數(shù) （2）求修

17、讀c4課程的學(xué)生的平均年齡 （3）求劉老師所授課程的每門(mén)課程的學(xué)生平均成績(jī) （4）統(tǒng)計(jì)每門(mén)課程學(xué)生的修讀人數(shù)（超過(guò)10人的課程才統(tǒng)計(jì)），要求輸出課程號(hào)和修讀人數(shù)，查詢結(jié)果按人數(shù)降序排列，若人數(shù)相同，按課程號(hào)升序排列 （5）查詢學(xué)號(hào)比王樂(lè)同學(xué)大，而年齡比他小的學(xué)生姓名 （6）查詢姓名以王打頭的所有學(xué)生的姓名和年齡 （7）在“學(xué)習(xí)”表中檢索成績(jī)?yōu)榭罩档膶W(xué)生學(xué)號(hào)和課程號(hào) （8）求年齡大于女同學(xué)平均年齡的男學(xué)生姓名和年齡 （9）求年齡大于所有女同學(xué)年齡的男學(xué)生姓名和年齡 select count(distinct 課程號(hào)) from 學(xué)習(xí) select avg(年齡) from 學(xué)生 where ex

18、ists (select * from 學(xué)習(xí) where學(xué)生.學(xué)號(hào)=學(xué)習(xí).學(xué)號(hào) and 課程號(hào)=c4) select avg(成績(jī)) from 學(xué)習(xí) where group by 課程號(hào) having 課程號(hào) in (select 課程號(hào) from 課程 where 任課教師 like 劉%) select 課程號(hào),count(*) as c_count from 學(xué)習(xí) having c_count>10 order by c_count desc,課程號(hào) select 姓名 from 學(xué)生 where 學(xué)號(hào)>all(select 學(xué)號(hào)from 學(xué)生where 姓名=王樂(lè)) and

19、 年齡(select avg(年齡) from 學(xué)生 where 性別=女) select 姓名, 年齡 from 學(xué)生where 性別=男 and年齡>(select max(年齡) from 學(xué)生 where 性別=女) 試用sql更新語(yǔ)句表達(dá)對(duì)“教學(xué)”數(shù)據(jù)庫(kù)中3個(gè)基本表“學(xué)生”、“課程”和“學(xué)習(xí)”的各個(gè)更新操作 （1）向基本表“學(xué)生”中插入一個(gè)學(xué)生組（s009，吳，18） （2）在基本表“學(xué)生”中查詢每一門(mén)課程成績(jī)都大于等于80分的學(xué)生學(xué)號(hào)、姓名和性別，并把查詢到的值送往另一個(gè)已存在的基本表“結(jié)果”（學(xué)號(hào)，姓名，性別）中 （3）在基本表“學(xué)習(xí)”中刪除尚無(wú)成績(jī)的元組 （4）把王樂(lè)同學(xué)

20、在“學(xué)習(xí)”基本表中的課程和成績(jī)?nèi)縿h除 （5）把修讀java課程不及格的成績(jī)?nèi)臑榭罩?（6）把低于總平均成績(jī)的女同學(xué)成績(jī)提高5% （7）在基本表“學(xué)習(xí)”中修改c4課程的成績(jī)，若成績(jī)小于等于75分時(shí)提高5%，若成績(jī)大于75分時(shí)提高4%（用兩個(gè)update語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)） insert into 學(xué)生 values (s009,吳,18) insert into 結(jié)果(學(xué)號(hào),姓名,性別) select學(xué)號(hào),姓名,性別 from 學(xué)生 where not exists (select * from 學(xué)習(xí) where 學(xué)生.學(xué)號(hào)=學(xué)習(xí).學(xué)號(hào) and 成績(jī)75 and 課程號(hào)=c4 update 學(xué)習(xí) set 成績(jī)=成績(jī)*1.05 where 成績(jī)908）、 查詢至少有一門(mén)課的成績(jī)?cè)?0分以上的男同學(xué)的學(xué)號(hào)；select snofrom student awhere exists (select