計算機四級數據庫重點難點分析

1、引言1 .數據是描述現實世界事物的符號記錄，是用物理符號記錄下來的可以識別的信息。數據是信息的符號表示，是載體；信息是數據的語義解釋，是內涵。2 .數據模型是對現實世界數據特征的抽象，是數據庫系統(tǒng)的形式框架，用來描述數據的一組概念和定義，包括描述數據、數據聯(lián)系、數據操作、數據語義以及數據一致性的概念工具。滿足三條件：比較真實地模擬現實世界；易于人們理解；易于計算機實現三個組成要素：數據結構（靜態(tài)，數據對象本身結構及之間的聯(lián)系）、數據操作（對數據對象操作及操作規(guī)則的集合）和完整性約束（語義約束：數據模型、數據內部及之間聯(lián)系）3 .模式是對數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述，是所有用戶的公共數

2、據視圖，也稱為邏輯模式或概念模式。外模式是對數據庫用戶能夠看見和使用的局部數據的邏輯結構和特征的描述，是與某一應用有關的數據的邏輯表示，也稱為子模式、用戶模式或用戶視圖。內模式是對數據庫中數據的物理結構和存儲方式的描述，也稱為物理模式或存儲模式。當數據庫模式發(fā)生變化時，通過調整外模式/模式間的映像關系，使得應用程序不必隨之修改，從而保證數據與應用程序間的邏輯獨立性，簡稱數據的邏輯獨立性。當數據庫數據的物理存儲結構改變時，通過調整模式/內模式映像關系，保持數據庫模式不變，使數據庫系統(tǒng)的外模式和應用程序不隨之改變，保證數據與應用程序間的物理獨立性，簡稱數據的物理獨立性。4 .數據庫是存儲在計算機內

3、的共享數據集合，數據庫管理系統(tǒng)是一種數據管理系統(tǒng)軟件。數據庫系統(tǒng)則是在計算機系統(tǒng)中引入數據庫后的軟硬件系統(tǒng)構成，包括了數據庫、數據庫管理系統(tǒng)和數據庫應用程序。5 .DBMS勺主要功能有數據定義、數據操縱、數據庫運行管理與控制、數據庫建立與維護。DBMS2括查詢處理器和存儲管理器。查詢處理器實現面向用戶的查詢分析處理和優(yōu)化功能。存儲管理器為用戶和應用程序提供了存儲在數據庫文件中的應用數據的接口。6 .關系模型用二維表表示實體及實體之間的聯(lián)系，現實世界中的每個客觀對象對應表中的一行叫做一條記錄，表中的每個列（屬性）描述對象類的某一特征，列的值（屬性的取值）刻畫和描述客觀對象的某一具體的特征。優(yōu)缺點

4、：建立在“集合”“關系”上，嚴格成熟的理念基礎；用關系表示實體及之間聯(lián)系，簡單易懂；存儲路徑透明，較好的數據獨立性和安全保密性；查詢效率低于非關系模型。返回目錄：數據庫應用系統(tǒng)生命周期軟件生命周期是指軟件產品從考慮其概念開始，到該產品不再使用的整個時期。一般包括概念階段、需求階段、設計階段、實現階段、測試階段、安裝部署及交付階段、運行階段與維護階段。數據庫應用系統(tǒng)需求是指用戶對數據庫應用系統(tǒng)在功能、性能、行為、設計約束等方面的期望和要求：數據及數據處理、業(yè)務、性能、其他存儲安全備份與恢復等。數據庫應用系統(tǒng)生命周期模型1 .瀑布模型原理，項目規(guī)劃、需求分析、系統(tǒng)設計、實現與部署、運行管理與維護五

5、部分2 .快速原型模型和增量模型原理，允許漸進、迭代地開發(fā)DBAS3 .根據DBAS的軟件組成和各自功能，細化DBAS!求分析和設計階段，引入了數據組織與存儲設計、數據訪問與處理設計、應用設計三條設計主線，分別用于設計DBAS中的數據庫、數據庫事務和應用程序。4.設計階段細分為概念設計、邏輯設計、物理設計三個步驟，每一步涵蓋三條設計主線。需求分析及功能建模方法數據元素（歹U）是數據處理中的最小單位。DFD圖：數據流（標有名字的箭頭）、處理、數據存儲（橫圓柱）、數據源/終點（棱形）IDEF0圖：更好地理解需求；ICOM（輸入、控制、輸出、機制）碼；至少一個控制和輸出箭頭。A-0;A0（頂層圖）;

6、A1;A11DFD與IDEF0的比較：結構化分析思想：自頂而下逐級細化圖用箭頭也叫數據流來描述數據移動的方向、數據處理之間的數據依賴關系，IDEF0圖也用箭頭表示數據流，但不強調流或順序，強調數據約束，箭頭語義更豐富。模型有四種兀素，IDEF0圖只有兩種：箭頭和活動圖更加規(guī)范。其概念、建模方法、畫圖規(guī)則等均有說明和規(guī)定模型結構更清楚，便于理解和溝通結構化分析及建模方法的優(yōu)點：1）不過早陷入具體的細節(jié)，從整體或宏觀入手分析問題，如業(yè)務系統(tǒng)的總體結構，系統(tǒng)及子系統(tǒng)的關系。2）通過圖形化的模型對象直觀地表示系統(tǒng)完成什么功能，方便系統(tǒng)分析員理解和描述系統(tǒng)。3）模型對象不涉及太多技術術語，便于用戶理解模

7、型。數據庫概念設計與數據建模概念設計的目的和任務：面向現實世界，理解和描述應用領域中的數據需求，分析確定系統(tǒng)需要存儲和處理什么數據。過程：確定實體集；確定聯(lián)系和聯(lián)系類型；建立由信息模型表示的業(yè)務模型；確定實體集屬性；優(yōu)化信息模型。實體集描述具有相同屬性特征和性質的事物集合;屬性描述實體集具有的某一特征或性質IDEF1X:標定型（子依父實例才標定）（確定型）；非標定型（確定型）；分類；不確定關系數據庫邏輯設計關系數據庫：按照二維表格組織和存儲的相互關聯(lián)的關系（表）的集合。關系數據庫采用關系模型在計算機中組織、存儲、處理和管理數據。主碼約束：惟一性；最小性，不能取空值，并且取值要唯一外碼約束：如果

8、兩個關系R和S,X是R的屬性或屬性組，且X不是R的碼，但X是S的碼，則稱X是R的外碼?；蛘呷】罩担蛘叩扔赟中某個元組的主碼的值。邏輯設計的內容：定義和描述數據庫的全局邏輯結構、數據之間的關系、數據的完整性等目的：得到實際數據庫管理系統(tǒng)可以處理的數據庫模式。步聚：ER圖轉化關系模式；優(yōu)化關系模式；數據完整性設計；外模式設計關系模式描述關系的靜態(tài)結構，由模式名、屬性、完整性約束組成，關系是一個表中記錄的集合，關注和強調的是值（模式實例）的集合，也是關系模式在某一時刻狀態(tài)的反映。關系的完整性（完整性約束廣對關系所滿足條件的定義。作用：限定和檢查數據庫所含實例的合法性和正確性。靜態(tài)：主碼、外碼、域（

9、用戶定義）；動態(tài)：基于業(yè)務規(guī)則偽傳遞規(guī)則：X-Y,YW-Z則XW-Z成立。規(guī)范化設計理論的主要內容是范式，即關系模式滿足的條件，它是數據庫邏輯設計的指南，也是衡量關系模式設計優(yōu)劣的標準。目的：消除數據冗余及避免操作異常，基本過程：對關系進行分解。一個低級范式的關系模式通過分解（投影）方法可轉換成多個高一級范式的關系模式的集合，這個過程叫規(guī)范化。1NF:R的每一屬性均不可再分；2NF:是1NF且每個非主屬性完全依賴于主碼。在1上消除非主屬性對主碼的部分函數依賴；3NF:是1NF且每個非主屬性只依賴于主碼。在2上消除非主屬對主碼的傳遞函數依賴。ER模型轉換關系模型：實體集轉為同名關系；聯(lián)系轉為一個

10、關系，各實體集的碼及聯(lián)系的屬性轉為關系的屬性（1:1均可、1:n取n、m：n取集）；合并具有相同碼的關系。存儲技術與數據庫物理設計物理設計是在具體的硬件環(huán)境、OSDBMS勺束下，基于邏輯設計，設計具體數據存儲結構和存取方式。目的：占用空間少、訪問效率高、維護代價低。主要步驟有數據庫邏輯模式調整、文件組織與存取設計、數據分布設計、安全模式設計、確定系統(tǒng)配置、物理模式評估。索引技術（Indexing）是一種快速文件訪問技術，它將文件記錄在某個或某些域（或稱為屬性）上的取值與該記錄的物理地址直接聯(lián)系起來，提供了一種根據記錄域的取值快速訪問文件記錄的機制。索引文件是一種利用索引技術支持快速文件訪問的文

11、件組織和存取方法。索引加快了查詢記錄卻減慢了數據更新速度，本身還占用一定的存儲空間。文件組織：如何將關系數據庫中的關系映射為操作系統(tǒng)中的數據庫文件，及管理文件。文件結構：如何將DB文件中的邏輯記錄映射到物理文件的中磁盤塊。文件存?。横槍δ撤N結構的DB文件，如何查、添刪改其中的邏輯記錄數據字典：數據庫各類對象的描述信息、數據庫管理系統(tǒng)的控制信息。包括關系模式信息、與視圖描述有關的信息、關系的存儲結構和存取方法信息、完整性約束、安全性有關的信息、數據庫運行統(tǒng)計信息。作用：DBA用來監(jiān)視DBMS勺使用情況并協(xié)助完成管理工作；一般用戶可用于查閱部分數據庫結構信息；DBS運行時各子系統(tǒng)頻繁使用以完成相應

12、的存儲和查詢處理功能。DBMS的三種完整性控制機制：CHECKS、斷言、觸發(fā)器斷言語句：Createassertion斷言約束名check（）堆文件：數據量少且操作頻繁；批量加載數據（先選為堆文件再調整文件結構）順序文件：查詢條件定義在查找碼上；快速的二分查找散列文件：基于散列域值的等值匹配，特別是訪問順序是隨機的。非精確查詢；非散列域B-樹和B+-樹：大數據量基本表；聚焦文件：多表連接操作有序索引技術利用索引文件實現查找碼取值到記錄物理地址間的映射關系。索引文件由索引記錄組成，每個記錄中的索引項記錄了某個特定的查找碼值和具有該值的數據文件記錄的物理地址。當需要訪問數據文件中某個數據記錄時，先

13、根據查找碼值查閱索引文件，找到對應的索引項，然后從索引項中找出數據記錄在數據文件中的物理地址.根據這個地址訪問數據記錄。散列技術是一種快速文件訪問技術，它利用散列函數實現文件記錄域取值到記錄物理地址間的直接映射關系。當需要訪問數據文件中查找碼值為si的某個或某些文件記錄時，將si作為散列函數h的輸入計算得出的散列函數輸出值h（si）就是文件記錄在數據文件中的物理地址。權限：允許用戶對一給定的數據庫對象可執(zhí)行的操作（查詢、添刪改、新建、備份等）。數據庫應用系統(tǒng)功能設計軟件體系結構：軟件架構=構件，連接件，約束(+軟件設計包括系統(tǒng)的總體結構設計、系統(tǒng)的過程設計、系統(tǒng)的數據設計三方面內容人機界面設計

14、），從工程管理的角度，分為概要設計、詳細設計應用軟件分為數據庫事務和應用程序。后者一方面可以與數據庫事務協(xié)調合作，另方面還可實現與數據庫訪問無關的功能，如通信、人機交互。事務：具有邏輯獨立功能的一系列操作的集合，實現了某些特定的業(yè)務規(guī)則。事務概要設計的核心是辨識和設計事務自身的事務處理邏輯，采用面向數據流的程序設計方法設計事務內部的數據處理流程和結構。7.6C/S結構特點：數據管理和數據處理被分在客戶端和服務器上；服務器可支持多個客戶端；客戶端也可訪問多個服務器；客戶端=人機交互+數據處理B/S結構特點：表示層，WE函覽器；功能層，WE的用服務器；數據層，DBMS!艮務優(yōu)點：實現人面交互、應用

15、業(yè)務邏輯處理、數據管理三層分離，提高了系統(tǒng)的可維護性；用WEE覽器可訪問多個異構應用平臺，解決了跨平臺數據管理問題。sqlsql=structuredquerylanguage,結構化查詢語言二進制字符串是用十六進制表示的，0x前綴創(chuàng)建表：createtabletable_card事務高度與并發(fā)控制調度：定義在多個事務上的調度是這些事務的所有操作的一個執(zhí)行序列，代表了這些操作的執(zhí)行順序；沖突操作：事務Ti的操作Ii與事務Tj的操作Ij是沖突的，當且僅當Ii和Ij訪問數據庫中同一個數據項Q,并且Ii和Ij中至少有一個是寫操作write（Q）;沖突可串行：一個并發(fā)調度沖突等價于某個串行調度（判斷一

16、個并行調度是否正確）死鎖是指數據庫系統(tǒng)中部分或全部事務由于無法獲得對需要訪問的數據項的控制權而處于等待狀態(tài)，并且將一直等待下去的一種系統(tǒng)狀態(tài)。ACID：Atomicity原子性；Consistency一致性；Isolation隔離性；Durability持久性1級加鎖協(xié)議要求事務T在修改數據項Q之前必須先對Q加X鎖，直到事務結束才釋放該鎖。事務結束包括正常結束（commit）和非正常結束（rollback）。但事務如果是只讀Q而不對其進行修改，是不需要對Q加鎖的。2級加鎖協(xié)議是在1級加鎖協(xié)議基礎上，要求事務T在讀取數據項Q之前必須先對其加S鎖，讀完Q后可以立即釋放S鎖。3級加鎖協(xié)議則是在1級加

17、鎖協(xié)議基礎上，要求事務T在讀取數據項Q之前必須先對其加S鎖，但是需要等到事務結束時才釋放該S鎖。2階段鎖協(xié)議將每個事務的執(zhí)行過程分為加鎖階段和解鎖階段。在加鎖階段，事務可以申請獲得數據項上的任何類型的鎖，但不允許釋放任何鎖。在解鎖階段，事務可以釋放任何數據項上的任何類型的鎖，但不能再申請任何鎖。每個事務開始執(zhí)行后就進入了加鎖階段。當第一次釋放鎖后，即轉入解鎖階段。解決死鎖主要采用死鎖預防和死鎖檢測與恢復兩類方法。死鎖預防利用死鎖預防協(xié)議，通過破壞死鎖產生的必要條件來避免系統(tǒng)進入死鎖狀態(tài)。一次性加鎖法；順序加鎖法死鎖檢測與恢復則是允許系統(tǒng)進入死鎖狀態(tài)，并且定期檢查系統(tǒng)是否發(fā)生死鎖。當發(fā)現系統(tǒng)發(fā)生

18、死鎖后，采取相應的恢復機制使系統(tǒng)擺脫死鎖狀態(tài)?；铈i產生的原因是在系統(tǒng)非死鎖狀態(tài)下，某些事務由于始終無法獲得對所需訪問的數據項的控制權而長期等待下去，無法繼續(xù)執(zhí)行。鎖粒度大：被加鎖數據項少、事務并發(fā)執(zhí)行度低、系統(tǒng)開銷?。绘i粒度小則反之基于鎖的并發(fā)控制技術的原理數據庫的實施、運行和維護試運行：功能測試；性能測試數據庫維護：數據庫的轉儲和恢復；數據庫的安全性、完整性控制；數據庫性能的檢測和改善；數據庫的重組和重構數據庫安全：行政手段制定規(guī)范；權限管理、口令等；維護多個數據副本；防及除毒數據庫重組：按照系統(tǒng)設計要求對數據庫存儲空間進行全面調整；數據庫重構：業(yè)務小范圍變化需對數據庫邏輯結構作必要改變。數

19、據庫監(jiān)控分析：DBA借助相應工具監(jiān)測數據庫系統(tǒng)的運行情況，對監(jiān)測數據進行分析，評估整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，為系統(tǒng)的安全運行和性能優(yōu)化提供依據。數據庫空間管理：數據量增加和碎片使性能降低；空間溢出會帶來災難性停機故障。包括：創(chuàng)建修改刪除數據庫空間、新建移動關聯(lián)數據文件等。數據庫參數調整：外部調整：CPU網絡；調整內存分配（改善程度大）；調整磁盤I/O（I/O時間是響應時間的最大組成部分）；調整競爭數據庫查詢優(yōu)化：合理使用索引；避免或簡化排序（Orderby、Groupby,磁盤排序比內存排序開銷大速度慢）；避免相關子查詢、外連接（左右連接比內連接消耗大）；存儲過程屬于Oracle但不屬于SQLServer的邏輯和物理空間結構：表空間、段、區(qū)故障管理故障種類：事務內部故障（事務回滾撤消修改）、系統(tǒng)故障（影響事務不壞數據）、介質故障（軟件容錯、硬件容錯）、病毒系統(tǒng)故障對策：重啟，撤消（UNDO卡提交的事務,重做（REDO）已提交的事務軟件容錯：備份、日志文件，利用恢復技術；硬件容錯：雙物理存儲設備恢復基本原理：冗余，即所有數據均可通過存儲在別處的冗余數據來重建。對于經常進行數據操作的數據庫：完全轉儲+差異轉