《數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)》課件

數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)本課程介紹數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)。涵蓋關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、SQL語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫(kù)概述數(shù)據(jù)庫(kù)是存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。它提供了一種組織和訪問數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化方法。數(shù)據(jù)庫(kù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，例如電子商務(wù)、金融、醫(yī)療保健和科學(xué)研究。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)DBMS是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)管理和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，提供數(shù)據(jù)訪問和操作接口，例如SQL語(yǔ)言。DBMS幫助用戶創(chuàng)建、維護(hù)、查詢和更新數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的集合，包含各種結(jié)構(gòu)化的信息。數(shù)據(jù)庫(kù)可以按照特定的數(shù)據(jù)模型組織，例如關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)等，以便高效地存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本單位，可以是數(shù)字、文本、圖像、音頻等多種類型。數(shù)據(jù)經(jīng)過組織和結(jié)構(gòu)化后，才能在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中有效地存儲(chǔ)和使用。用戶用戶是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的使用者，可以是應(yīng)用程序、系統(tǒng)管理員或最終用戶。他們通過DBMS與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互，訪問和操作數(shù)據(jù)，完成各種任務(wù)。數(shù)據(jù)模型概念模型描述現(xiàn)實(shí)世界的概念，使用E-R圖表示。物理模型描述數(shù)據(jù)庫(kù)的具體實(shí)現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等。邏輯模型抽象出數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系，如關(guān)系模型。關(guān)系數(shù)據(jù)模型表關(guān)系數(shù)據(jù)模型中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在二維表中，包含行和列，每行表示一個(gè)實(shí)體，每列表示一個(gè)屬性。主鍵每個(gè)表都包含主鍵，用于唯一標(biāo)識(shí)每個(gè)實(shí)體。主鍵值不能重復(fù)，不能為空。關(guān)系表之間可以通過外鍵建立聯(lián)系，表示實(shí)體之間的關(guān)系。關(guān)系類型包括一對(duì)一、一對(duì)多和多對(duì)多。數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)由多個(gè)相關(guān)表組成的集合，用于存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)。關(guān)系代數(shù)11.關(guān)系代數(shù)運(yùn)算關(guān)系代數(shù)是一種基于集合論的數(shù)學(xué)模型，定義了關(guān)系操作的集合，用于操作關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。22.基本運(yùn)算基本運(yùn)算包括并集、交集、差集、笛卡爾積、選擇、投影、連接等，用于對(duì)關(guān)系進(jìn)行篩選、合并、連接等操作。33.擴(kuò)展運(yùn)算擴(kuò)展運(yùn)算包括除法、外連接、半連接等，提供了更強(qiáng)大的功能，用于處理更復(fù)雜的數(shù)據(jù)操作。44.關(guān)系代數(shù)的作用關(guān)系代數(shù)為數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言提供了理論基礎(chǔ)，是理解數(shù)據(jù)庫(kù)查詢處理的關(guān)鍵概念。SQL語(yǔ)言基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢語(yǔ)言SQL語(yǔ)言的核心部分，用于檢索和操作數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言用于創(chuàng)建、修改和刪除數(shù)據(jù)庫(kù)中的表、視圖和索引等數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象。數(shù)據(jù)操作語(yǔ)言用于插入、更新和刪除數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，管理數(shù)據(jù)完整性和事務(wù)。數(shù)據(jù)控制語(yǔ)言用于控制數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問權(quán)限和安全，管理用戶和角色。SQL數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言數(shù)據(jù)類型定義定義表中各列的數(shù)據(jù)類型，如整型、字符型、日期型等，確保數(shù)據(jù)一致性。約束條件定義設(shè)置約束條件，如主鍵約束、外鍵約束、唯一性約束等，保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。索引定義創(chuàng)建索引，提高數(shù)據(jù)查詢效率，加速數(shù)據(jù)訪問速度。視圖定義創(chuàng)建視圖，將查詢結(jié)果封裝成虛擬表，簡(jiǎn)化查詢操作，提供數(shù)據(jù)安全保護(hù)。SQL數(shù)據(jù)查詢語(yǔ)言11.數(shù)據(jù)檢索從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取滿足特定條件的數(shù)據(jù)。22.數(shù)據(jù)過濾使用條件語(yǔ)句篩選出符合要求的數(shù)據(jù)。33.數(shù)據(jù)排序按指定的字段對(duì)查詢結(jié)果進(jìn)行排序。44.數(shù)據(jù)分組將查詢結(jié)果按特定字段進(jìn)行分組，并對(duì)每組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。SQL數(shù)據(jù)操作語(yǔ)言數(shù)據(jù)插入使用INSERT語(yǔ)句將新數(shù)據(jù)添加到表中?？梢允褂肰ALUES或SELECT子句指定要插入的數(shù)據(jù)。示例：INSERTINTOStudents(ID,Name,Age)VALUES(101,'張三',20);數(shù)據(jù)更新使用UPDATE語(yǔ)句修改表中已存在的數(shù)據(jù)。使用WHERE子句指定要更新的行。示例：UPDATEStudentsSETAge=21WHEREID=101;數(shù)據(jù)刪除使用DELETE語(yǔ)句從表中刪除數(shù)據(jù)。使用WHERE子句指定要?jiǎng)h除的行。示例：DELETEFROMStudentsWHEREID=101;數(shù)據(jù)完整性數(shù)據(jù)完整性保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、一致性和完整性。數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的信息是真實(shí)、有效和完整的，沒有錯(cuò)誤或丟失的數(shù)據(jù)。完整性約束用于維護(hù)數(shù)據(jù)完整性的規(guī)則，例如主鍵約束、外鍵約束、唯一性約束和檢查約束等。數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮數(shù)據(jù)完整性，例如使用合適的鍵和關(guān)系來確保數(shù)據(jù)的正確性。數(shù)據(jù)安全數(shù)據(jù)完整性也是數(shù)據(jù)庫(kù)安全的重要方面，防止數(shù)據(jù)被篡改或丟失。事務(wù)管理1原子性事務(wù)是一個(gè)不可分割的工作單元，要么全部執(zhí)行，要么全部不執(zhí)行。要么全部成功，要么全部回滾。2一致性事務(wù)必須使數(shù)據(jù)庫(kù)從一個(gè)一致狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一個(gè)一致狀態(tài)。3隔離性多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時(shí)，相互之間不能互相干擾。4持久性事務(wù)一旦提交，其對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改就是永久性的。即使發(fā)生系統(tǒng)崩潰也不會(huì)丟失。并發(fā)控制1鎖機(jī)制防止多個(gè)事務(wù)同時(shí)訪問同一數(shù)據(jù)2時(shí)間戳機(jī)制基于時(shí)間戳順序處理事務(wù)3樂觀鎖機(jī)制假設(shè)沖突較少，僅在提交前檢查4多版本并發(fā)控制維護(hù)數(shù)據(jù)多個(gè)版本，提高并發(fā)效率并發(fā)控制是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的重要機(jī)制，用于保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性。它通過協(xié)調(diào)多個(gè)事務(wù)對(duì)共享數(shù)據(jù)的訪問，避免數(shù)據(jù)沖突和不一致性。數(shù)據(jù)安全與備份數(shù)據(jù)加密使用加密算法保護(hù)敏感數(shù)據(jù)，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。數(shù)據(jù)備份定期備份數(shù)據(jù)庫(kù)，以便在數(shù)據(jù)丟失時(shí)進(jìn)行恢復(fù)。訪問控制限制用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問權(quán)限，確保數(shù)據(jù)的安全性。數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)描述了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)各組件的組織方式。它定義了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)如何存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)，以及用戶如何訪問和操作數(shù)據(jù)。常見的數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)包括集中式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和云數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。集中式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)將所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在單個(gè)服務(wù)器上，而分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)則將數(shù)據(jù)分布在多個(gè)服務(wù)器上。云數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)則將數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)托管在云平臺(tái)上，用戶可以根據(jù)需要靈活地?cái)U(kuò)展數(shù)據(jù)庫(kù)資源?？蛻舳?服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)客戶端用戶界面，負(fù)責(zé)向用戶展示信息并接收用戶操作。服務(wù)器處理數(shù)據(jù)請(qǐng)求，存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)，并提供各種數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)連接客戶端和服務(wù)器之間通信的橋梁，傳遞請(qǐng)求和響應(yīng)。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在多個(gè)物理節(jié)點(diǎn)上，節(jié)點(diǎn)可以位于不同的地理位置。這使得數(shù)據(jù)更容易訪問，也提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和容錯(cuò)性。提高數(shù)據(jù)可用性增強(qiáng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量提高數(shù)據(jù)訪問速度增強(qiáng)系統(tǒng)容錯(cuò)能力常見的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)類型分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要分為以下兩種類型：分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（DRDBMS）分布式NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)面向主題的、集成的、非易失性的、隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)集合，用于支持管理決策。數(shù)據(jù)挖掘從大量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)隱藏的模式、規(guī)律和知識(shí)的過程，用于支持決策和業(yè)務(wù)改進(jìn)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法1數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的實(shí)際部署和運(yùn)行。2物理設(shè)計(jì)選擇具體的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，確定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和索引策略等。3邏輯設(shè)計(jì)將概念模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表和關(guān)系約束。4概念設(shè)計(jì)根據(jù)用戶需求，建立數(shù)據(jù)模型，描述數(shù)據(jù)的語(yǔ)義和結(jié)構(gòu)。5需求分析了解用戶的業(yè)務(wù)需求，識(shí)別數(shù)據(jù)需求和功能需求。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，需要從需求分析開始，逐步完成概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)，最終實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。每個(gè)階段都需要考慮數(shù)據(jù)模型的選擇、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)完整性約束的制定、以及數(shù)據(jù)庫(kù)性能優(yōu)化等方面。需求分析與概念設(shè)計(jì)收集需求與用戶溝通，明確數(shù)據(jù)庫(kù)用途和功能要求。數(shù)據(jù)建模將需求轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)模型，定義實(shí)體、屬性和關(guān)系。概念設(shè)計(jì)用E-R圖描述數(shù)據(jù)模型，建立數(shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)。概念模型驗(yàn)證確認(rèn)概念模型符合用戶需求，并進(jìn)行必要調(diào)整。邏輯設(shè)計(jì)與物理設(shè)計(jì)1邏輯設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模型選擇關(guān)系模式設(shè)計(jì)2物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3性能優(yōu)化索引設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)側(cè)重于數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)和語(yǔ)義，確定數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯模型，包括表結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、主鍵、外鍵等。物理設(shè)計(jì)則基于邏輯設(shè)計(jì)的結(jié)果，具體考慮存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、索引方案、數(shù)據(jù)分布等，目標(biāo)是優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)的性能和空間利用率。數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施與維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施是將數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為實(shí)際可運(yùn)行的系統(tǒng)，包括安裝數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)、導(dǎo)入數(shù)據(jù)等。維護(hù)工作包括保證數(shù)據(jù)庫(kù)的穩(wěn)定運(yùn)行、定期備份和恢復(fù)數(shù)據(jù)、優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)性能、修復(fù)錯(cuò)誤等。1系統(tǒng)部署安裝數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)2數(shù)據(jù)導(dǎo)入將數(shù)據(jù)遷移到數(shù)據(jù)庫(kù)3系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)功能和性能4系統(tǒng)監(jiān)控跟蹤數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行狀態(tài)5定期維護(hù)備份、優(yōu)化和修復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的性能優(yōu)化1索引優(yōu)化選擇合適的索引類型，例如B樹索引，哈希索引。2查詢優(yōu)化使用優(yōu)化器，分析查詢語(yǔ)句，選擇最佳執(zhí)行計(jì)劃。3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化選擇合適的存儲(chǔ)引擎，例如InnoDB，MyISAM，適合數(shù)據(jù)類型。4硬件優(yōu)化使用更快的硬件，例如SSD，增加內(nèi)存容量，提升系統(tǒng)性能。索引的概念與設(shè)計(jì)加速數(shù)據(jù)訪問通過建立索引，可以快速定位到所需數(shù)據(jù)。提高查詢效率索引就像目錄，可以快速查找數(shù)據(jù)，無需掃描整個(gè)表。索引類型B樹索引哈希索引索引設(shè)計(jì)選擇合適的索引類型，并合理設(shè)計(jì)索引字段，以提高查詢效率。查詢優(yōu)化查詢計(jì)劃數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)會(huì)制定查詢計(jì)劃，選擇最優(yōu)執(zhí)行方式。索引索引可以加速數(shù)據(jù)檢索，提高查詢效率。視圖視圖可以簡(jiǎn)化查詢語(yǔ)句，并提高數(shù)據(jù)訪問速度。數(shù)據(jù)緩存緩存常用數(shù)據(jù)，減少磁盤訪問次數(shù)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理員的職責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)安全數(shù)據(jù)庫(kù)管理員負(fù)責(zé)維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性和完整性。他們需要制定安全策略，配置訪問權(quán)限，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)活動(dòng)，并采取措施防止數(shù)據(jù)泄露或篡改。性能優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)管理員需要監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)性能，識(shí)別瓶頸，并采取措施提高數(shù)據(jù)庫(kù)的響應(yīng)速度和效率。他們可以優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，調(diào)整配置參數(shù)，以及使用索引等技術(shù)來提高性能。數(shù)據(jù)庫(kù)安全管理數(shù)據(jù)訪問控制限制未經(jīng)授權(quán)訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，通過身份驗(yàn)證、授權(quán)和訪問控制機(jī)制保護(hù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)加密對(duì)敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，防止未經(jīng)授權(quán)的查看或修改，確保數(shù)據(jù)機(jī)密性。網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器免受網(wǎng)絡(luò)攻擊，通過防火墻、入侵檢測(cè)系統(tǒng)等手段保證網(wǎng)絡(luò)安全。數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)定期備份數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，以防數(shù)據(jù)丟失，并確保數(shù)據(jù)完整性和可用性。數(shù)據(jù)庫(kù)備份與恢復(fù)1數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)自然災(zāi)害、人為錯(cuò)誤、系統(tǒng)故障都可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。2備份策略定期備份數(shù)據(jù)庫(kù)、不同時(shí)間點(diǎn)創(chuàng)建備份、選擇合適的備份方式。3恢復(fù)方法使用備份恢復(fù)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)恢復(fù)工具、恢復(fù)策略的選擇