数据库系统概论（二）：关系数据库

2020-05-21 08:36 ZhuSenlin 阅读(628) 评论(0) 编辑收藏举报

本笔记参考书籍《数据库系统概论（第五版）》王珊萨师煊编著

1. 总体内容梳理
2.关系数据库
3. SQL和数据安全
4. 数据库的安全性
5.数据库完整性

1. 总体内容梳理

关系模型的基本概念（原书第2章）
关系数据库标准语言SQL的语句和数据库安全性（原书第3章）
数据库安全（原书第四章）
数据库完整性（原书第5章）

2.关系数据库

2.1 数据结构和形式化定义

2.1.1 关系

关系的数据结构就是一张二维表
从集合论的角度给出关系数据结构的形式化定义
- 域（domain）:相同数据类型的值的集合。
- 笛卡尔积(cartesian product):域上的一种集合运算。是一组域中每个域各选取一个元素组成的域。相关概念有元组、n元组、分量。
- 关系（relation）：D1×D2×D3×…×Dn的子集叫做在域D1、D2、…、Dn的关系。表示为R(D1,D2,D3,…,Dn),其中R为关系名称，n是关系的度或目
  - n=1:单元关系/一元关系
  - n=2:二元关系
- 候选码（candidate key）:可唯一表示一个元组的属性组而其子集不能，该属性组称为候选码。
- 主码（primary key）:候选码其中选择一个
- 主属性（prime attribute）与非主属性（non-prime attribute）：在候选码出现的属性都成为主属性，未出现则为非主属性（非码属性）。
- 全码（all-key）:关系模型的所有属性是这个关系的候选码

2.1.2 关系模式

关系与关系模式的区别
- 关系模式是型，关系是值。关系模式是对关系的描述。
- 关系是关系模式再某一时刻的状态或内容
- 关系模式是静态的、稳定的；关系是动态的、随时间不断变化的。
关系模式的定义

定义1：关系模式是关系的描述，它可以形象的表示为R(U,D,DOM,F)。其中：
      R：关系名
      U：属性名集合
      DOM：属性向域的映射集合
      F：属性间数据的依赖关系集合

依赖关系集合再数据库的规范化中会提到

2.2 关系操作

关系操作主要有 查询操作 和 增删改 两部分
查询操作（其中加粗为5大基本操作）
- 选择
- 投影
- 连接
- 除
- 并
- 差
- 交
- 笛卡尔积
结构化查询语言（Structured Query Language，SQL）:集查询、数据定义语言、数据操纵语言和数据控制语言（Data Control Language，DCL）于一体的关系数据语言

2.3 关系的完整性

关系的完整性主要有三类：实体完整性（entity integrity）、参照完整性（referential integrity）和用户定义完整性（user-defined integrity）
- 实体完整性：主属性不能取空值（null value）
- 用户自定义完整性：用户所需求的约束
- 参照完整性：关系与关系之间存在着相互引用、相互约束的情况

F是基本关系R的一个或一组属性，但不是关系R的码
K是基本关系S的主码
如果F与K相对应，则称F是R的外码，
并称基本关系R为参照关系，基本关系S为被参照关系
R和S不一定是不同的关系（即可以是同一关系）

参照性约束要求：
F或者取空值，或等于S中的某个主码值

2.4 关系代数

关系代数的运算分类
- 传统的集合运算：并、差、交、笛卡尔积
- 专门的关系运算：选择、投影、连接、除运算等

2.4.1 传统集合运算：略

2.4.2 专门的运算符

选择：如其名，根据某一逻辑条件对每一元组进行筛选。
投影：从关系中选择若干个属性列组成新的关系。
连接（join）：从两个关系的笛卡尔集中选出满足一定条件的元组。
- 等值连接：条件为”=“的连接运算。
- 自然连接：一种特殊的等值连接，他要求两个关系中进行比较的分量必须是同名的属性住，并且在结果种把重复的属性列去掉。
- 外连接：把悬浮元组（自然连接舍弃的元组）保留的连接称为外连接
  - 左外连接：只保留左边的元组
  - 右外连接：只保留右边的元组
除运算（division）：设关系R除以关系S的结果为关系T，则T包含所有在R但不在S中的属性及其值，且T的元组与S的元组的所有组合都在R中

3. SQL和数据安全

SQL集数据查询（data query）、数据操纵（data manipulation）、数据定义（data definiton）和数据控制（data control）功能于一体，主要特点有综合统一、高度非过程化、面向集合的操作方式、以同一种语法结构提供多种使用方式、语言简洁，易学易用等。

3.1 数据定义

主要包括模式定义（SCHEMA）、表定义（TABLE）、视图（VIEW）和索引定义（INDEX）
主要操作关键字：CREATE、DROP、ALTER

3.1.1 模式

模式实际上定义了一个命名空间（namespace），在这一空间可以进一步定义该模式的基本表、视图、索引等数据库对象。

//创建模式
CREATE SCHEMA <模式名> AUTHORIZATION <用户名> [<表定义子句>|<视图定义子句>]
//例：为用户ZHANG创建一个模式TEST，并在其中定义一个表TAB1
CREATE SCHEMA TEST AUTHORIZATION ZHANG
CREATE TABLE TAB1(COL SMALLINT)

//删除模式，CASCADE 和 RESTRICT必选其中一个
//CASCADE：级联，在删除模式的同时把所有的数据库对象全部删除
//RESTRICT：限制。如果该模式下已经定义了下属的数据库对象（如表、视图等），则拒绝该删除操作的执行
DROP SCHEMA <模式名> <CASCADE|RESTRICT>

3.1.2 基本表的定义、删除、修改

//建立一个Student表
//PS:这是一个参照自身的例子
CREATE TABLE Course
( Cno CHAR(4) PRIMARY KEY,
 Cname CHAR(40) NOT NULL,
 Cpno CHAR(4),
 Ccredit SMALLINT,
 FOREIGN KEY(Cpno) REFERENCES Course(Cno) //表级完整性约束条件，Cpno是外码，被参照表是Course，参照表是Cno
);

//修改表格:
ALTER TABLE Student ADD S_entrance DATE;  //添加入学时间列
ALTER TABLE Student ALTER COLUMN Sage INT;//将数据类型由字符串改为整型
ALTER TABLE Course ADD UNIQUE(Cname);     //添加课程名称必须唯一值的约束条件

//删除表格
//RESTRICT:删除由限制条件。欲删除的基本表不能被其他表的约束所引用，不能有视图，不能有触发器，不能有存储过程或函数
//CASCADE:删除无限制条件。删除时相关依赖会一并删除
//默认为：RESTRICT
DROP TABLE Student [RESTRICT | CASCADE]

3.1.4 索引的建立和删除

//UNIQUE :表示此索引的每个索引值只对应唯一的数据记录
//CLUSTER：表示要建立的索引时聚簇索引
//DESC：降序；ASC：升序
CREATE [UNIQUE] [CLUSTER] INDEX <索引名> 
ON <表名>(<列名[<次序>],<列名[<次序>]>,…>)

//例
CREATE UNIQUE INDEX Stusno ON SC(Sno ASC,Cno DESC)

//修改：索引重命名
ALTER INDEX SCno RENAME TO SCSno

//删除
DROP INDEX SCSno

3.2 数据查询

基本格式

SELECT [ALL | DISTINCT] <目标表达式> [,<目标表达式>] …
FROM <表名或视图名> [,<表名或视图名>] | (<SELECT语句>) [AS]<别名>
[WHERE <条件表达式>]
[GROUP BY<列名1> [HAVING<条件表达式>]]
[ORDER BY<列名2> [ASC | DESC]];

3.3 数据更新

主要操作有：插入数据（INSERT）、修改数据（ALTER）、删除数据（DELETE）

//插入数据例子
INSERT INTO　Student VALUES("0001","ZHUSENLIN")

//修改数据例子
UPDATE Student SET SName="ZhuSenlin" WHERE SName="ZHUSENLIN"

//删除数据例子
DELETE FROM Student WHERE SNo="0001"

3.4 空值的处理

空值的产生：未赋值的属性
空值的判断：IS NULL 和 IS NOT NULL
空值的约束：NOT NULL

3.5 视图

3.5.1 定义视图、查询视图、更新视图

//创建视图的例子
CREATE VIEW Is_Student
AS
SELECT SNo,SName
FROM Student
WHERE SNo="0001"

//删除视图的例子
DROP VIEW Is_Student

//查询视图的例子
SELECT SNo,SName FROM Is_Student WHERE Sno="0001"

//更新视图的例子:和表类似
//INSERT、DELETE、UPDATE

3.5.2 视图的作用

视图能够简化用户的操作
视图使用户能够以多种角度看待同一数据
视图对重构数据库提供了一定程度的逻辑独立性
视图能够对机密数据提供安全保护
适当利用视图可以更清晰地表达查询

4. 数据库的安全性

数据库的安全是指保护数据库以防不合法使用所造成的数据泄露、更改和破坏。
数据库的不安全因素
- 非授权用户对数据库的恶意存取和破坏
- 数据库中重要或敏感的数据被泄露
- 安全环境的脆弱
安全标准简介：TCSEC1985年美国国防部正式颁布的《DoD可信计算机系统评估准则》

4.1 数据库安全性控制

4.1.1 用户身份识鉴定

每个用户标识由用户名和用户标识号构成。用户标识号在整个生命周期是唯一的。
鉴别方法
- 静态口令鉴别：账号密码登录
- 动态口令鉴别：一次一密的方式（例如短信验证等）
- 生物特征鉴别：指纹、虹纹和掌纹
- 智能卡鉴别：不可复制的硬件，内置集成电路的芯片，具有硬件加密的功能

4.1.2 存取控制

存取控制机制主要包括两部分：定义用户权限（授权）和合法权限检查

4.1.3 自主存取控制方法

自主存取控制方法：主要通过SQL的GRANT和REVOKE语句来实现。
用户权限由数据库对象和操作类型组成；定义存取权限称为授权。
授权：授予和回收

//授予语句语法
GRANT<权限> [,<权限>]…
ON <对象类型><对象名>[,<对象类型><对象名>]…
TO <用户>[,<用户>]…
[WITH GRANT OPTION]

//授予权限例子
GRANT SELECT ON TABLE Student TO U1，U2
GRANT SELECT ON TABLE Student TO PUBLIC //授予给所有用户

//回收语句语法
REVOKE<权限> [,<权限>]…
ON <对象类型><对象名>[,<对象类型><对象名>]…
FROM <用户>[,<用户>]…[CASECADE|RESTRICT]

4.1.4 创建数据库模式的权限

//CONNECT :只能登录数据库
//RESOURCE：可创建基本表和视图，但不能创建模式和新用户
//DBA：超级用户
CREATE USER <username> [WITH] [DBA|RESOURCE|CONNECT]

4.1.5 数据库角色

//角色创建
CREARE　ROLE　<角色名>

//给角色授权
GRANT<权限> [,<权限>]…
ON <对象类型><对象名>[,<对象类型><对象名>]…
TO <角色>[,<角色>]…

//将一个角色授予其他的角色或用户
GRANT<角色1>[,<角色2>]
TO <角色3>[,<用户1>]…
[WITH ADMIN OPTION]

//角色权限的回收
REVOKE<权限> [,<权限>]…
ON <对象类型><对象名>[,<对象类型><对象名>]…
FROM <角色>[,<角色>]…

4.1.6 强制存取控制方法

数据库管理系统为每一个实例指派一个敏感度标记（label）绝密（TS）＞＝机密（Ｓ）＞＝可信（Confidential，Ｃ）＞＝公开（P）
当某一个用户（或主体）以标记label注册如系统时，系统要求他对任何客体的存取都必须遵循如下规则：
- 仅当主体的许可证级别大于或等于客体的密级时，该主体才能读取相应的客体
- 仅当主体的许可证级别小于或等于客体的密级时，该主体才能写相应的客体

4.2 视图机制

通过视图机制可以把一些保密的数据对无权存取的用户隐藏起来，从而提高一定程度的安全保护。

4.3 审计

审计功能把用户对数据库的所有操作字典记录下来放入审计日志中，以供审计员监控各种行为。
设置和取消审计功能

AUDIT ALTER,UPDATE ON SC
NOAUDIT ALTER,UPDATE ON SC

4.4 数据加密

数据加密包括存储加密和传输加密

4.5 其他安全性保护

推理控制、隐蔽信道和数据隐私保护等技术

5.数据库完整性

数据的完整性（integrity）是指数据的正确性和相容性。
- 正确性：符合现实语义、反映当时实际状况的。
- 相容性：数据库同一对象在不同关系表中的数据是符合逻辑的。
数据库系统实现的功能
- 提供定义完整性约束条件的机制
- 提供完整性检查的方法
- 进行违约处理

5.1 实体完整性

实体完整性在CREATE TABLE中用PRIMARY KEY定义，有表级约束和列级约束（仅适用于主码只有一列的情况）两种说明方法
在检查实体完整性时，全盘扫描太过耗时，因此，数据库管理系统都在主码建立一个索引。通过索引查找基本表中是否有已经存在新的主码值。（B+树索引）

5.2 参照完整性

参照完整性在CREATE TABLE中用FOREIGN KEY定义

5.3 用户定义的完整性

列值非空（NOT　NULL）
列值唯一（UNIQUE）
检查列值是否满足一个表达式（Check）

5.4 完整性约束命名子句

完整性约束命名子句

CONSTRAINT <完整性约束条件名> <完整性约束条件>

//修改完整性约束
ALTER TABLE Student
DROP CONSTRAINT C1

ALTER TABLE Student
ADD CONSTRAINT C1 <完整性约束条件名> <完整性约束条件>

5.5 断言

//创建断言
CREATE ASSERTION <断言名> <CHECK 子句>
//删除断言
DROP ASSERTION <断言名>

5.6 触发器

触发器又叫做事件-条件-动作(event-condition-action)规则。

会员力量，点亮园子希望

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ZhuSenlin

数据库系统概论（二）：关系数据库

1. 总体内容梳理

2.关系数据库

2.1 数据结构和形式化定义

2.1.1 关系

2.1.2 关系模式

2.2 关系操作

2.3 关系的完整性

2.4 关系代数

2.4.1 传统集合运算：略

2.4.2 专门的运算符

3. SQL和数据安全

3.1 数据定义

3.1.1 模式

3.1.2 基本表的定义、删除、修改

3.1.4 索引的建立和删除

3.2 数据查询

3.3 数据更新

3.4 空值的处理

3.5 视图

3.5.1 定义视图、查询视图、更新视图

3.5.2 视图的作用

4. 数据库的安全性

4.1 数据库安全性控制

4.1.1 用户身份识鉴定

4.1.2 存取控制

4.1.3 自主存取控制方法

4.1.4 创建数据库模式的权限

4.1.5 数据库角色

4.1.6 强制存取控制方法

4.2 视图机制

4.3 审计

4.4 数据加密

4.5 其他安全性保护

5.数据库完整性

5.1 实体完整性

5.2 参照完整性

5.3 用户定义的完整性

5.4 完整性约束命名子句

5.5 断言

5.6 触发器

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