数据库期末——知识点总结

第一章

数据结构化时数据库主要特征之一，是数据库与文件系统的根本区别

数据库主要包括四个部分： 数据库、用户、软件、硬件

ER图组成：实体、联系、属性

数据模型三要素：数据结构、数据操作、完整性约束

基本数据模型：层次、网状、关系模型

数据库系统三级模型、两级映像：

• 三级模式：外模式、模式、内模式
• 两级映像：外模式/模式、模式/内模式
• 逻辑独立性：外模式/模式映像
• 物理独立性：模式/内模式映像

第二章：关系数据库

关系模型的语义约束：实体完整性、参照完整性、用户定义完整性

• 实体完整性：要有属性或者属性组作为主码，主码的值不可为空或部分为空

• 参照完整性：X是R的外部码，X是S的主码，那么R中每个X值要么为空，要么等于S中相应的X值

关系演算：

• 关系代数
• 元组演算、域演算

关系代数9种关系运算：

• 常规集合运算：交、并、差、笛卡尔积
• 特有关系运算：选择、投影、连接、自然连接、商

第三章 SQL

查询

• 投影检索，可用DISTINCT消去重复

• 选取检索，使用WHERE表达查询的条件

• 排序检索，ORDER BY <列名> ASC/DESC

• 连表检索，如果连表中有属性名相同的话用表名作为前缀区分，否则不用加表名

  • 表的自身连接，定义一个表的别名

• 子查询嵌套检索： 使用IN 、EXISTS(😢hard)

  • 普通子查询
  • 相关子查询

• 交、并、差检索

  • 交：INTERSECT
  • 并：UNION
  • 差：MINUS

• 库函数检索：只能出现在SELECT子句或者HAVING子句

  • COUNT、MAX、MIN、AVG、SUM

• 分组检索：GROUP BY <列名> <列名>

  • 条件使用HAVING，放在GROUP BY后面

• 算数表达式检索

• 部分匹配检索， WHERE <列名> LIKE '%xxx%'

  • % 表示0个或多个字符
  • _ 表示任意一个字符

• 基于派生表的查询

定义基本表:

CREATE TABLE <表名> （

... ...

... ...

PRIMARY KEY

FOREIGN KEY () REFERENCES table2(table2主码)

）

修改基本表

ALTER TABLE <表名>

删除基本表

DROP TABLE <表名>

定义、删除索引

定义视图

create view <视图名>

as

<子查询>

删除视图

drop view <视图名>

插入、修改、删除数据

• 插入数据：insert into <表名> 【属性列】 values 【属性值】
• 修改数据：update <表名> set ... where ...
• 删除数据：delete from <表名> where ...

第四章：数据库设计

需求分析

​ 数据流图和数据字典

概念结构设计

​ 形成概念模型

​ ER图：实体、属性、联系

​ 应用系统的概念结构设计方法

• 自顶向下
• 自底向上
• 逐步扩张
• 混合策略

数据抽象机制

• 分类
• 聚集
• 概括

局部ER图设计

• 选择局部应用
• 利用数据抽象机制，建立实体模型
• 确定实体之间的联系类型，形成分ER图

集成局部ER图的步骤

• 合并
• 修改和重构

ER图向关系模型转换的规则：

• 一个实体型对应一个关系模式
• 一个联系转换为一个关系模式
• 三个或三个以上实体间的多元联系，转换为一个关系模式
• 具有相同的码的关系可以合并

逻辑结构设计

物理结构设计

数据库实施

数据库运行和维护

第五章： 关系数据理论

数据依赖：

• 函数依赖
• 多值依赖

三种函数依赖：

• 完全函数依赖
• 部分函数依赖
• 传递函数依赖

平凡/非平凡函数依赖

• 平凡函数依赖：
• 非平凡函数依赖：

Armstrong公理系统

• 自反律：
• 增广律：
• 传递律：

三条推理规则：

• 合并规则
• 伪传递规则
• 分解规则

函数依赖集的闭包：对于关系R<U,F>,能由F根据Armstrong公理导出的

Armstrong公理的有效性和完备性

• 有效性：
• 完备性：

求函数依赖集的闭包

函数依赖集极小化处理(🅰️已经在笔记上总结)

范式：

• 1NF：保证每个属性不可再分

• 2NF：消除了非主属性对码的部分函数依赖

• 3NF：消除了非主属性对码的传递函数依赖（并没有限制主属性对码的部分或传递函数依赖）

• BCNF：每个函数依赖都含有码

• 4NF 4NF规范化？？？？？？？？

模式分解：

• 无损连接
• 分解保持函数依赖

达到3NF，保持函数依赖、无损分解的算法

达到BCNF无损连接的分解算法

快速求解候选码

• 单属性依赖集求候选码：图论方法
• 多属性依赖集求候选码：先将L类和R类放到一块，然后逐个添加LR类属性，直到其闭包为U

第六章：关系查询处理和查询优化

查询处理步骤：

• 查询分析
• 查询检查
• 查询优化
• 查询执行

查询优化：

• 代数优化：通过对代数表达式的等价变换
• 物理优化：改变存取路径和底层操作算法的选择

连接操作算法：

• 嵌套循环法
• 排序-合并法
• 索引连接法
• Hash Join法

第七章：事务处理技术

事务：是用户定义的数据库操作的序列，这些操作要么都做，要么都不做

事务的特性(ACID):

• 原子性：事务中包括的操作，要么都做，要么都不做

  • 造成破坏的原因：程序故障、系统故障、介质故障
  • 技术保证：使用日志、数据转储等方法加以保护

• 一致性：事务执行的结果必须从一个一致性状态转移到另一个一致性状态

  • 造成破坏的原因：事务的原子性被破坏
  • 技术保证：使用数据库恢复和完整性约束机制加以保护

• 隔离性：一个事务的执行不能被其他事务干扰

  • 造成破坏的原因：事务并发造成的错误
  • 技术保证：利用数据库并发控制机制，如封锁、锁协议加以保护

• 持久性：一个事务一旦提交之后，他对数据库的影响要是永久的

  • 造成破坏的原因：事务的原子性被破坏
  • 技术保证：数据库恢复机制

故障种类

• 事务内部的故障
• 系统故障
• 介质故障
• 计算机病毒

数据库恢复的技术(基本原理是：冗余)

• 数据转储
  • 静态转储
  • 动态转储
• 日志文件
  • 以记录为单位
  • 以数据块为单位

必须先写日志文件，再写数据库

事务并发执行的优点：

• 提高系统的吞吐量
• 减少平均响应时间

并发操作导致的数据不一致性

• 丢失更新
• ‘脏’数据读出
• 不能重复读

并发控制的主要方法：封锁机制

封锁的两种类型：

• 排他锁：X锁
• 共享锁：S锁

封锁协议：

• 一级封锁协议：事务T在修改数据R之前必须对其加X锁，直到事务结束才释放
  • 可以防止丢失更改
• 二级封锁协议：一级封锁协议加上：事务T在读取数据R之前必须对其加S锁，读完之后释放S锁
  • 可以进一步防止读‘脏’数据
• 三级封锁协议：一级封锁协议加上：事务T在读取数据R之前必须对其加S锁，直到事务结束才释放
  • 进一步防止了不可重复读

预防死锁

• 一次封锁
• 顺序封锁

死锁检测：

• 超时法
• 等待图法

死锁恢复：

• 选择一个处理死锁代价最小的事务，将其撤销

可串行化：多个事务并发执行正确，当且仅当其结果与某一次序串行执行结果一致

一个冲突可串行化的调度一定是可串行化调度

两段锁协议：保证事务可串行化调度

• 扩展阶段
• 收缩阶段

第八章： 数据库保护

数据库安全性：保护数据库防止不合法的使用造成的数据泄露、更改和破坏

• 向授权用户提供可靠的信息
• 拒绝对数据的非授权访问

数据安全性控制：

• 用户标识与鉴别
  • 标识
  • 认证
• 存取控制：用户权限定义、合法权限检查
  • 自主存取控制
  • 强制存取控制
• 视图机制
• 审计、数据加密

数据完整性控制：包括正确性和相容性

完整性控制的对象：列、元组、关系

• 静态约束
• 动态约束

完整性控制三个方面的内容

• 定义功能
• 检查功能
• 违约响应

完整性约束按照时机：

• 立即执行约束
• 延迟执行约束

SQL完整性支持

• CREATE TABLE
• 断言
• 触发器

第九章：分布式数据库

分布式数据库：每个结点具有独立处理的能力(场地自治)，可以执行局部应用，同时每个结点也能通过网络通信支持全局应用

分布式数据库以“数据分布”为前提，强调场地自治性(局部应用)，以及自治场地之间的协作性(全局应用)，二者缺一不可

分布式数据库的特点

• 数据独立性
  • 数据的物理独立性、逻辑独立性
  • 数据的分布独立性（分布透明性）
• 集中与自治相结合的控制结果
• 适当增加数据冗余：在不同的结点存储同一数据的多个副本
  • 提高系统的可靠性、可用性
  • 提高系统的性能
• 全局一致性、可串行性和可恢复性

分布式数据库系统的模式结构

全局外模式； 全局概念模式；分片模式；分布模式；局部概念模式；局部内模式

数据分片方式

• 水平、垂直
• 混合、导出

数据分片的约束：

• 完全性：必须完全划分为若干片段
• 不相交性
• 可重构性：可以由片段重构整体关系
  • 垂直分片用连接操作
  • 水平分片用并操作

分布透明性

• 分片透明性
• 位置透明性
• 局部数据模型透明性

分布式数据库管理系统DDBMS组成

• GDBMS
• LDBMS
• GDD
• CM

DDBMS的分类

1 按全局控制方式分类

• 全局控制集中的DDBMS
• 全局控制分散的DDBMS
• 全局控制部分分散的DDBMS

2 按局部DDBMS类型分类

• 同构型DDBMS
• 异构型DDBMS

分布式查询分为三类：

• 局部查询
• 远程查询
• 全局查询

分布式查询处理过程：

• 查询分解
• 选择操作的执行顺序
• 选择操作的执行方法

查询优化的首要目标：使查询执行时通信代价最省

保证分布事务原子性：两段提交协议

• 协调者，
• 参与则

（1）协调者征求意见做出决定

（2）参与者执行决定