软考备战之数据库系统

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数据库模式

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三级模式
    外模式:用户视图
    概念模式:DBA视图
    内模式:内部视图

二级映射
    模式/内模式的映像:实现概念模式到内模式之间的相互转换
    外模式/模式的映像:实现外模式到概念模式之间的相互转换
    
关系表类型
    基本关系:实际存在的表,实际存储数据的逻辑表示
    查询表:查询结果对应的表
    视图表:由基表或其他视图表导出的表,本身不独立存储,数据库只存放它的定义,虚表

数据库视图
优点:
    视图能简化用户操作
    视图使用户能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
    视图可以对机密数据提供安全保护
物化视图
    本身会存储数据,原表更新,物化视图也会更新

分布式数据库

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特性
    数据独立性
        除数据的逻辑独立性与物理独立性外,还有分布独立性(分布透明性)
    集中与自治共享结合的控制结构
        DBMS可以独立管理局部数据库,具有自治的功能
        系统又设有集中控制机制,协调各局部DBMS的工作,执行全局应用
    适当增加数据冗余度
        存储同一数据多个副本,提高系统可靠性和可用性,提高系统性能
    全局的一致性,可串行性和可恢复性

分片模式
    体现在如何切割
分布模式
    体现在如何放置
    
分布式数据库管理系统(DDBMS)组成
    LDBMS局部数据库管理系统
    GDBMS全局数据库管理系统
    全局数据字典
    通行管理(CM)

分布式数据库管理系统(DDBMS)结构
    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
    
分布透明性 
    分片透明:用户不必关心数据如何分片,对数据的操作在全局关系上进行
        分片的种类(水平分片,垂直分片,混合分片)
    复制透明:用户不必关心数据库在网络中各个节点的复制情况,被复制的数据的更新由系统自动完成
    位置透明:用户不必关心操作的数据的存放位置,数据分配在哪些节点
    局部映像透明(逻辑透明):用户不必关心局部DBMS支持哪种数据模型,使用哪种数据操纵语言
    
两阶段提交协议(2PC)
阶段
    表决阶段:形成一个共同的决定
    执行阶段:实现协调者的决定
规则
    只要有一个参与者撤销事务,协调者就必须做出全局撤销决定
    只有所有参与者都同意提交事务,协调者才能做出全局提交决定

数据库设计过程

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需求分析
    当前和未来应用的数据要求
    数据处理要求
    产物:
        数据流图
        数据字典
        需求说明书
概念结构设计
    用户的数据模型(与DBMS无关)
    产物:
        ER模型
逻辑结构设计
    转换规则,规范化理论
    产物:
        关系模型
        视图,完整性约束
        应用处理说明书
物理设计
    DBMS特性
    硬件,OS特性

概念结构设计

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实体集之间的联系
    一对一
    一对多
    多对多

步骤
需求分析->抽象数据->设计局部ER模型->合并局部模型消除冲突->重构优化消除冗余->逻辑设计

集成方法
    多个局部ER图一次集成
    逐步集成,累加方式一次集成两个局部ER图

集成冲突
    属性冲突:包括属性域冲突和属性取值冲突
    命名冲突:包括同名异义和异名同义
    结构冲突:包括同一对象在不同应用中具有不同的抽象,同一实体在不同局部ER图中所包含的属性个数和属性排列次序不完全相同

关系模型基本概念

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三要素
    数据结构
    数据操作
    数据的约束条件

层次模型
网状模型
面向对象模型
关系模型

概念
    目或度:关系模式中属性的个数
    候选码(候选键):唯一标识元组,且无冗余
    主码(主键):从候选键任选一个
    主属性与非主属性:组成候选码的属性就是主属性,其它的为非主属性
    外码(外键):其他关系的主键
    全码(ALL-Key):关系模式的所有属性组是这个关系的候选码

完整性约束
    实体完整性约束:规定基本关系的主属性不能取空值
    参照完整性约束:关系与关系间的引用,其他关系的主键或空值
    用户自定义完整性约束:应用环境决定

逻辑结构设计

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步骤
概念设计->转化为数据模型->关系规范化->模式优化->设计用户子模式->物理设计

ER图向关系模式的转换
    实体向关系模式的转换
    联系向关系模式的转换
关系模式的规范化
确定完整性约束(保证数据的正确性)
用户视图的确定(提高数据的安全性和独立性)
    根据数据流图确定处理过程使用的视图
    根据用户类别确定不同用户使用的视图
应用程序设计

一个实体型必须转换为一个关系模式
联系转关系模式:
    一对一联系的转换方式
        独立的关系模式:并入两端主键及联系自身属性(主键:任一端主键)
        归并(任意一端):并入另一端主键及联系自身属性(主键:保持不变)
    一对多联系的转换方式
        独立的关系模式:并入两端主键及联系自身属性(主键:多端主键)
        归并(多端):并入另一端主键及联系自身属性(主键:保持不变)
    多对多联系的转换方式
        独立的关系模式:并入两端主键及联系自身属性(主键:两端主键的组合键)

关系代数

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并,交,差,笛卡尔积,投影,选择,连接
    投影指SELECT
    选择指WHERE
注意关系代数的符号表示

规范化理论

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非规范化的关系模式
    数据冗余
    更新异常
    插入异常
    删除异常

键
    候选键:唯一标识元组,且无冗余
    主键:候选键任选一个
    外键:其他关系的主键
主属性与非主属性:组成候选码的属性就是主属性,其他的是非主属性

求候选键
    将关系模式的函数依赖关系用有向图方式表示
    找入度为0的属性,并以该属性集合为起点,遍历有向图,如能正常遍历图中所有节点,则该属性集即为关系模式的候选键
    若入度为0的属性集不能遍历图中所有节点,则需要尝试将一些中间节点并入入度为0的属性集中,直至该集合能遍历所有节点,集合即为候选键
    
函数依赖
    部分函数依赖:只有存在多个候选键时才会出现
    传递函数依赖:关系并不是直接依赖,但也能遍历到关系
    
Armstrong公理
    自反律
    增广律
    传递律

范式判断
    1NF:属性值都是不可分的原子值
        在关系模式R中,当且仅当所有域只包含原子值,即每个属性都是不可再分的数据项,则称关系模式R是第一范式
        简单属性,复合属性,单值属性,多值属性,NULL属性,派生属性
    2NF:消除非主属性对候选键的部分依赖
        当且仅当实体E是第一范式,且每一个非主属性完全依赖主键,则称实体E是第二范式
    3NF:消除非主属性对候选键的传递依赖
        当且仅当实体E是第二范式,且E中没有非主属性传递依赖于码时,则称实体E是第三范式
    BCNF:消除主属性对候选键的部分和传递依赖
        设R是一个关系模式,F是它的依赖集,R属于BCNF当且仅当其F中每个依赖的决定因素必定包含R的某个候选码

并发控制

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事务的ACID特性
    原子性
        事务包含的所有操作要么全部成功,要么全部失败
    一致性
        事务必须使数据库从一个一致性状态变换到另一个一致性状态
    隔离性
        事务的执行不能被其他事务干扰
    持续性
        事务一旦被提交,对数据库的改变是永久性的

并发产生的问题
    丢失更新,不可重复读,脏数据读出

解决
封锁协议
    S封锁(读/共享),X封锁(写/独占)
    一级/二级/三级封锁协议
    两段锁协议

数据库的安全性

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措施
    用户标识和鉴定
    存取控制
    密码存储和传输
    视图的保护
    审计

数据库备份以及恢复

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冷备份
    将数据库正常关闭,停止状态,将数据库文件全部复制
热备份
    利用备份软件,在数据库正常运行下,将数据库数据文件备份

完全备份:备份所有数据
差量备份:仅备份上一次完全备份之后变化的数据
增量备份:备份上一次备份之后变化的数据

日志文件:事务日志是针对数据库改变所做的记录,记录针对数据库任何操作,并将记录结果保存在独立的文件中

数据库性能优化

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集中式数据库优化
    硬件系统
    系统软件
    数据库设计
    应用软件
分布式数据库优化
    通信代价