学习数据库（1）——初始数据库

一：数据库系统的概念

1. 数据抽象

• 物理层：数据的存储
• 逻辑层：数据的定义和数据间的关系
• 视图层：部分数据信息的展示

2. 数据库（DB）

长期存储在计算机的、有组织、可共享的数据集合

3. 数据库管理系统（DBMS）

（1）文件处理系统（操作系统）

• 优点：由传统操作系统支持，随时可用
• 缺点：
  • 数据冗余和不一致：信息重复存储
  • 数据访问困难：需要编写程序
  • 数据孤立：检索、共享数据困难
  • 完整性问题：无法动态修改约束
  • 原子性问题
  • 并发访问问题
  • 安全性问题：控制粒度过大

（2）数据库管理系统（操作系统之上）

数据库+操作数据的程序工具

特点

1. 数据访问的高效和可扩展
2. 缩短应用开发时间
3. 数据独立性、完整性、安全性
4. 并发访问

分类

• 网状数据库
• 层次数据库
• 关系数据库
  • Oracle、DB2、SQL-Server、ACCESS
  • MySQL、PostgreSQL
• 面向对象数据库系统
• 对象关系数据库系统
• 面向应用数据库系统

二：数据库系统的结构

三级模式与两级映像

（1）三级模式：数据库的总体设计

• 内模式：在物理层描述数据库（用户不可见）
• 模式：在逻辑层描述数据库
• 外模式：在视图层描述数据库

（2）两级映像：模式间的转换

• 模式-内模式映像：模式和内模式的转换
• 外模式-模式映像：外模式和模式的转换

（3）特点

通过对模式的分层，保证了数据的物理独立性和逻辑独立性，修改一层的结构不会影响更高层的结构

• 物理数据独立性：修改物理结构而不需要改变逻辑结构的能力
  • 易于实现，应用程序独立于物理结构
  • 当物理结构修改时，由数据库系统的“模式-内模式映像”对逻辑结构进行映射转换
• 逻辑数据独立性：修改逻辑结构而不影响应用程序
  • 难以实现，应用程序依赖于逻辑结构
  • 当逻辑结构修改时，由数据库系统的“模式-外模式映像”对应用程序进行映射转换

三：数据库的设计

1. 数据模型

数据模型主要用于描述数据的结构、关系、语义和约束。

分类

• 网状模型
• 层次模型
• 实体-关系模型（概念设计）
  • 实体（□）
    • 属性 （○）
  • 联系 （◇）
• 关系模型（逻辑设计）
• 面向对象模型

2. 设计步骤

1. 需求分析
2. 概念数据库设计（信息）：描述数据
3. 逻辑数据库设计（逻辑+物理）：把概念设计转换为某个DBMS支持的数据模型，同时对应的DBMS自动映射物理结构
4. 结构优化
5. 物理数据库设计：索引、集群、调优
6. 创建数据库
7. 安全设计：为用户配置权限

四：数据库的语言

1. SQL的组成

（1）数据定义语言DDL

• 指定一个数据库模式（也就是创建表）作为一组关系模式的定义,。
• 指定数据的存储结构，访问方法，一致性约束

DDL语句经过编译，得到一组存储在数据字典的表

• 数据库模式
• 数据存储结构
• 访问方法
• 约束
• 统计信息
• 授权

（2）数据操作语言DML

• 从数据库中检索语言
• 插入、删除、更新数据

分类

• 过程化：用户指定需要的数据以及获取方法
• 声明化：用户只需指定需要的数据

（3）数据控制语言DCL

2. SQL的使用方式

• 直接在交互环境使用
• 编程语言通过ODBC、JDBC等开发式数据库连接使用
• 编程语言中使用嵌入式SQL

五：数据库的用户

数据库管理员DBA

对数据库系统进行集中控制的特殊用户

• 拥有数据库管理的最高权限
• 控制所有用户访问数据库的权限
• 协调数据库系统的活动

工作：

• 定义模式、存储结构、存取方法
• 修改模式、物理组织
• 授权
• 维护

六：数据库的事务

定义

在数据库应用中完成单一逻辑功能的操作集合

要求ACID

• 原子性：要么执行要么不执行
• 一致性：不会破坏数据库的一致性
• 隔离性：并发运行的事务互不影响
• 持久性：事务操作的结果持久化

事务管理组件

确保系统出现异常时，数据库能够保持一致性

并发控制管理器

七：数据库的体系结构

1. 文件（磁盘存储）

• 数据文件
• 索引文件
• 日志文件
• 统计数据文件
• 数据字典

2. 存储管理器（DBMS）

在底层数据存储于应用程序之间提供接口，对数据进行高效的存储、检索、更新。

• 事务管理器
• 文件管理器
• 缓存管理器
• 授权和完整性管理器

3. 查询管理器（DBMS）

1. 接收数据库语言的输入
2. 解析
3. 优化（预估操作的开销也就是统计信息）
4. 执行
5. 输出结果