数模型
1数模型三素
(1)数结构 数结构研究象类型(Object Type)集合象象类型数库组成成分般分两类类数类型容性质关象类数间联系关象前者网状模型中数项记录关系模型中域属性关系等者网状模型中关系模型(set type)数库领域中通常数结构类型命名数模型进数库理系统进行分类层次结构网状结构关系结构数模型分称作层次模型网状模型关系模型相应数库分称作层次数库网状数库关系数库
(2)数操作 数操作指种象类型实例(值)允许执行操作集合包括操作关操作规数库中操作检索更新(包括插入删修改)两类数模型定义操作定义语法(操作时语言)数结构系统静态特性描述数操作系统动态特性描述两者联系区
(3)数约束条件 数约束条件完整性规集合完整性规指定数模型中数联系具制约条件存条件限制符合数模型数库状态状态变化确保数正确性效性致性
2概念模型
数模型数库系统核心基础DBMS软件基某种数模型现实世界中具体事物事物间联系表示成DBMS支持数模型首先必须现实世界事物间联系进行抽象转换信息世界概念模型然信息世界概念模型转换机器世界数模型说首先现实世界中客观象抽象成种信息结构种信息结构赖具体计算机系统DBMS然概念模型转换某计算机系统某DBMS支持数模型概念模型现实世界机器世界中间层次现实世界事物反映脑中然开始认识事物选择命名分类组织等抽象工作形成概念模型进入信息世界
户(user) 关心现实世界中事物事物属性相互关系例户关心顾客属性顾客址银行帐号等等户关心定货帐目谁订货订什订少等等
系统分析员(analyst) 样关心现实世界系统分析员需分析户信息需求作需求分析结果分析员必须文档形式需求进行结构化描述文档信息模型
实体(Entity) 实体构成数库基元素实体指存东西区东西具属性东西东西联系实体物实际象概念事物身指事物间联系
属性(Attribute) 实体干属性刻画属性相实体言实体具特性
关键字(Key) 唯标识实体属性集合称关键字(码)
域(Domain) 属性取值范围称作域
实体型(Entity Type) 类实体具特征属性集合称实体型般实体名属性抽象刻画类实体实体型
实体集(Entity Set) 型实体集合实体集例学生实体集实体集名实体型学生(学号姓名年龄系年级)均实体型学生实体型(学号姓名年龄系年级)起名称两者指客观象科生研究生相实体型实体集
联系(Relationship) 现实世界事物间联系般存两类联系实体部组成实体属性间联系二实体间联系考虑实体部联系时属性作实体般说两实体间联系分三种
(1)(1∶1)联系 实体集A中实体实体集B中唯实体联系反然称实体集A实体集B具联系记作1∶1
(2)(1∶n)联系 实体集A中实体实体集B中n实体(n≥0)联系反实体集B中实体实体集A中实体联系称实体集A实体集B联系记1∶n相应(n∶1)联系 联系质说联系逆转定义联系类似赘述
(3)(m∶n)联系 实体集A中实体实体集B中n实体(n≥0)联系反实体集B中实体实体集A中m实体(m≥0)应称实体集A实体集B具联系记作m∶n实质联系意种联系外实体集实体间种联系概念模型表示方法常实体联系方法(EntityRelationship Approach)简称ER方法该方法PPSChen1976年提出ER方法ER图描述某组织概念模型里仅介绍ER图点ER图中
(1)长方形框表示实体集框写实体型名称
(2)椭圆框表示实体属性边实体框属性框连接起
(3)菱形框表示实体间联系框写联系名边菱形框关实体框连接起旁边标明联系种类果联系具属性属性框菱形框边连接
二数库系统结构
1数库系统三级模式结构
数库理系统三级模式结构外模式模式模式组成外模式(external schema)子模式(subschema)户模式(user schema)指数库户数结构户数视图模式(schema)逻辑模式(logic schema)数库中全体数逻辑结构特性描述户见数视图总外模式模式部分模式(internal schema)存储模式(storage schema)物理模式(physical schema)指数数库系统存储介质表示数物理结构存取方式描述模式描述数全局逻辑结构决定DBMS功外模式涉仅局部逻辑结构模式子集模式调数库系统三级模式数进行三层次抽象工具通三级模式数具体组织留DBMS完成户高层次处理数逻辑结构必关心数物理结构实现三层次间联系DBMS沟通三级模式中提供两映象外模式模式映象模式模式映象
(1)模式 模式规定数库中全部数逻辑表示描述形式模式模式外模式模式抽象涉数物理结构存储介质具体应程序高级语言关
(2)外模式 外模式户数视图某应关数逻辑表示
(3)模式 模式全部数库部表示底层描述定义数物理结构存取方式
(4)二级映象 模式意外模式外模式模式映象定义某外模式模式间应关系映象定义通常包含外模式中模式改变时外模式模式映象做相应改变保证外模式变性数库理员(DBA)责模式模式映象定义数逻辑结构存储结构间应关系例字段部表示等数库存储结构改变时模式模式映象须做相应修改模式保持变性DBA责正述二级映象功动实现数库系统中数具较高逻辑独立性物理独立性方便户
(5)概念模式模式ANSI研究组1975年2月提出时报告1978年提出终报告称ANˉSISPARC报告简称SPARC报告SPARC报告中指出数库理系统应具三级模式结构概念模式外模式模式中外模式模面讲致相SPARC报告中概念模式指组织部门应现实世界真实模型概念模型概念模式仅描述实体属性联系涉机器世界概念概念模型信息世界范畴信息结构模式机器世界范畴概念模型逻辑表示概念模型独立具体计算机系统甚计算机关组织部门模型常描述概念模式方法ER方法模式赖具体计算机DBMS模式通三种具体模型层次模型网状模型关系模型加实现概念模式必须转换成具体数模型然相应DBMS实现概念模型模式描述信息数整体结构然抽象层次加描述概念模型离机器更远形式化程度低远离机器观点概念模型更抽象更接现实世界模式描述形式化语言模式DDL概念模型描述ER图然语言
2数库计算机系统结构
广义讲实际数库计算机系统列部分组成
(1)硬件部分 包括机外部存储设备网络设备电源等
(2)软件部分 包括操作系统DBMS编译系统应开发工具软件等
(3)员 包括数库理员(Data Base AdministratorDBA)系统分析员(System Anaˉlyst)应程序员(Application Programmer)户(User)
3数库理系统
数库理系统DBMS数库系统核心DBMS负责数库建立维护软件DBMS建立操作系统实施数库统理控制户种数库命令应程序执行终必须通DBMS外DBMS承担着数库安全保护工作DBA规定求保证数库完整性安全性DBMS功包括方面
(1)数库定义功 DBMS通提供数描述语言(称数定义语言)(Data Descripˉtive Language———DDL)外模式模式模式加描述然模式翻译程序DDL写种模式定义源码翻译成相应部表示形成相应目标形式分目标外模式目标模式目标模式目标模式数库描述数身(目标)模式刻画数库形式框架包括数库容目标模式保存数字典(系统目标)中作DBMS存取理数基例DBMS根模式定义进行物理结构逻辑结构映象进行逻辑结构户视图映象导出户检索数存取方式
(2)数操功 DBMS提供数操语言(Data Manipulation Language———DML)实现数库中数基操作检索插入修改删排序等等DML两类类嵌入语言嵌入CCOBOL等高级语言中类DML语言身单独称宿型DML嵌入式DML类非嵌入式语言(包括交互式命令语言结构化语言)语法简单独立单独解释编译系统执行般称型含型DML命令语言行结构语言单条执行结构化语言命令语言扩充发展增加程序结构描述程控制功循环分支等功命令语言般逐条解释执行结构化语言解释执行编译执行现DBMS般均提供命令语言交互式环境结构环境两种运行方式供户选择DBMS控制执行DML语句(DML程序)完成数库操作型结构化DMLDBMS通常采解释执行方法编译执行方法编译执行越越外系统时设解释编译两种功户选嵌入型缩型DMLDBMS种提供两种方法
①预编译方法
②修改扩充语言编译程序(称增强编译方法)预编译方法DBMS提供预处理程序源程序进行语法扫描识出DML语句语句转换成语言中特殊调语句语言必须DML调接口样连接形成目标时语言语句起形成执行目标
(3)数库运行理 数库运行期间动态理DBMS核心部分包括发控制存取控制(安全性检查完整性约束条件检查)数库部维护(索引数字典动维护等)缓区设置等等数库操作控制部分统理协工作确保事务处理正常运行保证数库正确性安全性效性
(4)数库建立维护功 数库建立维护包括初始数装入数库转储备功数库恢复功数库重组织功性分析等功功般应实功子程序完成DBMS软件产品版差异通常型机DBMS功全型机DBMS功稍弱点微机DBMS更弱目前硬件性价格改进微机DBMS功越越全
三关系数库标准语言———SQL
1SQL概述SQL英语名称结构查询语言(Structured Query Language)
实际功包括查询(Query)操(Manipulation)定义(Definition)控制(Control)
四方面综合通功极强关系数库语言SQL支持数库三级模式结构
2SQL数定义功SQL数定义功包括三部分
定义基表定义视图定义索引CREATE TABLE CREATE VIEW CREATE INDEX DROP TABLE DROP VIEW DROP INDEX SQL数定义功定义修改模式(基表)定义外模式(视图)模式(索引)
3基表定义删
定义基表语句格式
CREATE TABLE表名 (列名1 类型[NOT NULL]
[列名2类型[NOT NULL]]…)
[参数]
中选项参数物理存储关参数根具体系统删基表语句DROP TABLE表名删索引语句DROP INDEX索引名删索引时关索引描述数字典中删表涵存数外延容变基表定义连表记录索引基表导出视图全部删释放相应存储空间
4索引建立删
基表根应环境需建立干索引提供种存取方式通常索引建立删DBA表(建立表)负责户必存取数时选择索引存取路径选择系统动进行索引描述存放数字典中建立索引语句格式
CREATE[UNIQUE] INDEX索引名ON基表名(列名[次序][列名[次序]]…)[参数]里选项———参数物理存储关参数索引建列列圆括号索引列序说明表中选项———次序指定索引值排序次序取ASC(升序)DESC(降序)缺省值升序UNIQUE表示索引值应唯数记录
5SQL数操功
SQL数操功包括SELECTINSERTDELETEUPDATE四语句检索更新(包括增删改)两部分工检索查询
SQL更新语句SQL更新语句
包括修改删插入三类语句
①修改(UPDATE)(称更新)
修改语句般格式
UPDATE表名
SET字段表达式[字段表达式]…
[WHERE谓词]
修改指定表中满足谓词(条件)元组元组SET子句中表达式修改相应属性字段值
②删(DELETE)
删语句般格式
DELETE FROM表名
[WHERE谓词]
指定表中删满足谓词记录没WHERE子句时表示删表中全部记录表定义数字典中空表DELETE表外延操作涵操作
③插入(INSERT)插入语句般格式
INSERT INTO表名[(字段名[字段名]…)]
valueS(常量[常量]…)
INSERT
INTO表名[(字段名[字段名]…)]
子查询
第种格式新记录插入指定表中第二种格式子查询结果插入表中表中字段插入语句中没出现字段值取空值NULL然表定义中说明NOT NULL字段插入时取NULL插入语句中没指出字段名新记录必须字段均值
四数库存储结构
数库存储结构般文件系统存储结构数库数特点种记录型间彼联系数结构化数存储结构仅涉种记录型记录存储数存储反映种记录型间联系DB级模式中引入模式(存储模式)目模式数结构描述存储表示描述分开致DBA协调数库性数库数存储方法进行修改时必修改模式提高数库物理独立性数库理系统中模式定义功相关系数库理系统中DDL语句影响数库存储结构DBMS中级模式存储结构恒定唯数库容(记录)存储方式唯数库存储结构设计坏直接影响系统性存储结构中涉存储记录设计存储记录概念记录间具应关系果存储记录概念记录间具应关系种情况存储记录设计较简单需进步讨概念记录指逻辑结构中记录概念记录应类型存储记录时存设计存储记录问题样概念记录存储记录种设计
1序组织
存储记录设计成概念记录应SNO(记录)序记录组成序组织文件样组织优点结构简单缺点会浪费存储空间
2序带链组织
序带链组织允许记录中带指针(Pointer)样节省存储空间
3带次关键字索引序组织
适应项容检索建立索引文件述组织改带次关键字索引序组织
4表组织
次关键字索引中次关键字值应记录值数固定应指针数目变种变性理带困难解决困难引入表组织表组织实现思想较简单索引中指针分散存放记录值中索引项中指针指第记录第记录中指针指第二记录等等
5完全倒排组织
记录型中关键字外数项建立索引样组织称完全倒排组织
6Hash定址组织
存储记录值存放数库什方通该记录关键字值杂凑函数计算出种组织Hash定址组织杂凑函数种类质数余法基数转换法方取中法折叠法位移法位数字分析法等等关键选择杂凑函数避免发生碰撞关键字值通计算址映象称碰撞
7联系存储
关系数库中通外关键字(Foreign Key)表示概念记录间联系例表达学生学校联系学生记录中增加外关键字学校号表示联系
五关系数库
1表格
表格(简称表)表示户特定类型(Type)实体表头属性名(Attribute Name)组成属性名应列表属性名必须唯允许重名表体行元组(tuple)记录(record)组成元组应传统文件结构中记录记录含干域(field)存储属性值(Attribute value)元组应户实体出现(occurrence)表体中行某列交叉点(相记录中域)保存属性值属性值做行(实体出现)相应属性值表体中列保存值应某种属性类型(Type of Attribute)说列属性值取属性类型值某属性取值集合做属性值域(Domain of Attribute)类型值域应关系类型值域值域作类型基名称实质值域样实际类型值域命名唯标识元组属性称关键属性(Primary Key Attribute)简称关键字(Primary Key)关键字时属性组成时关键字做组合关键字(Conˉcatenated primary Key)时候表中必须组合关键字唯标识元组说存作关键字属性时方便引入附加属性称外关键字(Foreigh Key)作关键字外关键字检索查询带方便增加信息冗余
2表名表头表体
表名表头表体关系模型中具作功具完全性质表头属性集合规定表结构表体特殊集体称作关系(relation)关系模型中关系词指表体中数学关系关系数库中表名应数库名(关系名)表头应数描述(结构描述)表体应数库表体数库容数库操作象外两概念必须加强调型(type)值出现(occurence)表头定义实体(元组)型说规定实体(元组)值域表体出实体(元组)出现出现型中值
3关系数学定义
关系模型建立集合(Set Theory)基础现开始集合术语严格定义数学关系出关系数学定义定义1 域(Domain)值(value)集合
4关系模型
关系模型三部分组成数结构(关系)关系操作关系完整性面三部分进行分讨(1)单数结构———关系 关系模型中实体实体间联系均单类型结构—关系表示前面已出关系域数学定义介绍n元关系元组属性等概念面介绍关键字关系模式关系数库等基概念关键字 关系中某组属性值唯标识元组称该属性组候选关键字(Candidate Key)关系候选关键字选中作关键字(Primary Key)关键字中诸属性称属性关系模式 关系描述称关系模式包括关系名组成关系诸属性名属性域映象属性间数赖关系等等关系模式关系名诸属性名属性域映象三部分组成关系模式通常简记R(A 1 A 2 …A n )中R关系名A 1 A 2 …A n 诸属性名属性域映象般通指定属性类型长度说明某关系模式某时刻具状态指关系外延元组集合关系外延容时简称关系关系模式关系容时统称关系读者文中区确切含义形象说关系模式关表名表头描述关系容表体关系数库 关系数库中分清型值两基概念关系数库型指数库结构描述包括关系数库名干属性定义属性干关系关系模式称数库涵(Intension)数库值称数库外延关系数库中涵较稳定规定外延取值范围外延时间变化般形式逻辑中外延涵应区处外延指意满足涵集合定恒指满足涵集合关系模式(涵)稳定关系容外延时间动态变化变化数库结构(模式)稳定数库中数容断更新
六关系数库规范化理
函数赖
定义1 设R(U)属性集U关系模式XYU子集R(U)意关系rr中存两元组X属性值相等Y属性值等称X函数确定Y’Y函数赖X’记作X→Y
函数赖数赖样语义范畴概念根语义确定函数赖例姓名→年龄函数赖没名条件成立果允许相名字年龄函数赖姓名设计者现实世界作强制规定例规定允许名出现姓名→年龄函数赖成立样插入某元组时元组属性值必须满足规定函数赖发现名存拒绝插入该元组注意函数赖指关系模式R某某关系满足约束条件指R切关系均满足约束条件
七数库安全保护
1安全性
数库安全性指保护数库防止合法非正常造成数泄露更改破坏安全性问题数库系统独计算机系统问题数库系统中量数集中存放许户直接享十分重信息资源安全性问题变更突出系统安全保护措施否效数库系统性指标数库安全保密方式系统处理物理两方面谓物理指强力逼迫透露口令通信线路窃听盗窃物理存储设备等行采取措施数编密码加强警卫识户身份保护存储设备等措施般计算机系统中安全措施级级层层设置
(1)户标识鉴定首先系统提供定方式户标识名字身份系统进行核实通鉴定提供机器权常方法户名者户标识号标明户身份系统鉴户否合法户进入步核实计算机户名登录系统理员进行般户实施户名登录口令(Password)进步核实户系统常常求户输入口令
(2)存取控制获机权户根预先定义户权限进行存取控制保证户存取权存取数谓户权限指户数象允许执行操作权限两部分组成数象二操作类型数象二类类数身关系数库中表字段非关系数库中记录字段(称数项)类外模式模式模式关系系统中DBA建立修改基表权力授予户户获权力建立基表索引视图说明关系系统中存取控制数象仅数模式外模式模式等数字典中容存取权限定义称授权(Authorization)定义编译存储数字典中户发出存取数库操作请求DBMS查找数字典根户权限进行合法权限检查(Authorization Check)户操作请求超出定义权限系统拒绝执行操作授权编译程序合法权限检查机制起组成安全性子系统衡量授权子系统精巧程度度否提供数值关授权系统允许存取谓词中引系统变量天中时刻终端设备号样户某台终端某段时间存取关数时间点关存取权限外操作系统中文件目标等存取安全保护措施中加密种防止数容引解切实行办法加密程序加密硬件加密卡两种形式
2完整性
数库完整性指数正确性相容性DBMS必须提供种功保证数库中数完整性种功称完整性检查系统定机制检查数库中数否满足规定条件种条件数库中称完整性约束条件数约束条件语义体现完整性约束条件作模式部分存放数字典中数完整性安全性两概念前者防止数库中存符合语义数防止错误信息输入输出谓垃圾进垃圾出(Garbage In Garbage Out)造成效操作错误结果者保护数库防止恶意破坏非法存取然完整性安全性密切相关特系统实现方法种机制常常安全性保护完整性保证完整性约束条件分类(1)值约束结构约束前者指数值限制者指数间联系限制关数值约束 类约束条件指数取值类型范围精度等规定关数间联系约束 数库中关系属性间定联系应满足定约束条件时数库中数结构化关系间联系关系属性间满足定约束条件
(2)静态约束动态约束谓静态约束指数库确定状态数应满足约束条件讲约束属静态约束动态约束指数库种状态转变种状态时新旧值间应满足约束条件
(3)立执行约束延迟执行约束立执行约束指执行户事务时事务中某更新语句执行完马数应满足约束条件进行完整性检查延迟执行指整事务执行结束方约束条件进行完整性检查结果正确方提交完整性实现应包括两方面系统提供定义完整性约束条件功二提供检查完整性约束条件方法数值类完整性约束条件通常模式中定义例模式中定义属性名类型长度码属性名标明值唯非空等等外约束条件专门方式加定义
3发控制
数库享资源户户程序串行执行行执行单CPU计算机充分利数库资源应该允许户程序行存取数样会产生户程度发存取数情况发操作加控制会存取存储正确数破坏数库完整性(里称致性)CPU计算机计算机网络环境发控制尤重
(1)事务概念 事务(Transaction)发控制基单位谓事务操作序列操作作序列形成整体做做分割工作单位事务通常BEGIN TRANSACTION开始COMMITROLLBACK操作结束COMMIT提交提交事务中操作事务正常结束ROLLBACK撤消已作操作滚回事务开始时状态里操作指数库更新操作滚回相操作均未执行事务程序两概念般讲程序包括事务事务发控制基单位面讨均事务象
(2)数致性级概念谓发控制正确方式调度发操作避免造成数致性户事务执行受事务干扰
4封锁
封锁(Locking)事务T系统发出请求某数象(常记录)加锁事务T数象定控制例事务更新数直T释放(unlock)锁止确切控制封锁类型决定基封锁类型两种排锁(Exclu sive locks简记X锁)享锁(Share locks简记S锁)事务T数R加X锁允许T读取修改R切事务R(包括封锁)请求成功直T释放RX锁止保证事务读取修改R直T释放X锁事务T数R加S锁事务RX锁请求成功R享请求保证事务读取R修改R直T释放S锁止
八数库应系统设计
1数库应系统设计步骤
规范设计方法数库设计分六阶段
(1)需求分析
(2)概念结构设计
(3)逻辑结构设计
(4)数库物理设计
(5)数库实施
(6)数库运行维护
2需求分析
需求收集分析数库应系统设计第阶段明确作数库应系统设计第步十分重阶段收集基础数组数流图(Data Flow Diaˉgram———DFD)步设计概念结构基础概念结构整数库设计具深刻影响设计概念结构必须需求分析阶段系统观点考虑问题收集分析数处理分析表达户需求呢众分析方法中结构化分析(Structured Analysis简称SA方法)简单实方法SA方法顶逐层分解方式分析系统数流图数字典描述系统然处理功具体容分解干子功子功继续分解直系统工作程表达清楚止处理功逐步分解时数逐级分解形成干层次数流图数流图表达数处理程关系处理程处理逻辑常常判定表判定树描述数字典(Data Dictionary简称DD)系统中数详描述类数属性清单数库应系统设计讲数字典进行详细数收集数分析获结果数字典类数描述集合通常包括5部分
(1)数项数单位
(2)数结构干数项意义集合
(3)数流数项数结构表示某处理程输入输出
(4)数存储处理程中存取数常常手工证手工文档计算机文件
(5)处理程
3概念结构设计
软件工程中重视需求分析规范说明思想样数库设计中样十分重视数分析抽象概念结构设计概念结构设计整数库设计关键概念结构独立数库逻辑结构独立支持数库DBMS独立具体计算机软件硬件系统纳总结特点
(1)充分反映现实世界包括实体实体间联系满足户数处理求现实世界真实模型接真实模型
(2)易理解熟悉计算机户交换意见户积极参数库应系统设计成功否关键
(3)易更动现实世界改变时容易修改扩充特软件硬件环境变化时更应
(4)易关系网状层次等种数模型转换概念结构种数模型基础意种数模型更独立机器更抽象更加稳定描述概念结构力工具ER模型PPSChenER模型定义概念结构称组织模式设计概念结构策略3种
(1)顶 首先定义全局概念结构框架然逐步细化
(2)底 首先定义局部应概念结构然集成全局概念结构
(3)混合策略 顶底相结合方法顶策略设计全局概念结构框架骨架集成底策略中设计局部概念结构现介绍底设计概念结构策略种策略概念结构设计面步骤进行
(1)数抽象局部视图设计
ER模型现实世界种抽象般讲谓抽象实际物事概念处理抽取关心特性忽略非质细节特性种抽象概念精确加描述概念组成现实世界种模型表示3种抽象方法形成抽象机制数进行组织①分类(Classification) 定义某概念作现实世界中组象类型象具某特性行抽象象值型间is a member of语义ER模型中实体型种抽象②聚集(Aggregation) 定义某类型组成成分抽象象部属性类型整体部分间is a part of语义ER模型中干属性聚集组成实体型种抽象③概括(Generalization) 定义类型间种子集联系抽象类型间is a subset of语义概括具重性质继承性子类继承超类定义抽象性质然子类增加某特殊属性概念结构设计第步利面介绍抽象机制需求分析阶段收集数进行组织形成实体实体属性标识实体码确定实体间联系类型(1∶11∶nn∶m)设计成部分ER图
(2)视图集成视图集成步部分ER图综合成总体ER图视图集成两种方式
①部分ER图次集成
②逐步集成累加方式次集成两部分ER图种方式次集成分两步走第步合解决部分ER图间突问题生成初步ER图第二步修改重构消必冗余生成基ER图
4逻辑结构设计
逻辑结构设计务概念结构转换选DBMS支持数模型程设计逻辑结构理应选择某概念结构数模型然支持种数模型种DBMS进行较选出合适DBMS实际情况常常已定某台机器设计员没选择DBMS余现行DBMS般支持关系网状层次三种模型中某种某种数模型机器系统许限制提供环境工具设计程分三步进行首先概念结构般关系模型转换然特定DBMS支持数模型转换进行模型优化
(1)ER图关系数模型转换面出ER图转换关系模型转换规
①实体转换关系模式实体属性关系属性实体码关系码
②联系转换关系模式该联系相连实体码联系属性转换关系属性该关系码三种情况联系1∶1实体码均该关系候选码联系1∶n关系码n端实体码联系n∶m关系码诸实体码组合具相码关系模式合形成般数模型步特定DBMS规定模型转换设计员必须熟知DBMS功限制步转换赖机器出普遍规转化模型必须进行优化数模型进行优化指调整数模型结构提高数库应系统性性动态性静态性两种静态性分析容易实现根应求选出合适模型项复杂工作
(2)规范化理应规范化理数库逻辑设计指南工具具体讲应面具体方面第数分析阶段数赖概念分析表示数项间关系第二设计概念结构阶段规范化理工具消初步ER图中冗余联系第三ER图数模型转换程中模式分解概念算法指导设计现选DBMS支持种数模型均先概念结构关系模型转换然充分运规范化理成果优化关系数库模式设计
九数库理系统设计实现
1DBMS目标
(1)户界面友 实DBMS说户界面质量直接影响生命力DBMS户接口应面应采适合终户交互式表格式菜单式窗口式等界面形式方便保持灵活性般说户界面应具性简单性灵活性立反馈等特性
(2)功完备 DBMS功系统规模异型DBMS功齐全型DBMS功弱DBMS功包括数定义数库数存取事务控制数库组织存储理数库安全保护等等面讨功容
(3)效率高 系统效率包括三方面计算机系统部资源效率充分利资源(包括存储空间设备CPU等)注意种资源负载均衡提高整系统效率二DBMS身运行效率三户生产率指户学DBMSDBMS基础开发应系统效率
2DBMS基功
(1)数库定义 数库结构进行描述包括外模式模式模式定义数库完整性定义安全保密定义(户口令级存取权限)存取路径(索引)定义定义存储数字典(称系统目录)中DBMS运行基提供数定义语言DDL
(2)数存取 提供户数操功实现数库数检索插入修改删DBMS应该提供功强易学易数操语言(DML)方便操作方式较高数存取效率DML两类类宿型语言类含型语言前者语句独立必须嵌入某种语言C语言COBOL语言中者独立通常供终端户交互批处理方式两种形式
(3)数库运行理 指DBMS运行控制理功包括户环境发控制安全性检查存取权限控制完整性检查执行数加密运行日志组织理事务理动恢复(保证事务正确性)功保证数库系统正常运行
(4)数组织存储理 DBMS分门类组织存储类数包括数字典(称系统目录)户数存取路径等等确定种文件结构存取方式存储级组织数实现数间联系数组织存储基目标提高存储空间利率选择合适存取方法确保较高存取(机查找序查找增删改)效率
(5)数库建立维护 包括数库初始建立数转换数库转储恢复数库重组织重构造性监测分析等功
(6)功 包括DBMS网络中软件系统通信功DBMSDBMS文件系统数转换功等
3DBMS操作系统
通常DBMS建立操作系统环境根具体操作系统特点DBMS方法利操作系统基功实现DBMS般面3类方法
(1)享模块法
(2)分离进程法
(3)操作系统融合
4DBMS程序模块组成
作庞系统软件DBMS众程序模块组成分实现DBMS复杂繁功数库定义方面 DDL翻译处理程序(包括外模式模式存储模式处理程序)保密定义处理程序(授权定义处理程序)完整性约束定义处理程序等程序接收相应定义进行语法语义检查翻译部格式存储数字典中DDL翻译程序根模式定义负责建立数库框架(形式空库)等装入数数库操方面 DML处理程序终端查询语言解释程序数存取程序数更新程序等DML处理程序终端查询语言解释程序户数操请求进行语法语义检查数存取更新程序完成数库存取操作数库运行理方面 系统初启程序负责初始化DBMS建立DBMS系统缓区系统工作区 开数字典等等安全性控制完整性检查发控制事务理运行日志理等程序模块数库运行程中监视着数库操作控制理数库资源处理户发操作等方面保证户事务正常运行方面保证数库安全性完整性数库组织存储理方面 文件读写维护程序存取路径(索引)理程序缓区理程序(包括缓区读写淘汰等模块)程序负责维护数库数存取路径提供效存取方法数库建立维护数库初始数装入程序转储程序恢复程序数库重构造程序数转换程序通信程序等DBMS组成模块互相联系互相赖完成DBMS复杂功模块间联系定层次关系
5DBMS层次结构
操作系统样应该DBMS划分成干层次许DBMS实际分层实现层应层位DBMS核心处处理象包括种样数库应宿语言编写应程序终端户通应接口(FORMS)发出事务请求等该层DBMS终户应程序界面层第二层语言翻译处理层处理象数库语言SQL提供数接口关系视图元组集合功数库语言类语句进行语法分析视图转换授权检查完整性检查查询优化等通层基模块调生成执行代码代码运行完成数库语句功求第三层数存取层该层处理象单元组层集合操作转化单记录操作执行扫描排序元组查找插入修改删封锁等基操作完成数记录存取存取路径维护发控制事务理等工作第四层数存储层该层处理象数页系统缓区执行文件逻辑开关闭读页写页缓区读写页面淘汰等操作完成缓区理外存交换外存理等功操作系统DBMS基础处理象数文件物理块执行物理文件读写操作保证DBMS数逻辑读写真实映射物理文件操作系统提供存取原语基存取方法通常作DBMS存储层接口
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1数模型三素
(1)数结构 数结构研究象类型(Object Type)集合象象类型数库组成成分般分两类类数类型容性质关象类数间联系关象前者网状模型中数项记录关系模型中域属性关系等者网状模型中关系模型(set type)数库领域中通常数结构类型命名数模型进数库理系统进行分类层次结构网状结构关系结构数模型分称作层次模型网状模型关系模型相应数库分称作层次数库网状数库关系数库
(2)数操作 数操作指种象类型实例(值)允许执行操作集合包括操作关操作规数库中操作检索更新(包括插入删修改)两类数模型定义操作定义语法(操作时语言)数结构系统静态特性描述数操作系统动态特性描述两者联系区
(3)数约束条件 数约束条件完整性规集合完整性规指定数模型中数联系具制约条件存条件限制符合数模型数库状态状态变化确保数正确性效性致性
2概念模型
数模型数库系统核心基础DBMS软件基某种数模型现实世界中具体事物事物间联系表示成DBMS支持数模型首先必须现实世界事物间联系进行抽象转换信息世界概念模型然信息世界概念模型转换机器世界数模型说首先现实世界中客观象抽象成种信息结构种信息结构赖具体计算机系统DBMS然概念模型转换某计算机系统某DBMS支持数模型概念模型现实世界机器世界中间层次现实世界事物反映脑中然开始认识事物选择命名分类组织等抽象工作形成概念模型进入信息世界
户(user) 关心现实世界中事物事物属性相互关系例户关心顾客属性顾客址银行帐号等等户关心定货帐目谁订货订什订少等等
系统分析员(analyst) 样关心现实世界系统分析员需分析户信息需求作需求分析结果分析员必须文档形式需求进行结构化描述文档信息模型
实体(Entity) 实体构成数库基元素实体指存东西区东西具属性东西东西联系实体物实际象概念事物身指事物间联系
属性(Attribute) 实体干属性刻画属性相实体言实体具特性
关键字(Key) 唯标识实体属性集合称关键字(码)
域(Domain) 属性取值范围称作域
实体型(Entity Type) 类实体具特征属性集合称实体型般实体名属性抽象刻画类实体实体型
实体集(Entity Set) 型实体集合实体集例学生实体集实体集名实体型学生(学号姓名年龄系年级)均实体型学生实体型(学号姓名年龄系年级)起名称两者指客观象科生研究生相实体型实体集
联系(Relationship) 现实世界事物间联系般存两类联系实体部组成实体属性间联系二实体间联系考虑实体部联系时属性作实体般说两实体间联系分三种
(1)(1∶1)联系 实体集A中实体实体集B中唯实体联系反然称实体集A实体集B具联系记作1∶1
(2)(1∶n)联系 实体集A中实体实体集B中n实体(n≥0)联系反实体集B中实体实体集A中实体联系称实体集A实体集B联系记1∶n相应(n∶1)联系 联系质说联系逆转定义联系类似赘述
(3)(m∶n)联系 实体集A中实体实体集B中n实体(n≥0)联系反实体集B中实体实体集A中m实体(m≥0)应称实体集A实体集B具联系记作m∶n实质联系意种联系外实体集实体间种联系概念模型表示方法常实体联系方法(EntityRelationship Approach)简称ER方法该方法PPSChen1976年提出ER方法ER图描述某组织概念模型里仅介绍ER图点ER图中
(1)长方形框表示实体集框写实体型名称
(2)椭圆框表示实体属性边实体框属性框连接起
(3)菱形框表示实体间联系框写联系名边菱形框关实体框连接起旁边标明联系种类果联系具属性属性框菱形框边连接
二数库系统结构
1数库系统三级模式结构
数库理系统三级模式结构外模式模式模式组成外模式(external schema)子模式(subschema)户模式(user schema)指数库户数结构户数视图模式(schema)逻辑模式(logic schema)数库中全体数逻辑结构特性描述户见数视图总外模式模式部分模式(internal schema)存储模式(storage schema)物理模式(physical schema)指数数库系统存储介质表示数物理结构存取方式描述模式描述数全局逻辑结构决定DBMS功外模式涉仅局部逻辑结构模式子集模式调数库系统三级模式数进行三层次抽象工具通三级模式数具体组织留DBMS完成户高层次处理数逻辑结构必关心数物理结构实现三层次间联系DBMS沟通三级模式中提供两映象外模式模式映象模式模式映象
(1)模式 模式规定数库中全部数逻辑表示描述形式模式模式外模式模式抽象涉数物理结构存储介质具体应程序高级语言关
(2)外模式 外模式户数视图某应关数逻辑表示
(3)模式 模式全部数库部表示底层描述定义数物理结构存取方式
(4)二级映象 模式意外模式外模式模式映象定义某外模式模式间应关系映象定义通常包含外模式中模式改变时外模式模式映象做相应改变保证外模式变性数库理员(DBA)责模式模式映象定义数逻辑结构存储结构间应关系例字段部表示等数库存储结构改变时模式模式映象须做相应修改模式保持变性DBA责正述二级映象功动实现数库系统中数具较高逻辑独立性物理独立性方便户
(5)概念模式模式ANSI研究组1975年2月提出时报告1978年提出终报告称ANˉSISPARC报告简称SPARC报告SPARC报告中指出数库理系统应具三级模式结构概念模式外模式模式中外模式模面讲致相SPARC报告中概念模式指组织部门应现实世界真实模型概念模型概念模式仅描述实体属性联系涉机器世界概念概念模型信息世界范畴信息结构模式机器世界范畴概念模型逻辑表示概念模型独立具体计算机系统甚计算机关组织部门模型常描述概念模式方法ER方法模式赖具体计算机DBMS模式通三种具体模型层次模型网状模型关系模型加实现概念模式必须转换成具体数模型然相应DBMS实现概念模型模式描述信息数整体结构然抽象层次加描述概念模型离机器更远形式化程度低远离机器观点概念模型更抽象更接现实世界模式描述形式化语言模式DDL概念模型描述ER图然语言
2数库计算机系统结构
广义讲实际数库计算机系统列部分组成
(1)硬件部分 包括机外部存储设备网络设备电源等
(2)软件部分 包括操作系统DBMS编译系统应开发工具软件等
(3)员 包括数库理员(Data Base AdministratorDBA)系统分析员(System Anaˉlyst)应程序员(Application Programmer)户(User)
3数库理系统
数库理系统DBMS数库系统核心DBMS负责数库建立维护软件DBMS建立操作系统实施数库统理控制户种数库命令应程序执行终必须通DBMS外DBMS承担着数库安全保护工作DBA规定求保证数库完整性安全性DBMS功包括方面
(1)数库定义功 DBMS通提供数描述语言(称数定义语言)(Data Descripˉtive Language———DDL)外模式模式模式加描述然模式翻译程序DDL写种模式定义源码翻译成相应部表示形成相应目标形式分目标外模式目标模式目标模式目标模式数库描述数身(目标)模式刻画数库形式框架包括数库容目标模式保存数字典(系统目标)中作DBMS存取理数基例DBMS根模式定义进行物理结构逻辑结构映象进行逻辑结构户视图映象导出户检索数存取方式
(2)数操功 DBMS提供数操语言(Data Manipulation Language———DML)实现数库中数基操作检索插入修改删排序等等DML两类类嵌入语言嵌入CCOBOL等高级语言中类DML语言身单独称宿型DML嵌入式DML类非嵌入式语言(包括交互式命令语言结构化语言)语法简单独立单独解释编译系统执行般称型含型DML命令语言行结构语言单条执行结构化语言命令语言扩充发展增加程序结构描述程控制功循环分支等功命令语言般逐条解释执行结构化语言解释执行编译执行现DBMS般均提供命令语言交互式环境结构环境两种运行方式供户选择DBMS控制执行DML语句(DML程序)完成数库操作型结构化DMLDBMS通常采解释执行方法编译执行方法编译执行越越外系统时设解释编译两种功户选嵌入型缩型DMLDBMS种提供两种方法
①预编译方法
②修改扩充语言编译程序(称增强编译方法)预编译方法DBMS提供预处理程序源程序进行语法扫描识出DML语句语句转换成语言中特殊调语句语言必须DML调接口样连接形成目标时语言语句起形成执行目标
(3)数库运行理 数库运行期间动态理DBMS核心部分包括发控制存取控制(安全性检查完整性约束条件检查)数库部维护(索引数字典动维护等)缓区设置等等数库操作控制部分统理协工作确保事务处理正常运行保证数库正确性安全性效性
(4)数库建立维护功 数库建立维护包括初始数装入数库转储备功数库恢复功数库重组织功性分析等功功般应实功子程序完成DBMS软件产品版差异通常型机DBMS功全型机DBMS功稍弱点微机DBMS更弱目前硬件性价格改进微机DBMS功越越全
三关系数库标准语言———SQL
1SQL概述SQL英语名称结构查询语言(Structured Query Language)
实际功包括查询(Query)操(Manipulation)定义(Definition)控制(Control)
四方面综合通功极强关系数库语言SQL支持数库三级模式结构
2SQL数定义功SQL数定义功包括三部分
定义基表定义视图定义索引CREATE TABLE CREATE VIEW CREATE INDEX DROP TABLE DROP VIEW DROP INDEX SQL数定义功定义修改模式(基表)定义外模式(视图)模式(索引)
3基表定义删
定义基表语句格式
CREATE TABLE表名 (列名1 类型[NOT NULL]
[列名2类型[NOT NULL]]…)
[参数]
中选项参数物理存储关参数根具体系统删基表语句DROP TABLE表名删索引语句DROP INDEX索引名删索引时关索引描述数字典中删表涵存数外延容变基表定义连表记录索引基表导出视图全部删释放相应存储空间
4索引建立删
基表根应环境需建立干索引提供种存取方式通常索引建立删DBA表(建立表)负责户必存取数时选择索引存取路径选择系统动进行索引描述存放数字典中建立索引语句格式
CREATE[UNIQUE] INDEX索引名ON基表名(列名[次序][列名[次序]]…)[参数]里选项———参数物理存储关参数索引建列列圆括号索引列序说明表中选项———次序指定索引值排序次序取ASC(升序)DESC(降序)缺省值升序UNIQUE表示索引值应唯数记录
5SQL数操功
SQL数操功包括SELECTINSERTDELETEUPDATE四语句检索更新(包括增删改)两部分工检索查询
SQL更新语句SQL更新语句
包括修改删插入三类语句
①修改(UPDATE)(称更新)
修改语句般格式
UPDATE表名
SET字段表达式[字段表达式]…
[WHERE谓词]
修改指定表中满足谓词(条件)元组元组SET子句中表达式修改相应属性字段值
②删(DELETE)
删语句般格式
DELETE FROM表名
[WHERE谓词]
指定表中删满足谓词记录没WHERE子句时表示删表中全部记录表定义数字典中空表DELETE表外延操作涵操作
③插入(INSERT)插入语句般格式
INSERT INTO表名[(字段名[字段名]…)]
valueS(常量[常量]…)
INSERT
INTO表名[(字段名[字段名]…)]
子查询
第种格式新记录插入指定表中第二种格式子查询结果插入表中表中字段插入语句中没出现字段值取空值NULL然表定义中说明NOT NULL字段插入时取NULL插入语句中没指出字段名新记录必须字段均值
四数库存储结构
数库存储结构般文件系统存储结构数库数特点种记录型间彼联系数结构化数存储结构仅涉种记录型记录存储数存储反映种记录型间联系DB级模式中引入模式(存储模式)目模式数结构描述存储表示描述分开致DBA协调数库性数库数存储方法进行修改时必修改模式提高数库物理独立性数库理系统中模式定义功相关系数库理系统中DDL语句影响数库存储结构DBMS中级模式存储结构恒定唯数库容(记录)存储方式唯数库存储结构设计坏直接影响系统性存储结构中涉存储记录设计存储记录概念记录间具应关系果存储记录概念记录间具应关系种情况存储记录设计较简单需进步讨概念记录指逻辑结构中记录概念记录应类型存储记录时存设计存储记录问题样概念记录存储记录种设计
1序组织
存储记录设计成概念记录应SNO(记录)序记录组成序组织文件样组织优点结构简单缺点会浪费存储空间
2序带链组织
序带链组织允许记录中带指针(Pointer)样节省存储空间
3带次关键字索引序组织
适应项容检索建立索引文件述组织改带次关键字索引序组织
4表组织
次关键字索引中次关键字值应记录值数固定应指针数目变种变性理带困难解决困难引入表组织表组织实现思想较简单索引中指针分散存放记录值中索引项中指针指第记录第记录中指针指第二记录等等
5完全倒排组织
记录型中关键字外数项建立索引样组织称完全倒排组织
6Hash定址组织
存储记录值存放数库什方通该记录关键字值杂凑函数计算出种组织Hash定址组织杂凑函数种类质数余法基数转换法方取中法折叠法位移法位数字分析法等等关键选择杂凑函数避免发生碰撞关键字值通计算址映象称碰撞
7联系存储
关系数库中通外关键字(Foreign Key)表示概念记录间联系例表达学生学校联系学生记录中增加外关键字学校号表示联系
五关系数库
1表格
表格(简称表)表示户特定类型(Type)实体表头属性名(Attribute Name)组成属性名应列表属性名必须唯允许重名表体行元组(tuple)记录(record)组成元组应传统文件结构中记录记录含干域(field)存储属性值(Attribute value)元组应户实体出现(occurrence)表体中行某列交叉点(相记录中域)保存属性值属性值做行(实体出现)相应属性值表体中列保存值应某种属性类型(Type of Attribute)说列属性值取属性类型值某属性取值集合做属性值域(Domain of Attribute)类型值域应关系类型值域值域作类型基名称实质值域样实际类型值域命名唯标识元组属性称关键属性(Primary Key Attribute)简称关键字(Primary Key)关键字时属性组成时关键字做组合关键字(Conˉcatenated primary Key)时候表中必须组合关键字唯标识元组说存作关键字属性时方便引入附加属性称外关键字(Foreigh Key)作关键字外关键字检索查询带方便增加信息冗余
2表名表头表体
表名表头表体关系模型中具作功具完全性质表头属性集合规定表结构表体特殊集体称作关系(relation)关系模型中关系词指表体中数学关系关系数库中表名应数库名(关系名)表头应数描述(结构描述)表体应数库表体数库容数库操作象外两概念必须加强调型(type)值出现(occurence)表头定义实体(元组)型说规定实体(元组)值域表体出实体(元组)出现出现型中值
3关系数学定义
关系模型建立集合(Set Theory)基础现开始集合术语严格定义数学关系出关系数学定义定义1 域(Domain)值(value)集合
4关系模型
关系模型三部分组成数结构(关系)关系操作关系完整性面三部分进行分讨(1)单数结构———关系 关系模型中实体实体间联系均单类型结构—关系表示前面已出关系域数学定义介绍n元关系元组属性等概念面介绍关键字关系模式关系数库等基概念关键字 关系中某组属性值唯标识元组称该属性组候选关键字(Candidate Key)关系候选关键字选中作关键字(Primary Key)关键字中诸属性称属性关系模式 关系描述称关系模式包括关系名组成关系诸属性名属性域映象属性间数赖关系等等关系模式关系名诸属性名属性域映象三部分组成关系模式通常简记R(A 1 A 2 …A n )中R关系名A 1 A 2 …A n 诸属性名属性域映象般通指定属性类型长度说明某关系模式某时刻具状态指关系外延元组集合关系外延容时简称关系关系模式关系容时统称关系读者文中区确切含义形象说关系模式关表名表头描述关系容表体关系数库 关系数库中分清型值两基概念关系数库型指数库结构描述包括关系数库名干属性定义属性干关系关系模式称数库涵(Intension)数库值称数库外延关系数库中涵较稳定规定外延取值范围外延时间变化般形式逻辑中外延涵应区处外延指意满足涵集合定恒指满足涵集合关系模式(涵)稳定关系容外延时间动态变化变化数库结构(模式)稳定数库中数容断更新
六关系数库规范化理
函数赖
定义1 设R(U)属性集U关系模式XYU子集R(U)意关系rr中存两元组X属性值相等Y属性值等称X函数确定Y’Y函数赖X’记作X→Y
函数赖数赖样语义范畴概念根语义确定函数赖例姓名→年龄函数赖没名条件成立果允许相名字年龄函数赖姓名设计者现实世界作强制规定例规定允许名出现姓名→年龄函数赖成立样插入某元组时元组属性值必须满足规定函数赖发现名存拒绝插入该元组注意函数赖指关系模式R某某关系满足约束条件指R切关系均满足约束条件
七数库安全保护
1安全性
数库安全性指保护数库防止合法非正常造成数泄露更改破坏安全性问题数库系统独计算机系统问题数库系统中量数集中存放许户直接享十分重信息资源安全性问题变更突出系统安全保护措施否效数库系统性指标数库安全保密方式系统处理物理两方面谓物理指强力逼迫透露口令通信线路窃听盗窃物理存储设备等行采取措施数编密码加强警卫识户身份保护存储设备等措施般计算机系统中安全措施级级层层设置
(1)户标识鉴定首先系统提供定方式户标识名字身份系统进行核实通鉴定提供机器权常方法户名者户标识号标明户身份系统鉴户否合法户进入步核实计算机户名登录系统理员进行般户实施户名登录口令(Password)进步核实户系统常常求户输入口令
(2)存取控制获机权户根预先定义户权限进行存取控制保证户存取权存取数谓户权限指户数象允许执行操作权限两部分组成数象二操作类型数象二类类数身关系数库中表字段非关系数库中记录字段(称数项)类外模式模式模式关系系统中DBA建立修改基表权力授予户户获权力建立基表索引视图说明关系系统中存取控制数象仅数模式外模式模式等数字典中容存取权限定义称授权(Authorization)定义编译存储数字典中户发出存取数库操作请求DBMS查找数字典根户权限进行合法权限检查(Authorization Check)户操作请求超出定义权限系统拒绝执行操作授权编译程序合法权限检查机制起组成安全性子系统衡量授权子系统精巧程度度否提供数值关授权系统允许存取谓词中引系统变量天中时刻终端设备号样户某台终端某段时间存取关数时间点关存取权限外操作系统中文件目标等存取安全保护措施中加密种防止数容引解切实行办法加密程序加密硬件加密卡两种形式
2完整性
数库完整性指数正确性相容性DBMS必须提供种功保证数库中数完整性种功称完整性检查系统定机制检查数库中数否满足规定条件种条件数库中称完整性约束条件数约束条件语义体现完整性约束条件作模式部分存放数字典中数完整性安全性两概念前者防止数库中存符合语义数防止错误信息输入输出谓垃圾进垃圾出(Garbage In Garbage Out)造成效操作错误结果者保护数库防止恶意破坏非法存取然完整性安全性密切相关特系统实现方法种机制常常安全性保护完整性保证完整性约束条件分类(1)值约束结构约束前者指数值限制者指数间联系限制关数值约束 类约束条件指数取值类型范围精度等规定关数间联系约束 数库中关系属性间定联系应满足定约束条件时数库中数结构化关系间联系关系属性间满足定约束条件
(2)静态约束动态约束谓静态约束指数库确定状态数应满足约束条件讲约束属静态约束动态约束指数库种状态转变种状态时新旧值间应满足约束条件
(3)立执行约束延迟执行约束立执行约束指执行户事务时事务中某更新语句执行完马数应满足约束条件进行完整性检查延迟执行指整事务执行结束方约束条件进行完整性检查结果正确方提交完整性实现应包括两方面系统提供定义完整性约束条件功二提供检查完整性约束条件方法数值类完整性约束条件通常模式中定义例模式中定义属性名类型长度码属性名标明值唯非空等等外约束条件专门方式加定义
3发控制
数库享资源户户程序串行执行行执行单CPU计算机充分利数库资源应该允许户程序行存取数样会产生户程度发存取数情况发操作加控制会存取存储正确数破坏数库完整性(里称致性)CPU计算机计算机网络环境发控制尤重
(1)事务概念 事务(Transaction)发控制基单位谓事务操作序列操作作序列形成整体做做分割工作单位事务通常BEGIN TRANSACTION开始COMMITROLLBACK操作结束COMMIT提交提交事务中操作事务正常结束ROLLBACK撤消已作操作滚回事务开始时状态里操作指数库更新操作滚回相操作均未执行事务程序两概念般讲程序包括事务事务发控制基单位面讨均事务象
(2)数致性级概念谓发控制正确方式调度发操作避免造成数致性户事务执行受事务干扰
4封锁
封锁(Locking)事务T系统发出请求某数象(常记录)加锁事务T数象定控制例事务更新数直T释放(unlock)锁止确切控制封锁类型决定基封锁类型两种排锁(Exclu sive locks简记X锁)享锁(Share locks简记S锁)事务T数R加X锁允许T读取修改R切事务R(包括封锁)请求成功直T释放RX锁止保证事务读取修改R直T释放X锁事务T数R加S锁事务RX锁请求成功R享请求保证事务读取R修改R直T释放S锁止
八数库应系统设计
1数库应系统设计步骤
规范设计方法数库设计分六阶段
(1)需求分析
(2)概念结构设计
(3)逻辑结构设计
(4)数库物理设计
(5)数库实施
(6)数库运行维护
2需求分析
需求收集分析数库应系统设计第阶段明确作数库应系统设计第步十分重阶段收集基础数组数流图(Data Flow Diaˉgram———DFD)步设计概念结构基础概念结构整数库设计具深刻影响设计概念结构必须需求分析阶段系统观点考虑问题收集分析数处理分析表达户需求呢众分析方法中结构化分析(Structured Analysis简称SA方法)简单实方法SA方法顶逐层分解方式分析系统数流图数字典描述系统然处理功具体容分解干子功子功继续分解直系统工作程表达清楚止处理功逐步分解时数逐级分解形成干层次数流图数流图表达数处理程关系处理程处理逻辑常常判定表判定树描述数字典(Data Dictionary简称DD)系统中数详描述类数属性清单数库应系统设计讲数字典进行详细数收集数分析获结果数字典类数描述集合通常包括5部分
(1)数项数单位
(2)数结构干数项意义集合
(3)数流数项数结构表示某处理程输入输出
(4)数存储处理程中存取数常常手工证手工文档计算机文件
(5)处理程
3概念结构设计
软件工程中重视需求分析规范说明思想样数库设计中样十分重视数分析抽象概念结构设计概念结构设计整数库设计关键概念结构独立数库逻辑结构独立支持数库DBMS独立具体计算机软件硬件系统纳总结特点
(1)充分反映现实世界包括实体实体间联系满足户数处理求现实世界真实模型接真实模型
(2)易理解熟悉计算机户交换意见户积极参数库应系统设计成功否关键
(3)易更动现实世界改变时容易修改扩充特软件硬件环境变化时更应
(4)易关系网状层次等种数模型转换概念结构种数模型基础意种数模型更独立机器更抽象更加稳定描述概念结构力工具ER模型PPSChenER模型定义概念结构称组织模式设计概念结构策略3种
(1)顶 首先定义全局概念结构框架然逐步细化
(2)底 首先定义局部应概念结构然集成全局概念结构
(3)混合策略 顶底相结合方法顶策略设计全局概念结构框架骨架集成底策略中设计局部概念结构现介绍底设计概念结构策略种策略概念结构设计面步骤进行
(1)数抽象局部视图设计
ER模型现实世界种抽象般讲谓抽象实际物事概念处理抽取关心特性忽略非质细节特性种抽象概念精确加描述概念组成现实世界种模型表示3种抽象方法形成抽象机制数进行组织①分类(Classification) 定义某概念作现实世界中组象类型象具某特性行抽象象值型间is a member of语义ER模型中实体型种抽象②聚集(Aggregation) 定义某类型组成成分抽象象部属性类型整体部分间is a part of语义ER模型中干属性聚集组成实体型种抽象③概括(Generalization) 定义类型间种子集联系抽象类型间is a subset of语义概括具重性质继承性子类继承超类定义抽象性质然子类增加某特殊属性概念结构设计第步利面介绍抽象机制需求分析阶段收集数进行组织形成实体实体属性标识实体码确定实体间联系类型(1∶11∶nn∶m)设计成部分ER图
(2)视图集成视图集成步部分ER图综合成总体ER图视图集成两种方式
①部分ER图次集成
②逐步集成累加方式次集成两部分ER图种方式次集成分两步走第步合解决部分ER图间突问题生成初步ER图第二步修改重构消必冗余生成基ER图
4逻辑结构设计
逻辑结构设计务概念结构转换选DBMS支持数模型程设计逻辑结构理应选择某概念结构数模型然支持种数模型种DBMS进行较选出合适DBMS实际情况常常已定某台机器设计员没选择DBMS余现行DBMS般支持关系网状层次三种模型中某种某种数模型机器系统许限制提供环境工具设计程分三步进行首先概念结构般关系模型转换然特定DBMS支持数模型转换进行模型优化
(1)ER图关系数模型转换面出ER图转换关系模型转换规
①实体转换关系模式实体属性关系属性实体码关系码
②联系转换关系模式该联系相连实体码联系属性转换关系属性该关系码三种情况联系1∶1实体码均该关系候选码联系1∶n关系码n端实体码联系n∶m关系码诸实体码组合具相码关系模式合形成般数模型步特定DBMS规定模型转换设计员必须熟知DBMS功限制步转换赖机器出普遍规转化模型必须进行优化数模型进行优化指调整数模型结构提高数库应系统性性动态性静态性两种静态性分析容易实现根应求选出合适模型项复杂工作
(2)规范化理应规范化理数库逻辑设计指南工具具体讲应面具体方面第数分析阶段数赖概念分析表示数项间关系第二设计概念结构阶段规范化理工具消初步ER图中冗余联系第三ER图数模型转换程中模式分解概念算法指导设计现选DBMS支持种数模型均先概念结构关系模型转换然充分运规范化理成果优化关系数库模式设计
九数库理系统设计实现
1DBMS目标
(1)户界面友 实DBMS说户界面质量直接影响生命力DBMS户接口应面应采适合终户交互式表格式菜单式窗口式等界面形式方便保持灵活性般说户界面应具性简单性灵活性立反馈等特性
(2)功完备 DBMS功系统规模异型DBMS功齐全型DBMS功弱DBMS功包括数定义数库数存取事务控制数库组织存储理数库安全保护等等面讨功容
(3)效率高 系统效率包括三方面计算机系统部资源效率充分利资源(包括存储空间设备CPU等)注意种资源负载均衡提高整系统效率二DBMS身运行效率三户生产率指户学DBMSDBMS基础开发应系统效率
2DBMS基功
(1)数库定义 数库结构进行描述包括外模式模式模式定义数库完整性定义安全保密定义(户口令级存取权限)存取路径(索引)定义定义存储数字典(称系统目录)中DBMS运行基提供数定义语言DDL
(2)数存取 提供户数操功实现数库数检索插入修改删DBMS应该提供功强易学易数操语言(DML)方便操作方式较高数存取效率DML两类类宿型语言类含型语言前者语句独立必须嵌入某种语言C语言COBOL语言中者独立通常供终端户交互批处理方式两种形式
(3)数库运行理 指DBMS运行控制理功包括户环境发控制安全性检查存取权限控制完整性检查执行数加密运行日志组织理事务理动恢复(保证事务正确性)功保证数库系统正常运行
(4)数组织存储理 DBMS分门类组织存储类数包括数字典(称系统目录)户数存取路径等等确定种文件结构存取方式存储级组织数实现数间联系数组织存储基目标提高存储空间利率选择合适存取方法确保较高存取(机查找序查找增删改)效率
(5)数库建立维护 包括数库初始建立数转换数库转储恢复数库重组织重构造性监测分析等功
(6)功 包括DBMS网络中软件系统通信功DBMSDBMS文件系统数转换功等
3DBMS操作系统
通常DBMS建立操作系统环境根具体操作系统特点DBMS方法利操作系统基功实现DBMS般面3类方法
(1)享模块法
(2)分离进程法
(3)操作系统融合
4DBMS程序模块组成
作庞系统软件DBMS众程序模块组成分实现DBMS复杂繁功数库定义方面 DDL翻译处理程序(包括外模式模式存储模式处理程序)保密定义处理程序(授权定义处理程序)完整性约束定义处理程序等程序接收相应定义进行语法语义检查翻译部格式存储数字典中DDL翻译程序根模式定义负责建立数库框架(形式空库)等装入数数库操方面 DML处理程序终端查询语言解释程序数存取程序数更新程序等DML处理程序终端查询语言解释程序户数操请求进行语法语义检查数存取更新程序完成数库存取操作数库运行理方面 系统初启程序负责初始化DBMS建立DBMS系统缓区系统工作区 开数字典等等安全性控制完整性检查发控制事务理运行日志理等程序模块数库运行程中监视着数库操作控制理数库资源处理户发操作等方面保证户事务正常运行方面保证数库安全性完整性数库组织存储理方面 文件读写维护程序存取路径(索引)理程序缓区理程序(包括缓区读写淘汰等模块)程序负责维护数库数存取路径提供效存取方法数库建立维护数库初始数装入程序转储程序恢复程序数库重构造程序数转换程序通信程序等DBMS组成模块互相联系互相赖完成DBMS复杂功模块间联系定层次关系
5DBMS层次结构
操作系统样应该DBMS划分成干层次许DBMS实际分层实现层应层位DBMS核心处处理象包括种样数库应宿语言编写应程序终端户通应接口(FORMS)发出事务请求等该层DBMS终户应程序界面层第二层语言翻译处理层处理象数库语言SQL提供数接口关系视图元组集合功数库语言类语句进行语法分析视图转换授权检查完整性检查查询优化等通层基模块调生成执行代码代码运行完成数库语句功求第三层数存取层该层处理象单元组层集合操作转化单记录操作执行扫描排序元组查找插入修改删封锁等基操作完成数记录存取存取路径维护发控制事务理等工作第四层数存储层该层处理象数页系统缓区执行文件逻辑开关闭读页写页缓区读写页面淘汰等操作完成缓区理外存交换外存理等功操作系统DBMS基础处理象数文件物理块执行物理文件读写操作保证DBMS数逻辑读写真实映射物理文件操作系统提供存取原语基存取方法通常作DBMS存储层接口
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