15.1 数据库模式
1). 关系表类型
关系的3种类型：
- 基本关系(基本表/基表)：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，常称为虚表；
2). 数据库模式
数据库视图：是一个虚拟表，内容由查询定义(仅保存SQL查询语句)。视图同真实表一样，包含一系列带有名称的列和行数据。但是，视图并没有真正存储这些数据，而是通过查询原始表动态生成所需要的数据。
视图的优点：
- 视图能简化用户操作；
- 视图使用户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：并非传统意义上的虚拟视图，是实体化视图，其本身会存储数据。同时当原始表中的数据更新时，物化视图也会更新。
15.2 数据库备份与恢复技术
1). 数据备份
冷备份：静态备份，将数据库正常关闭，在停止状态下，将数据库文件全部备份下来；
热备份：动态备份，是利用备份软件，在数据库正常运行的状态下，将数据库中的数据文件备份出来；
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，它可以记录针对数据库的任何操作，并将记录结构保存在独立的文件中；
2). 数据库故障与恢复
撤销事务：故障发生时未完成的事务，放入Undo撤销；
重做事务：故障发生前已提交的事务，放入Redo重做；
15.3 分布式数据库
1). 分布式数据库特征：
- 数据独立性：除了数据的逻辑独立性与物理独立性外，还有数据分布独立性(分布透明性)；
- 集中与自治共享结合的控制结构：各局部DBMS可以独立地管理局部数据库，具有自治的功能；同时，系统又设有集中控制机制，协调各部DBMS的工作，执行全局应用；
- 适当增加数据冗余度：在不同场地存储同一数据的多个副本，可以提高系统的可靠性和可用性，同时也能提高系统性能；
- 全局的一致性、可串行性和可恢复性；
2). 分布式数据库管理系统组成和结构
分布式数据库管理系统组成：LDBMS、GDBMS、全局数据字典、通信管理；
分布式数据库管理系统结构：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：分片透明性(水平分片、垂直分片、混合分片)、位置透明性、局部数据模型透明性；
分片透明：是指用户不必关心数据如何分片的，他们对数据的操作在全局关系上进行，即如何分片对用户是透明的；
复制透明：用户不用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：用户不必知道所操作的数据被放在何处，即数据分配到哪个或哪些站点存储对用户是透明的；
局部映像透明性：最低层次的透明性，该透明性提供数据到局部数据库的映像，即用户不必关心局部DBMS支持哪种数据模型，使用哪种数据操纵语言，数据模型和操纵语言的转换是由系统完成的；
3). 两阶段提交协议2PC
2PC事务提交的两个阶段：
- 表决阶段：目的是形成一个共同的决定；
- 执行阶段：目的是实现这个协调者的决定；
两条全局提交规则：
- 只要有一个参与者撤销事务，协调者就必须做出全局撤销的决定；
- 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；
15.4 数据库设计过程
15.5 概念结构设计
1). 组成
实体 + 属性 + 联系
2). 不同实体集之间联系
一对一、一对多、多对多
3). 概念结构设计
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
集成的方法：
- 多个局部E-R图一次集成；
- 逐步集成，用累加的方式一次集成两个局部E-R；
集成产生的冲突及解决办法：
- 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：同一对象在不同应用中具有不同的抽象，以及同一实体在不同局部E-R图中所包含的属性个数和属性排列次序不完全相同；
15.6 关系模型基本概念
1). 数据模型
数据模型三要素：数据结构、数据操作、数据的约束条件；
2). 关系模型相关概念
- 目或度：关系模式中属性的个数；
- 候选码(候选键)
- 主码(主键)
- 主属性与非主属性：组成候选码的属性就是主属性，其他就是非主属性；
- 外码(外键)
- 全码：关系模式的所有属性组都是这个关系的候选码；
3). 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；
15.7 逻辑结构设计
1). 逻辑结构设计
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
E-R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
2). 联系转关系模式：
- 一对一联系的转换有两种方式：
1). 独立关系模式：并入两端主键及联系自身属性(主键：任一端主键)；
2). 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)；
- 一对多联系的转换有两种方式：
1). 独立关系模式：并入两端主键及联系自身属性(主键：多端主键)；
2). 归并(多端)：并入另一端主键及联系自身属性(主键：保持不变)；
- 多对多联系的转换只有一种方式：
1). 独立关系模式：并入两端主键及联系自身属性(主键：两端主键的组合键)；
15.8 关系代数
并、交、差、笛卡尔积、投影、选择、连接
15.9 规范化理论
1). 价值与用途
非规范化关系模式，可能存在问题包括：数据冗余、更新异常、插入异常、删除异常；
2). 函数依赖
设R(U,F)是属性U上的一个关系模式，X和Y是U的子集，r为R的任一关系，如果对于r中的任意两个元组u,v，只要u[x]=v[x]，就有u[Y]=v[Y]，则称X函数决定Y，或称Y函数依赖于X，记为X->Y；
部分函数依赖：{AB->D,A->C}，C部分函数依赖于A；
传递函数依赖：{A->B,B->C}，A->C为传递函数依赖；
3). 求候选键
- 将关系模式的函数依赖关系用"有向图"的方式表示；
- 找入度为0的属性，并以该属性集合为起点，尝试遍历有向图，若能正常遍历图中所有结点，则该属性集即为关系模式的候选键；
- 若入度为0的属性集不能遍历途中所有节点，则需要尝试性的将一些中间结点(既有入度、也有出度的结点)并入入度为0的属性集中，直至该集合能遍历所有结点，集合为候选键；
4). Armstrong公理
关系模式R<U,F>具有以下的推理规则：
- 自反律：若Y∈X∈U，则X->Y成立；
- 增广律：若Z∈U且X->Y，则XZ->YZ成立；
- 传递律：若X->Y且Y->Z，则X->Z成立；
根据以上三条推理规则可以得到下面三条推理规则：
- 合并规则：X->Y,X->Z，则X->YZ；
- 伪传递规则：X->Y,WY->Z，则XW->Z；
- 分解规则：X->Y,Z∈Y，则X->Z；
5). 规范化理论—范式
逐步优化，以解决：数据冗余、插入、修改、删除异常；
1NF：确保属性值都是不可分的原子值；
2NF：消除非主属性对候选键的部分依赖；
3NF：消除非主属性对候选键的传递依赖；
BCNF：消除主属性对候选键的部分和传递依赖；
6). 保持函数依赖分解
设数据库模式ρ={R1,R2,...,Rk}是关系模式R的一个分解，F是R的函数依赖集，ρ中每个模式Ri上的函数依赖集为Fi。如果{F1，F2，...,Fk}与F是等价的，那么称分解ρ保持函数依赖；
7). 无损分解
无损联接分解：将一个关系模式分解为若干关系模式后，通过自然联接和投影等运算仍能还原到原来的关系模式；
如果R的分解为ρ={R1，R2}，F为R所满足的函数依赖集合，分解ρ具有无损联接性的充分必要条件是：
R1∩R2 -> (R1-R2) 或 R1∩R2 -> (R2-R1);
15.10 并发控制
并发产生的问题：丢失更新、不可重复读、读脏数据；
封锁协议：
- 一级封锁协议：事务T在修改数据R之前先对其加X锁，直到事务结束才释放；(防止丢失更新)
- 二级封锁协议：一级封锁协议加上事务T在读取数据R之前先对其加S锁，读完后即可释放S锁；（防止丢失更新、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之前先对其加S锁，直到事务结束后才释放；(防止丢失更新、读脏数据、不可重复读)
- 两段锁协议：可串行化的，可能发生死锁；
15.11 数据库安全性
用户标识和鉴定：最外层的安全保护措施，可以使用用户账户、口令、随机数检验等方式；
存取控制：对用户进行授权，包括操作类型(查找、插入、删除、修改等)和数据对象(数据范围)的权限(Grant和Revoke)；
密码存储和传输：对远程终端信息用密码传输；
视图的保护：对视图进行授权；
审计：使用一个专用文件或数据库，自动将用户对数据库的所有操作记录下来；
浙公网安备 33010602011771号