数据库系统原理——概述「建议收藏」

 数据库的内容是存储在硬盘上，掉电之后任然存在

 软件是加密的，只能通过DBMS打开

 使用SQL语句方便操作数据

其中数组、集合是临时性存储
文件是持久化存储

 字段 记录 表 约束 （主键、外键、唯一键、非空、check、default、触发器）

 定义：对一个表中的属性操作的限制叫约束

 分类：
 	主键约束：不允许重复元素，避免了数据冗余
 		主键定义：可以唯一标识一个事物的一个字段或多个字段的组合
 		主键表：含有主键字段的表
 		    注：主键通常是整数，不建议使用字符串（除非主键用于集群式(个机器)服务可考虑）
 		    	主键的值通常都不允许修改，除非本记录被删除
 		    	主键不要定义成id，而要定义成表名id或表名_id
 		    	要用代理主键，不要用业务逻辑主键（用一个没有实际意义的编号当主键）	
 		    	
 	
 	外键约束：通过外键约束从语法上，保证了本事物所关联的其他事物一定是存在的
 			 事物和事物的关系是通过外键来体现的
 		外键定义：如果一个表中的若干个字段是来自另外若干个表的主键或唯一键，则这若干个字段就是外键
 		外键表：含有外键字段的表，外键字段来自的那一张表叫主键表
 			  注：外键通常是来自另外表的主键而不是唯一键，因为唯一键可能是null
 			  	  外键不一定来自另外的表，也可能来自本表的主键

 	先删除主键表还是外键表？
 	答：先删除外键表
 		如果先删除主键表，会报错，因为这会导致外键表中的数据引用失败
 	
 						 	  
 	check约束：保证事物属性的取值在合法范围内

 	default约束：保证事物属性一定会有一个值
 	
 	唯一(unique)约束：保证了事物属性的取值不允许重复，但允许其中有一列为空
 		注：SQL server只允许一个unique列为空
 			Oracle运行多个unique列为空

 	not null约束：要求用户必须为该属性赋一个值，否则语法出错
 		如果一个字段不写null也不写not null，则默认值是null，即允许为空
 		注：null和default区别
 			同：都允许用户不赋值
 			不同：null修饰的字段如果用户不赋值则默认是null
 				 default修饰的字段如果用户不赋值则默认是default指定的那个值

 数据库是通过表来解决事物的存储问题
 数据库是通过约束来解决事物取值有效性和合法性的问题
 建表的过程就是指定事物属性和事物属性中各种约束的过程

 定义：表和表之间的联系
 
 实现方式：通过设置不同形式的外键来体现表和表之间的不同关系

 表和表之间的关系分类（假设有A表和B表）：
 	一对一
 		既可以把表A的主键充当表B的外键
 		也可以把表B的主键充当表A的外键
 			
 	多对一
 		在多的一方添加外键

 	多对多
 		多对多必须通过第三张表来表示关系

 		例子：
 			班级是一张表
 			老师是一种表
 			班级和老师关系是一张表

 将数据放到表中，表再放到库中
 
 一个数据库中可以有多个表，每个表都有一个名字，用来标识自己。表名具有唯一性
 
 表具有一些特性，这些特性定义了数据在表中如何存储。类似于Java的类
 
 表由列组成，我们也称为字段，所有的表都是由一个或多个列组成的，每一个列类型Java中的属性
 
 表中数据是按行存储的，我们成为一个元组，每一行类似与Java中的对象

  insert delete update T-SQL 存储过程 函数 触发器

  select

  Oracle：甲骨文公司，产品不花钱，服务维护收费高
  DB2：IBM，应用于海量数据

  SQL Server：微软公司（只能装在windows上）

  MySQL：甲骨文公司，开源免费，任何OS都可以

  例如：数字、文字、图形、音频、视频	

  行数据，存储在数据库中，可以用二维表结构来逻辑表达实现的数据

  不方便用数据库二维逻辑表来表现的数据

  例如：
  办公文档、文本、图片、图形、音频、视频

  型(type)：数据表示形式
  值(value)：给出了复合给定的值

  特点：具有统一的结构形式并存放于统一的存储介质内，可被各种应用所共享
  
  是按数据所提供的数据模式存放
  	例如：关系数据库中：数据库的体现就是二维表

  包括：
  	数据库
  	数据库管理系统
  	数据库管理人员
  	硬件平台
  	软件平台	

 用工程、科学、数学的原则与方法来开发、维护计算机软件的有关技术和管理方法

典型的软件开发模型：
	瀑布模型
		瀑布模型过程六阶段:项目规划----系统分析----总体设计----详细设计----编码调试与集成测试----运行维护
	
	快速原型模型
		快速原型模型过程五阶段:快速分析----设计构造原型----运行原行----评价原型----改进原型
	
	螺旋模型
		螺旋模型过程四阶段:项目规划----风险评估----工程实现----用户评估

1. 系统规划与定义：任务陈述、确定任务目标、确定范围和边界、确定用户视图
2. 可行性分析：技术、经济、操作可行性及开发方案选择
3. 项目规划：项目团队、环境、活动，成本预算，进度计划

如：DFD建模(体现业务流程)、IDEF建模
	
	结构化分析任务：
		建立分析模型（SA）包括：功能模型、数据模型和行为模型
		编写规格说明书（SRS）
	
	结构化分析指导思想：
		抽象与分解

DFD需求建模方法：
	数据流图(Data Flow Diagram, DFD)
	从应用系统的数据流着手以图形方法刻画和表示一个具体业务系统的数据处理过程和数据流
	
	数据流：
	数据流是数据在系统内传播的路径，因此由一组成分固定的数据组成。
	如订票单由旅客姓名、年龄、单位、身份证号、日期、目的地等数据项组成。
	由于数据流是流动中的数据，所以必须有流向，除了与数据存储之间的数据流不用命名外，数据流应该用名词或名词短语命名。
	
	数据源（终点）
	代表系统之外的实体，可以是人、物或其他软件系统。

	对数据的加工（处理）
	加工是对数据进行处理的单元，它接收一定的数据输入，对其进行处理，并产生输出。

	数据存储
	表示信息的静态存储，可以代表文件、文件的一部分、数据库的元素等

DFD建模过程（是对功能进行建模）
	（1）明确目标，确定系统范围。
	（2）建立顶层DFD图
	（3）构建第一层DFD分解图。
	（4）开发DFD层次结构图（原则：保持均匀的模型深度，按困难程度选择）。
	（5）检查确认DFD图。

DFD实例：教材购销系统

IDEF0需求建模方法（ICAM DEFinition Method）
	最常使用的是IDEF0～IDEF4： 
		IDEF0:描述系统功能及其相互关系；
		IDEF1: 系统信息及其数据之间联系；
		IDEF2: 系统模拟，动态建模；
		IDEF3: 过程描述及获取方法；
		IDEF4：面向对象设计；

如： UML用例建模 

UML方法采用面向对象思想建模，使用用例图来描述系统功能需求。
用例图由系统、角色、用例三种模型元素及其之间的关系构成

需求分析过程由需求获取、需求分析、需求描述与规范说明、需求验证等步骤组成

1. 数据需求分析 ：描述用户需要组织的信息内容 
	形成数据字典

2. 功能需求分析：描述系统做什么 
	数据处理需求分析、业务规则需求分析
	分析与描述目标系统的总体结构、功能活动及各功能活动之间的关系

3. 性能需求分析：描述系统应当做到什么程度
	数据操作响应时间、系统吞吐量、硬件资源、单位时间内可以完成的查询数量和事务数量 

4. 其他需求：存储需求、安全性需求、备份与恢复需求

概念设计：数据库概念模型设计、系统总体设计
逻辑设计：数据库逻辑结构设计、应用程序概要设计、数据库事务概要设计
物理设计：数据库物理结构设计、数据库事务详细设计、应用程序详细设计

 20世纪50年代以前
 数据是面向应用程序的

 20世纪50年代后期——60年代中期
 由专门的软件对数据进行统一管理

 缺点：
 1. 数据共享性差
 2. 数据独立性差
 3. 数据孤立、数据获取困难
 4. 完整性问题
 5. 原子性问题
 	原子性：保证数据库数据一致性，有些操作要么都发生要么都不发生
 6. 并发访问异常
 7. 安全性问题

 20世纪60年代后期
 出现了统一管理数据的专门软件系统——数据库管理系统(DBMS)

 DBMS特点：
 1. 数据结构化
 	数据内部结构化 + 数据之间联系 + 考虑某个应用数据结构，还要整个组织数据结构

 2. 数据的共享度高，冗余度低，易扩展

 3. 数据独立性高
 	数据独立性通过数据库管理系统的两层映像功能来实现
 	
 4. 数据由数据库管理系统统一管理和控制
 	1. 数据的安全性保护
 	2. 数据的完整性检查
 	3. 并发控制
 	4. 数据库恢复 

用户数据：结构化关系（二维表）组织的所有业务数据集合
元数据：对关系数据库结构的描述数据和数据库的有关统计数据，也成为数据字典
	数据字典具体包括以下内容：
	1. 所有对象的定义，如：数据库、表、视图、索引、聚集、过程、函数、触发器
	2. 数据库对象的逻辑空间与物理空间的对应关系，以及当前使用情况
	3. 列的默认值
	4. 完整性约束信息
	5. 用户的名称、登录密码
	6. 审计信息
	7. 其他数据库信息，如加锁信息

索引：改进数据库的性能和可访问性而建立的附加数据
应用元数据：用户窗体、报表、查询和其他形式的应用组件

1. 数据定义
2. 数据组织、存储和管理
3. 数据操纵
4. 数据库的事务管理和运行管理
5. 数据库的建立和维护
6. 数据通信接口

 功能：将用户的查询和更新命令转变为数据库上的操作序列，并执行这些操作
 	   查询处理器负责对查询和更新操作进行语法分析，转换和优化，
 	   产生查询和更新操作如何被执行的操作序列
 
 任务：
 		1. 对用户请求的SQL操作进行查询优化，从而找到一个最优的执行策略，然后向存储器发出命令，使其执行
 		2. 把用较高级的语言所表示的数据库操语句转换成一系列对数据库操作的请求
 
 关系数据库管理系统一般向用户提供多种形式的语言：
 		交互式语言：SQL
 		嵌入式语言：嵌入式C、嵌入式COBOL
 		过程化语言：存储过程、T-SQL、PL/SQL
 
 DBMS对各种数据库操作语言的处理过程：
 	1. DDL语句：首先将它翻译成内部表示，存储在系统的数据字典中。关系型数据库数据字典采用表的方式存储
 	2. DCL语句：DCL的定义部分，如安全保密定义、存取权限定义、完整性约束
 	3. DML语句：转化为一串可执行的存取动作
 				数据字典是DML语句处理、执行以及关系数据库管理系统运行管理的基本依据

 事务被正确执行时的ACID特性：原子性、一致性、隔离性、持久性
 保证事务被正确执行的技术：
 	1. 封锁管理
 		事务T在对某个数据对象（表、记录）进行操作之前，先向系统发出请求，对其加锁。
 			
 	2. 事务管理
 		是用户定义的一个数据库操作序列，这些操作要么全做要么都不做，是一个不可分割的工作单位
 			
 	3. 日志管理
 		日志文件用来记录事务对数据库的更新操作的文件
 			
 		日志管理包括：写日志记录、读日志记录、扫描日志记录、撤销尚未结束的事务和重做已经结束的事务 

  模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的局部逻辑结构

  对应于一个模式可以有多个外模式，每一个外模式DBMS都有一个模式/外模式映像

  当模式改变时（改变关系的结构、属性名称、数据类型等），由数据库管理员对外模式/模式映像作出改变，使外模式保持不变，进而应用程序不必修改

  数据库中只有一个模式，也只有一个内模式

  定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系

  当数据存储结构改变了，由数据库管理员对模式/内模式映像作出相应的改变，可以使模式保持不变，从而应用程序也不必修改