第一章 数据库系统概论
数据与数据管理
数据：描述事物的符号记录。
数据管理：对数据进行有效的分类、组织、编码、存储、检索、维护和应用——数据处理的中心问题。
数据库管理系统：由一个相互关联的数据的集合和一组用以访问、管理和控制这些数据的组成。
数据库：数据的集合。
数据模型：描述一个数据结构、数据操作、以及数据约束的数学形式。
- 概念模型（信息模型）：概念层次的数据模型。
- 逻辑模型：用来描述数据库数据的整体逻辑结构，也是现实世界的第二层抽象。
- 物理模型：用来描述数据的物理存储结构和存取方法。
数据结构：描述数据库的组成对象（实体）以及对象之间的关系。
数据操作：对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作集合，包括操作及有关的操作规则。它是对系统动态特性的描述。
数据完整性规则：数据、数据语义和数据联系所具有的制约和一村规则，包括数据结构完整性规则和数据操作完整性规则。用以限定负荷数据模型的数据库状态以及状态的比，以保证数据的正确、有效和相容。
数据完整性约束：一组数据完整性规则。
数据库技术的产生与发展
人工管理阶段
文件系统阶段
特点
- 实现了文件内的数据结构性
- 应用程序与数据之间有了一定的物理独立性
问题
- 数据共享性差，数据冗余和不一致
- 数据独立性差
- 数据孤立，数据获取困难
- 完整性问题
- 原子性问题
- 并发访问异常
- 安全性问题
数据库管理系统阶段
特点
- 数据结构化
- 数据共享度高，冗余度低，易扩充
- 数据独立性高
- 物理独立性
- 逻辑独立性
- 数据由数据库管理系统统一管理和控制
- 数据的安全性保护
- 数据的完整性保护
- 并发控制
- 数据库的恢复
关系模型
由一组关系构成，每个关系的数据结构是一张规范化的二维表。
常用术语
关系(relation)：一个关系对应一张二维表，每一个关系有一个名称，即关系名；
元组(tuple)：表中的一行称为一个元组；
属性(attribute)：表中的一列称为一个属性，每一个属性有一个名称，即属性名；
码(key)：也称为码键。表中的某个属性或属性组，它可以唯一地确定关系中的一个元组，如关系Student中的学号，它可以唯一地标识一个学生 ；
域(domain)：属性的取值范围；
分量(component)：元组中的一个属性值；
外码(foreign key)：表中的某个属性或属性组，用来描述本关系中的元组(实体)与另一关系中的元组(实体)之间的联系
- 外码的取值范围对应于另一个关系的码的取值范围的子集
- 如关系Score中的学号，它描述了关系Score与关系Student的联系(即哪个学生选修了课程)，因此学号是关系Score的外码
- 同理，课程号也是关系Score的外码，它描述了关系Score与关系Course的联系(即哪门课程被学生选修了)
关系模式(relational schema)：通过关系名和属性名列表对关系进行描述，即二维表的表头部分(表格的描述部分)
规范条件
关系的每一个元组必须是可区分的，即存在码属性。
关系的每一个属性(即元组的分量)必须是一个不可分的数据项，即不允许表中有表。
关系数据模型的操作
主要包括查询和更新（插入、删除和修改）。
完整性约束
基本概念
候选码: 一个或一组属性能唯一地标识一个元组,而其子集不能
主码: 若有多个候选码.则选其中一个为主码
外键(外码): 一个表中一个(多个)属性，不是自身的主码，且这个属性和另一个表中的主码属性是同一个属性，则这个（组）属性称为外码
实体完整性：主码不能重复，主码不能为空
参照完整性：外键不能为空（或者均为空值）外键等于被参照表的主码值
用户自定义完整性：用户自定义的完整性约束条件
优点
- 严格的数学基础：有关系代数作为语言模型，有关系数据理论作为理论基础
- 概念单一：无论实体还是实体之间的联系都是用关系来表示，对数据(关系)的操作(查询和更新)结果还是关系。所以其数据结构简单、清晰，用户易懂易用
- 存取路径透明：具有更高的数据独立性、更好的安全保密性，简化了程序员的工作，提高了软件的开发和维护效率
缺点
- 由于存取路径对用户透明，查询效率往往不如非关系数据模型
- 为了提高性能，DBMS必须对用户的查询请求进行查询优化，这样就增加了DBMS的开发难度
数据抽象
DBMS
隐藏关于数据存储和维护的某些细节，为用户提供数据在不同层次上的视图，即数据抽象，方便不同的使用者可以从不同的角度去观察和利用数据库中的数据
物理层抽象
最低层次的抽象，描述数据实际上是怎样存储的
逻辑层抽象
描述数据库中存储什么数据以及这些数据之间存在什么关系。
提供给数据库管理员和数据库应用开发人员使用的，他们必须明确知道数据库中应该保存哪些信息 。
视图层抽象
最高层次的抽象，只描述整个数据库的某个部分。
系统可以为同一数据库提供多个视图，每一个视图对应一个具体的应用，亦称为应用视图 。
数据库的三级模式
模式
也称为逻辑模式，对应于逻辑层数据抽象，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。
模式的一个具体值称为模式的一个实例(instance)。
它是DBMS模式结构的中间层，既不涉及数据的物理存储细节和硬件环境，也与具体的应用程序、所使用的应用开发工具及高级程序设计语言无关。
外模式
也称子模式或用户模式，对应于视图层数据抽象。
是数据库用户(包括应用程序员和最终用户)能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一具体应用有关的数据的逻辑表示。
外模式是保证数据库安全性的一个有力措施，每个用户只能看见和访问所对应的外模式中的数据，数据库中的其余数据是不可见的 。
内模式
也称存储模式，对应于物理层数据抽象，它是数据的物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。
数据库的两层映像功能与数据独立性
外模式/模式映像
对应于一个模式可以有多个外模式。对于每一个外模式，数据库管理系统都有一个模式/外模式映像，它定义了该外模式与模式之间的对应关系
在各自的外模式描述中定义外模式/模式映像
保证了数据与应用程序的逻辑独立性，简称为数据的逻辑独立性
模式/内模式映像
数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，模式/内模式映像是唯一的，它定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系
在模式描述中定义模式/内模式映像
保证了数据与应用程序的物理独立性，简称为数据的物理独立性
数据库管理系统——DBMS
数据库管理系统(DBMS)是一组软件，负责数据库的存取、维护和管理。
功能
数据定义：DBMS提供数据定义语言(DDL)。
数据组织、存储和管理：DBMS要分类组织、存储和管理各种数据，包括数据字典、用户数据、数据的存取路径等 。
数据操纵：DBMS还提供数据操纵语言(DML) 。
数据库的事务管理和运行管理：数据库在建立、运行和维护时由DBMS统一管理、统一控制，以保证数据的安全性、完整性(一致性)，以及多用户对数据并发操作时的数据库正确性(称为并发控制)和系统发生故障后的数据库正确性(称为恢复与备份) 。
数据库的建立和维护
其他功能
组成
查询处理器：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，然后向存储管理器发出命令，使其执行。
存储管理器：根据执行策略，从数据库中获取相应的数据，或更新数据库中相应的数据。
事务管理器：负责保证系统的完整性，保证多个同时运行的事务不发生冲突操作，以及保证当系统发生故障时数据不会丢失 。
开发、管理和使用数据库系统的人员：
- 数据库管理员
- 系统分析员
- 数据库设计人员
- 应用程序员
- 最终用户
数据库管理员的主要职责
- 决定数据库中的信息内容和结构
- 决定数据库的存储结构和存取策略
- 定义数据的安全性要求和完整性约束条件
- 监控数据库的使用和运行
- 数据库的改进和重组重构
第三章 SQL
数据库
1 | -- 创建数据库 |
数据表
1 | -- 创建数据表 |
查询
1 | select [distinct] * from table_name where some_column = some_value |
插入
1 | -- 不指定列 |
修改
1 | update table_name set column1 = value1, column2 = value2 |
删除
1 | delete from table_name where some_column = some_value |
第十章 事务管理与恢复
事务
事务是具有完整逻辑意义的数据库操作序列的集合。
特性：
- 原子性：事物的所有操作要么全部执行，要么全部不执行。
- 一致性：总是将数据库从一个一致性状态转化到另一个一致性状态。
- 隔离性：并发执行的各个事务不能互相干扰。
- 持久性：一个事务成功提交后，他对数据库的改变必须是永久的。
事务并发可能会出现 3种 不一致性：不可重复读、读脏数据和丢失更新。
基本锁
共享锁（S锁)
又称读锁，若事务T对数据对象A加上S锁，则事务T可以读A但不能修改A，其他事务只能再对A加S锁，而不能加X锁，直到T释放A上的S锁。这保证了其他事务可以读A，但在T释放A上的S锁之前不能对A做任何修改。
排它锁（X锁）
又称写锁。若事务T对数据对象A加上X锁，事务T可以读A也可以修改A，其他事务不能再对A加任何锁，直到T释放A上的锁。这保证了其他事务在T释放A上的锁之前不能再读取和修改A。
特点
共享锁与排它锁不相容。
排它锁与排它锁不相容。