【数据库系统概论】

只记录了个人觉得的重点和难点知识，大部分是摘抄ppt，部分会给出自己的解答和扩展。

持续更新中

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1. 绪论

1.1 数据库系统概述

数据（Data） ：数据库存储的基本对象，即数据表的一行数据，如一个学生

数据库（Database，DB） ：长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。
基本特征

• 数据按一定的数据模型组织、描述和储存
• 可为各种用户共享、冗余度较小、易扩展
• 数据独立性较高

数据库管理系统 （DataBase Management System，DBMS） ：位于用户应用与操作系统之间的一层数据管理软件，是基础软件，是一个大型复杂的软件系统，能够科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据。
主要功能：

• 数据定义功能
  • 提供数据定义语言（DDL）
  • 定义数据库中的数据对象
• 数据组织、存储和管理
  • 分类组织、存储和管理各种数据
  • 确定数据在存储级别上的结构和存取方式
  • 实现数据之间的联系
  • 提供多种存取方法提高存取效率
• 数据操纵功能
  • 提供数据操纵语言（DML）
  • 实现对数据库的基本操作 （查询、插入、删除和修改）
• 数据库的事务管理和运行管理
  • 数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用
  • 发生故障后的系统恢复数据库
  • 由数据库管理系统统一管理和控制，保证事务正确运行
• 数据库的建立和维护功能
  • 提供实用程序/工具，完成数据库数据批量装载，数据库转 储，介质故障恢复，数据库的重组织和性能监视等
• 其它功能
  • 数据库管理系统与网络中其它软件系统的通信
  • 数据库管理系统系统之间的数据转换
  • 异构数据库之间的互访和互操作

也就是说，数据库管理系统就是我们平时说的数据库，如mysql数据库就是一个数据库管理系统

八大常见数据库管理系统

数据库系统 （ DataBase System ，DBS ） ：是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。
在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。
数据库系统的构成

• 数据库
• 数据库管理系统（及其应用开发工具）
• 应用程序
• 数据库管理员（DataBase Administrator，DBA
  

数据管理：对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护 ，数据处理和数据分析的中心问题 。

数据管理技术发展：人工管理阶段、文件系统阶段、数据库系统阶段。

数据库系统的特点：

• 数据结构化
• 数据的共享性高，冗余度低且易扩充
• 数据独立性高
• 数据由数据库管理系统统一管理和控制

数据独立性:指应用程序和数据结构之间相互独立, 互不影响

• 物理独立性：应用程序与数据的物理存储是相互独立的，数据的物理存储改变了，应用程序不变
• 逻辑独立性：

数据独立性由数据库管理系统的二级映像功能来保证。

数据库管理系统提供的数据控制功能

• （1）数据的安全性（Security）保护：保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破坏。
• （2）数据的完整性（Integrity）检查：保证数据的正确性、有效性和相容性。
• （3）并发控制（Concurrency Control） 对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果。
• （4）数据库恢复（Recovery） 将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。

1.2 数据模型

数据模型是对现实世界数据特征的抽象。

数据模型分为两类（两个不同的层次）

• （1） 概念模型，也称信息模型。它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。
• （2） 逻辑模型和物理模型。
  • 逻辑模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型、面向对象数据模型、对象关系数据模型、半结构化数据模型等。
  • 按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现。
  • 物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内（磁盘上）的表示方式和存取方法

概念模型

术语：

• （1）实体（Entity） 客观存在并可相互区别的事物称为实体。 可以是具体的人、事、物或抽象的概念。 （一张表）
• （2）属性（Attribute） 实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。 （字段）
• （3）码（Key） 唯一标识实体的属性集称为码。 （主键）
• （4）实体型（Entity Type） 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型
• （5）实体集（Entity Set） 同一类型实体的集合称为实体集
• （6）联系（Relationship） 现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体（型）内部的联系和实体（型）之间的联系。
  • 实体内部的联系: 是指组成实体的各属性之间的联系
  • 实体之间的联系: 通常是指不同实体集之间的联系 实体之间的联系有一对一（1:1）、一对多（1:n）和多对多（m:n）等多种类型

实体-联系方法（Entity-Relationship Approach）
ER图

数据模型的组成要素：

• 数据结构–描述系统的静态特性
• 数据操作–描述系统的动态特性
• 完整性约束

数据模型
常用数据模型：

• 层次模型：一棵树，有且只有一个根节点；除根以外，其他节点有且只有一个父节点
  • 完整性约束条件：无父则无子；强外关联；
• 网状模型：更倾向于连接方式
• 关系模型：更倾向于表达一张表的结构；（就是我们常用的关系数据表，如同excel表）
  • 术语：
    • 关系（Relation）—— 一个关系对应通常说的一张表
    • 元组（Tuple）—— 表中的一行即为一个元组
    • 属性（Attribute）——表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属 性名
    • 主码（Key）——也称码键。表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组
    • 域（Domain）——是一组具有相同数据类型的值的集合。 属性的取值范围来自某个域。 例：学生年龄属性的域（15～45岁）， 性别的域是（男，女）， 系名的域是一个学校所有系名的集合；
    • 分量——元组中的一个属性值。
    • 关系模式——对关系的描述 关系名（属性1，属性2，…，属性n） 学生（学号，姓名，年龄，性别，系名，年级）
      
• 最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项，不允许表中还有表。
• 关系的完整性约束：

1.3 数据库系统的结构

从数据库应用开发人员角度看：
数据库系统采用三级模式结构，是数据库系统内部的系统结构
从数据库最终用户角度看，数据库系统的结构有：

• 单用户结构
• 主从式结构
• 分布式结构
• 客户-服务器
• 浏览器-应用服务器／数据库服务器 等

数据库系统模式
模式（Schema）

• 是对数据库逻辑结构和特征的描述
• 是型的描述，不涉及具体值
• 模式是相对稳定的

实例（Instance）

• 数据库某一时刻的状态——模式的一个具体值
• 同一个模式可以有很多实例
• 实例随数据库中的数据的更新而变动

数据库系统的三级模式结构

理解三层模式：
内模式：记录数据的物理结构和存储方式，如使用堆存储、压缩存储、加密等
模式： 数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述
外模式：数据库用户使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述

假设现在有一堆学生数据，存放在数据库中，模式理解如下图：

显然，内模式和模式只有一种，外模式根据用户需求，有多种。

三级模式是对数据的三个抽象级别。

数据库管理系统内部提供二级映像

• Map：{外模式：模式映像 }
• Map：{模式：内模式映像 }

先举个例子：
假设A和C认识，经常联系，他们直接联系，即A–>C。
有一天，C整容失败了，A就不认识C了，AC就断了。

现在加入映射。
A–>B–>C
A现在跟C联系，它需要通过B，这个B就是一个映射关系。
如果C现在整容了，管理员只需要让B在认识一下C就行了（修改B），A继续通过B找C，依旧能找到。
（为什么不修改A呢？因为实际开发中，A作为“用户”，如果会因为底层变动而改变，是非常不好的做法，这里不多赘述，可以百度面向接口编程）

外模式/模式映像：

• 当模式改变时（例如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等），由数据库管理员对各个外模式/模式的映像作相应改变，可以使外模式保持不变。应用程序是根据数据的外模式编写的，从而应用程序不用修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。

（假设用户想要的外模式视图是(学号，姓名)，当数据本身的模式变了，管理员就让映射关系变一下，用户依旧能得到（学号，姓名））

模式/内模式映像：

• 数据库只有一个模式，也只有一个内模式，所以模式/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。例如，说明逻辑记录和字段在内部是如何表示的。该映像定义通常包含在模式描述中。当数据库的存储结构改变时（例如选用了另一种存储结构，即内模式变了），由数据库管理员对模式/内模式映像作相应改变，可以使模式保持不变，从而应用程序也不必改变。保证了数据与程序之间的物理独立性，简称数据的物理独立性。

1.4 数据库系统的组成

问题记录

1. 如何理解数据独立性中的逻辑独立性

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