考研複試常見問題（數據庫系統概論篇）

1.如何理解數據庫規範化過程/概述範式

常見的範式有1NF、2NF、3NF、BCNF，他們的規範化程度是逐步增高的

• 1NF是指數據庫表的每一列都是不可分割的數據項，只要是關係型數據庫都要滿足1NF；
• 2NF是在1NF的基礎上消除了非主屬性對碼的部分依賴；
• 3NF是在2NF的基礎上消除了非主屬性對碼的傳遞依賴；
• BCNF是在3NF的基礎上消除了主屬性對碼的部分依賴和傳遞依賴。

2.簡述完整性約束條件

完整性約束條件是指數據的正確性和相容性，具體分爲實體完整性、參照完整性、用戶自定義完整性。

• 實體完整性是對主鍵的約束，主屬性獨一無二且不爲空
• 參照完整性是對外鍵的約束，外鍵必須是另一個關係的主鍵值或者爲空
• 用戶自定義完整性是根據用戶需求來的，例如sex字段只能取男或女

3.簡述事務和事務特性

事務是一系列數據操作的集合，要麼通過commit一起成功，要麼通過rollback一起回滾，具有ACID性質

• A 原子性，事務是最小的操作集合，不可再分割
• C 一致性，數據庫在事務執行前後都保持一致，在一致性前提下，所有事務對同一個數據的讀取結果都是相同的
• I 隔離性，一個事務所做的修改在其提交之前，對其他事務是不可見的
• D 持久性，事務提交之後，所有對數據的修改都永遠保存在數據庫中。

4.併發性一致的問題

• 【丟失修改】T1、T2事務同時對一個數據進行修改，T1先修改，T2後修改，T2修改的覆蓋了T1的修改，造成了T1事務修改的丟失。
• 【髒讀】T1事務修改一個數據，但還未提交，之後T2訪問了該數據，這時T1進行了回滾操作，T2再次讀取數據會和第一次不同。
• 【不可重複讀】T2讀取了一個數據，T1對該數據進行了修改，T2再次讀取，重複讀取的結果不同
• 【幻讀】T1讀取某一個範圍的數據，T2向這個範圍內插入數據，T1重複讀時發現結果不同了。

解決方案：通過併發控制來保證隔離，併發控制通過封鎖來實現。

5.簡述封鎖

• 【封鎖粒度】行級鎖和表級鎖。封鎖粒度越小，發生爭用可能性就越小，系統併發度越高，但消耗資源越多（包括獲取鎖、檢查鎖、釋放鎖），需要在鎖開銷和併發程度之間進行權衡
• 【封鎖類型】
  • 讀寫鎖
    • 共享鎖，稱讀鎖、S鎖，加了S鎖，其他程序只能讀，不能寫，只能加S鎖，不能加X鎖
    • 排它鎖，稱寫鎖、X鎖，加了X鎖，其他程序不能讀也不能寫
  • 意向鎖：支持多粒度封鎖，封鎖之前會每行檢查，非常耗時
• 【封鎖協議】
  • 三級封鎖協議
    • 一級封鎖協議：當T1修改數據時，加X鎖，直到事務結束後釋放X鎖。
    • 二級封鎖協議：在一級封鎖協議基礎上，當T1讀取數據時，加S鎖，讀完馬上釋放S鎖。
    • 三級封鎖協議：在二級封鎖協議基礎上，當T1讀取數據時，加S鎖，等T1事務完全結束時釋放S鎖。
  • 兩段鎖協議：將事務分成加鎖階段和解鎖階段，事務開始時就處於加鎖階段，直到遇到commit或rollback才使事務進入解鎖階段。

6.簡述ER圖

ER圖又稱實體關係圖，由三部分組成：實體、屬性、聯繫。用來進行關係型數據庫系統的概念設計。

• 實體：用矩形表示，矩形框內寫實體名
• 屬性：用橢圓形表示，並用無向邊將其與相應實體連接起來
• 聯繫：用菱形表示，菱形框內寫聯繫名稱，並在無向邊的兩側指明是哪種關係

ER圖轉換爲關係模式的原則：

• 一對一：在兩個實體中任選一個，添加另一個實體的主鍵即可
• 一對多：在多的一端添加另一端的主鍵
• 多對多：需要將聯繫轉換爲實體，並在該實體上加上另外兩個實體的主鍵，作爲聯繫實體的主鍵，再加上聯繫本身的屬性即可

7.簡述數據庫的三級模式結構

數據庫三級模式分爲外模式、模式、內模式。

• 外模式，又稱子模式，是數據庫用戶可以看到和使用的局部數據的邏輯結構和特徵描述，是數據庫用戶的數據視圖，外模式是模式的子集，一個數據庫可以有多個外模式
• 模式，又稱概念模式，是數據庫中全體數據的邏輯結構和特徵描述，是所有用戶的公共視圖，一個數據庫只有一個模式
• 內模式，又稱存儲模式，是數據庫物理結構和存儲方式的描述，是數據在數據庫內部的組織方式。

8.簡述數據庫的二級映像功能和數據獨立性

數據庫的二級映像分爲外模式/模式、模式/內模式。
數據獨立性分爲邏輯獨立性和物理獨立性。

• 邏輯獨立性：是由外模式/模式映像保證的，當模式發生改變時，DBA對外模式/模式的映射作出相應改變，使外模式保持不變，保證了數據的邏輯獨立性。
• 物理獨立性：是由模式/內模式映像保證的，當數據庫存儲結構發生變化時，DBA對模式/內模式映射作出改變，使得模式不變，保證了數據的物理獨立性。

9.關係、關係模式、關係數據庫的區別

• 關係：是關係模式在某一時刻的狀態，關係是動態的、不穩定的，隨時間變化而變化。
• 關係模式：是靜態的、穩定的
• 關係數據庫：是建立在關係模式的基礎上，利用關係來描述現實世界。

10.簡述查詢優化的策略

• 如果子表達式多次出現，先將其計算結果保存起來，避免重複計算
• 選擇運算儘量先做
• 儘可能指明展示列，少用*代替
• 避免在列索引上使用IS NULL和IS NOT NULL

11.簡述數據字典

數據字典是對數據表中數據元素的定義和描述，目的是對數據流程圖中的各個元素進行詳細的說明。數據字典和數據流程圖共同構成了系統的邏輯模型。

12.數據庫故障恢復策略

• 事務故障恢復：由系統自動完成，反向掃描日誌，對事務更新操作執行逆操作
• 系統故障恢復：由系統重啓時自動完成，正向掃描日誌，記錄REDO隊列和UNDO隊列，對UNDO隊列進行撤銷處理，對REDO隊列進行重做處理
• 介質故障恢復：重裝後援副本+REDO+UNDO

登記日誌文件遵循的兩條原則：

• 登記次序嚴格按照併發事務執行的時間次序
• 必須先寫日誌文件，後寫數據庫