第三章數據庫基礎知識
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1.數據庫基礎知識
1.1數據庫系統基本概念
1、數據(Data)
數據是數據庫中存儲的基本對象。它不僅僅是指數字，廣義地說，文字、圖形、圖像、聲音、記錄、語言等描述事物的符號都是數據，可以經過數字化後存入計算機。所以，可以如下定義數據:數據是描述事物的符號記錄。
2、數據庫(DataBase, DB)
數據庫是存在於計算機存儲設備上的用來存放數據的倉庫，人們可以運用數據庫技術科學地保存並管理大量的複雜的數據，提高信息資源的利用率。可以如下定義數據庫:數據庫是長期儲存在計算機內的、有組織的、可共享的數據集合。數據庫的特徵是:數據庫中的數據按-定的數據模型組織、描述和儲存，具有較小的冗餘度、較高的數據獨立性和易擴展性，並可爲各種用戶共享。
3、數據庫管理系統(DataBase Management System, DBMS)
數據在數據庫中是按照定的格式存放的，爲了更加高效地獲取和維護數據，可以利用數據庫管理系統來科學地組織和存儲數據。數據庫管理系統是位於用戶與操作系統之間的一層數據管理軟件。
4、數據庫系統(DataBase System, DBS)
數據庫系統是指在計算機系統中引入數據庫後的系統，一般由 數據庫、數據庫管理系統（及其開發工具）、應用系統、數據庫管理員和用戶構成，在一般不引起混淆的情況下，通常把數據庫系統簡稱爲數據庫
1.2數據庫系統體系結構
集中式數據庫系統，客戶/服務器(Client-Server)數據庫系統、分佈式數據庫系統。
(1)集中式數據庫系統。
分時系統環境下的集中式數據庫系統結構誕生於20世紀60年代中期，當時的硬件和操作系統的條件決定了這種體系結構成爲當時的首選結構。這種系統中，不但數據是集中的，數據的管理也是集中的。數據庫系統的所有功能都集中在DBMS所在的計算機上。
(2)客戶/服務器數據庫系統。
客戶/服務器結構的工作原理是，客戶端的用戶請求被傳送到數據庫服務器，數據庫服務器進行處後，只將結果返回給用戶(而不是整個數據)。客戶/服務器結構顯著減少了網絡上的數據傳輸量，提高了系統的性能、吞吐量和負載能力，這種結構的數據庫往往更加開放(多種不同的硬件和軟件平臺、數據庫應用開發工具)，應用程序具有更強的可移植性，同時也可以減少軟件維護開銷。
(3)分佈式數據庫系統。
隨着計算機網絡通信的迅速發展，以及地理位置上分散的公司、團體和組織對數據庫更廣泛應用的需求，基於集中式數據庫系統成熟的技術上，產生了發展了分佈式數據庫系統。對於分佈式數據庫系統，可以如下定義:分佈式數據庫是由一組數據組成的，這組數據分佈在計算機網絡的不同計算機上，網絡中的每個結點具有獨立處理的能力(稱爲場地自治)，可以執行局部應用。同時，每個結點也能通過網絡通信子系統執行全局應用。分佈式數據庫系統分佈在網絡的不同計算機上，既具有高度的自治性，更要強調各場地系統間的協作性。從用戶角度看，一個分佈式數據庫系統邏輯上如同個集中式數據庫系統， 用戶可以在任何一個場地執行全局應用和局部應用。
1.3關係數據庫標準語言SQL
(1) SQL的功能與特點。
SQL是介於關係代數與關係演算之間的結構化查詢語言，但是它的功能不僅僅是查詢，還可以用來進行數據操作、數據定義和數據控制。
SQL語言是關係數據庫的標準語言
SQL語言是採用面向集合的操作方式，操作對象、查找結果可以是元組的集合，並且一次插入，刪除，更新操作的對象也可以是元組的集合。
SQL語言支持數據庫三級模式結構，外模式對應於視圖和部分基本表，模式對應於基本表，內模式對應於存儲文件
(2)用SQL進行數據定義(表、視圖、索引、約束)。
定義語句：CREATE TABLE(創建表)、DROP TABLE(刪除表)、ALTER TABLE(修改表)、CREATE VIEW(創建視圖)、DROP VIEW(刪除視圖)、CREATE INDEX(創建索引)、DROP INDEX(刪除索引)
(3)用SQL進行數據操作(數據檢索、數據插入/刪除/更新、觸發控制)
(4) 安全控制和授權。
(5)應用程序中的API、嵌入SQL
許多事務處理應用都是過程性的，需要根據不同的條件來選擇執行不同的任務，這就需要將SQL語言嵌入到某種高級語言中使用，這種方式下使用的SQL語言稱爲嵌入式SQL，而嵌入SQL語言的高級語言稱爲主語言或宿主語言。
1.4數據庫的管理與控制
(1)數據庫管理系統的功能和特徵。
1數據庫定義:數據庫定義包括對數據庫的結構進行描述(包括外模式、模式，內模式的定義)、數據庫完整性的定義，安全保密定義(例如用戶密碼、級別、存取權限)存取路徑(如索引)的定義，這些定義存儲在數據字典中，是DBMS運行的基本依據。
2數據存取:提供用戶對數據的操作功能，如對數據庫數據的檢索、插入、修改和刪除，這部分內容已經在前面講述過。
3數據庫運行管理:數據庫運行管理是指DBMS運行控制和管理功能。包括了多用戶環境下的事務管理和自動恢復、併發控制和死鎖檢測(或死鎖防止)、安全性檢查和存取控制、完整性檢查和執行、運行日誌的組織管理等。
4數據組織、存儲和管理: DBMS要分類組織、存儲和管理各種數據，包括數據字典用戶數據、存取路徑等。要確定以何種文件結構和存取方式在存儲級上組織這些數據，如何實現數據之間的聯繫。其基本日標是提高存儲空間利用事和方便存取，提供多種存取方法(如家引查找、HASHI查找、順序查找等)提高存取效率。
5數據庫的建立和維護。包括數據庫的初始建立、數據的轉換，數據庫的轉儲和恢復、數據庫的重組織和重構造以及性能監測分析等功能。
6其他功能。包括DRMNS與網絡中其他軟件系統的通信功能，
(2)數據庫事務管理、數據庫備份與恢復技術、併發控制。
事務：數據庫恢復技術和併發控制都是事務處理技術，事務是用戶定義的一個數據庫操作序列，這些操作要麼全做，要麼全不做，是一個不可分割的工作單位，是數據庫應用程序的基本邏輯單元。
在SQL語言中，事務通常以BEGIN TRANSACTION開始，以COMMIT或ROLLBACK結束。COMMIT表示提交，即提交事務的所有操作，將事務中所有對數據庫的更新寫回到磁盤上的物理數據庫中，事務正常結束。ROLLBACK 表示回滾，即在事務運行的過程中發生了某種故障，事務不能繼續執行下去，系統將事務中對數據庫的所有已完成的操作全部撇銷，滾回到事務開始時的狀態。
事務具有四個特性: 原子性(atomicity)、一致性 (consistency)、 隔離性( isolation)、持續性(durability), 這四個特性簡稱ACID特性。
原子性是指事務是數據庫的邏輯工作單位，事務中的所有操作要麼都做要麼都不做。
事務執行的結果必須是使數據庫從一個一致性狀態變到另一個致性狀態，當數據庫只包含成功事務提交的結果時，就說數據庫處於一致性狀態。如果數據庫系統運行中發生了故障，有些尚未完成的事務 被迫中斷，若這些未完成事務對數據庫所做的修改有一部分已經寫入物理數據庫，則這時數據庫就處於種不一致的狀態。
隔離性是指一個事務的執行不能被其他事務干擾，即一個事務內部的操作及使用的數據對其他併發事務是隔離的，併發執行的各個事務之間不能互相干擾。
持續性也稱永久性，指一個事務且提交，它對數據庫中的改變就應該是永久性的，接下來的其他操作或者故障不應該對其執行結果產生任何影響。