數據庫原理總結

數據庫原理總結

1.數據庫是數據的集合，是組織，存儲，管理和加工數據的倉庫

2.數據庫的三要素：數據，存儲器（硬盤），數據庫管理系統(tǒng)（DBMS），分別對應數據庫存儲的內容，數據庫載體，數據庫管理軟件

3.數據庫核心DBMS的主要功能：（1）數據定義功能（DDl）（2）數據管理功能（DMl）（3）數據庫運行管理（4）數據庫建立和維護功能

4.數據庫系統(tǒng)的作用：提高數據管理的能力，使得數據可以重用和進行數據分析

5.數據庫系統(tǒng)的目的（目標）：如何高效地，巧妙地進行數據處理，而花費最少（較快較省地為較多的用戶提供較好的信息服務）

6.數據處理的中心問題是數據管理，數據管理技術經歷了三個階段：人工管理，文件系統(tǒng)，數據庫系統(tǒng)7.數據庫系統(tǒng)的特點

（1）面向組織的復雜的數據結構（2）數據冗余度小，易擴充

（3）具有較高的數據與程序的獨立性（物理和邏輯）8.DBMS進行數據控制的功能：（1）數據的安全性控制（2）數據的完整性控制（3）并發(fā)控制（4）數據庫恢復

9.數據的最小存取單位是數據項

10.數據庫系統(tǒng)的核心和基礎是數據模型，它應滿足三個方面的要求：能夠比較真實的模擬現實世界、容易為人理解、便于在計算機上實現11.兩級模型的抽象

(1)概念模型，用于數據庫設計(2)數據模型，用于DBMS的實現

12.數據模型的三要素：數據結構、數據操作、數據的完整性約束

13.最常用的四種數據模型：層次模型、網狀模型、關系模型、面向對象模型，前兩個為非關系模型

14.關系模型中的數據的邏輯結構是一張二維表，它由行和列構成

◇關系（Relation）：對應通常說的一張表；◇元組（Tuple）：表中的一行即為一個元組；◇屬性（Attribute）：表中的一列，給每個屬性命名；◇主碼（Key）：表中某個屬性組，它可以唯一確定一個元組；

◇域（Domain）：屬性的取值范圍；◇分量：元組中的一個屬性值；

◇關系模式：對關系的描述，一般表示為：關系名（屬性1，屬性1，…，屬性n）例如學生關系模式表示為：

學生（學號，姓名，年齡，性別，系名，年級）15.關系模型要求關系必須是規(guī)范化的，規(guī)范條件中最基本的一條就是，關系的每一個分量必須是一個不可分的數據項，即不允許表中還有表。

16.

在數據庫的物理組織中，表以文件形式存儲

17.關系數據庫系統(tǒng)的查詢效率是關系數據庫管理系統(tǒng)要

考慮的一個重要問題，必須進行查詢執(zhí)行策略的優(yōu)化。18.面向對象數據庫模式是類的集合19.數據庫三級模式：外模式，模式，內模式

數據庫二級映像：外模式模式映像，模式內模式映像外模式通常是模式的子集，可以有多個內模式既是存儲模式，只有一個20.數據庫

擴展閱讀：數據庫原理總結

1關系的范式及規(guī)范化

范式是衡量關系模式優(yōu)劣的標準。范式級別越高，其數據冗余和操作異�，F象就越少。第一范式：如果一個關系模式R的所有屬性都是不可分的基本數據項，則這個關系屬于第一范式。第二范式：若關系模式R屬于第一范式，且每個非主屬性都完全函數依賴于主鍵，則R屬于第二范式。第三范式：若關系模式R屬于第一范式，且每個非主屬性都不傳遞依賴于主關鍵字，則R屬于第三范式。BC范式：若關系模式R屬于第一范式，且每個屬性都不傳遞依賴于主關鍵字，則R屬于BC范式。

2對模式的分解顯然不是隨意的，主要涉及以下兩個原則：無損聯結：當對關系模式R進行分解時，R的元組將分別在相應屬性集進行投影而產生新的關系。如果對新的關系進行自然聯接得到的元組的集合與原關系完全一致，則稱為無損聯結。保持依賴：當對關系模式R進行分解時，R的函數依賴集也將按相應的模式進行分解。如果分解后總的函數依賴集與原函數依賴集保持一致，則稱為保持依賴。

3事務的定義：事務是數據庫的邏輯工作單位，由用戶定義的一組操作序列組成，序列中的操作要么全做要么全不做。

4簡述事務所具有的ACID（原子性，一致性，隔離性，持續(xù)性）特性：事務的ACID特性是：原子性：事務是一個不可分割的單位。一致性：事務對數據庫操作的結果是將數據庫從一個一致性狀態(tài)變?yōu)榱硪粋�一致性狀態(tài)。隔離性：多個事務的并發(fā)執(zhí)行不互相干擾。持續(xù)性：事務一旦提交，它對數據庫中數據的改變就是永久性的。5事務的調度：事務的執(zhí)行次序稱為調度。若多個事務是按照某一次序串行地執(zhí)行，則稱事務的調度是串行調度。若多個事務同時交叉地并行執(zhí)行，則稱事務的調度為并發(fā)調度。

6事務并發(fā)執(zhí)行產生的不一致情況及避免：并發(fā)操作可能會產生丟失修改,不能重復讀和讀”臟”數據這三種不一致情況，采用封鎖機制來進行并發(fā)控制,可避各種不一致情況。一級封鎖協(xié)議可以避免丟失修改，二級封鎖協(xié)議可以避免丟失修改和讀”臟”數據，三級封鎖協(xié)議可以避免丟失修改、不能重復讀和讀”臟”數據。

7事務的COMMIT語句和ROLLBACK語句的功能是什么？答：COMMIT語句表示事務執(zhí)行成功地接結束（提交），此時告訴系統(tǒng)，DB要進入一個新的正確狀態(tài)，該事務對DB的所有更新都已交付實施（寫入磁盤）。ROLLBACK語句表示事務執(zhí)行不成功地結束（應該“回退”）此時告訴系統(tǒng)，已發(fā)生錯誤，DB可能處在不正確的狀態(tài)，該事務對DB的所有更新必須被撤消，DB應恢復該事務到初始狀態(tài)。

8活鎖和死鎖：活鎖：在多個事務并發(fā)執(zhí)行的過程中，可能會存在某個總有機會獲得鎖的事務卻永遠也沒得到鎖的現象，可以通過“先來先服務”的策略預防活鎖的發(fā)生。死鎖：在多個事務并發(fā)執(zhí)行過程中，多個并發(fā)事務處于相互等待的狀態(tài)的現象。

9死鎖的預防：數據庫當中預防死鎖的方法有兩種。第一種方法是要求每個事務必須一次性地將所有要使用的數據加鎖或必須按照一個預定的加鎖順序對使用到的數據加鎖。第二種方法是每當處于等待狀態(tài)的事務由可能導致死鎖時，就不再等待下去，強行回滾該事務。

10完整性約束的定義：關系數據庫提供的三類完整性約束：實體完整性、參照完整性和用戶自定義完整性。實體完整性：實體完整性約束是指任何基本表（關系）的主鍵（主關鍵字）中的每一個屬性列都不能取空值，即基本表中的每一個元組在主鍵上的分量都有值。參照完整性：根據參照完整性原則，用戶只要定義了某一個關系（基本表）的外鍵（外部關鍵字），系統(tǒng)就會控制外鍵的值要么為空，要么等于被參照關系中某一個主鍵的值，這就是系統(tǒng)對外鍵的一種約束。用戶定義完整性：用戶定義完整性約束條件的作用對象可以是屬性列、元組或關系（基本表），其中對屬性列的約束可以規(guī)定屬性列的數據類型、取值范圍等；對元組的約束可以規(guī)定元組中各屬性間的相互關系；而對關系的約束則可以規(guī)定各元組間或關系間的相互聯系。

11故障恢復的原則：對數據庫的影響有兩種可能性：一是數據庫本身被破壞；二是數據庫沒有被破壞，但數據可能不正確，這是因為事務的運行被非正常終止造成的。12恢復算法一般由兩部分組成：在正常事務處理時采取措施，保證有足夠的冗余信息可用于故障恢復。故障發(fā)生后采取措施，將數據庫內容恢復到某個保證數據庫一致性、事務原子性及持久性的狀態(tài)。

13數據庫在運行過程中可能產生的故障有哪幾類?

答：1)事務故障：事務在運行過程中由于種種原因，如輸入數據的錯誤，運算溢出，違反了某些完整性限制，某些應用程序的錯誤，以及并行事務發(fā)生死鎖等，使事務未能運行到正常中指點之前就被撤消了，這種情況稱為“事務故障”。2)系統(tǒng)故障：系統(tǒng)故障是指系統(tǒng)在運行過程中，由于某些原因，如OS和DBMS代碼錯誤，操作員操作事物。特定類型的硬件錯誤（CPU故障），突然停電等造成系統(tǒng)停止運行，致使事物在執(zhí)行過程中以非控方式中指。這時。內存中的信息丟失，而存儲在外存儲上的數據未受影響，這種情況稱為“系統(tǒng)故障”。3)介質故障：系統(tǒng)在運行過程中，由于某種硬件故障，如磁盤損壞，磁頭碰撞，或由于OS的某種潛在的錯誤。瞬間強磁場干擾，使存儲在外存的數據部分損失或全部損失，稱之為“介質故障”。14故障恢復技術：數據轉儲、日志文件、檢查點方法、數據庫鏡像

15關系的完整性約束：域完整性約束：關系中屬性的值應是域中的值，并由語義決定其能否為空值。實體完整性約束：關系中的主鍵不能為空值。參照完整性約束：關系的外鍵必須是另一個關系主鍵的有效值或者是空值。用戶自定義完整性約束：正對某一具體數據的約束條件，由應用環(huán)境決定。

16故障恢復原理是冗余可分為副本和日志�；謴退惴ǎ涸谡�常事物處理時采取措施，保證有足夠的冗余信息可用于故障恢復、故障發(fā)生后采取措施，將數據庫內容恢復到某個保證數據庫一致性、事物原子性及持久性的狀態(tài)。

17事務故障的恢復：事務故障是指事務在運行至正常終止點前被中止，這時恢復子系統(tǒng)應利用日志文件撤消（UNDO）此事務已對數據庫進行的修改。事務故障的恢復是由系統(tǒng)自動完成的，對用戶是透明的，系統(tǒng)的恢復步驟是：⑴反向掃描文件日志（即從最后向前掃描日志文件），查找該事務的更新操作。⑵對該事務的更新操作執(zhí)行逆操作。即將日志記錄中“更新前的值”寫入數據庫。這樣，如果記錄中是插入操作，則相當于做刪除操作（因此時“更新前的值”為空）。若記錄中是刪除操作，則做插入操作，若是修改操作，則相當于用修改前值代替修改后值。⑶繼續(xù)反向掃描日志文件，查找該事務的其他更新操作，并做同樣處理。⑷如此處理下去，直至讀到此事務的開始標記，事務故障恢復就完成了。

18系統(tǒng)故障的恢復：系統(tǒng)故障造成數據庫不一致狀態(tài)的原因有兩個，一是未完成事務對數據庫的更新可能已寫入數據庫，二是已提交事務對數據庫的更新可能還留在緩沖區(qū)沒來得及寫入數據庫。因此，恢復操作就是要撤銷故障發(fā)生時未完成的事務，重做已完成的事務。系統(tǒng)恢復步驟如下：正向掃描日志文件，即從頭掃描日志文件，找出在故障發(fā)證前已經提交的事務，將其事務標示記入重做隊列，同時找出故障發(fā)證時尚未完成的事務，將其事務標識計入撤銷隊列、對撤銷隊列中的各個事務進行撤銷處理、對重做隊列中的各個事務進行重做掃描

19日志文件作用及建立原因：答：日志文件是用來記錄事務對數據庫的更新操作的文件。目的是進行事物故障恢復；進行系統(tǒng)故障恢復；協(xié)助后備副本進行介質故障恢復。

20三級模式：三級模式結構：數據庫的三級模式由外模式、概念模式和內模式三級模式構成。概念模式：簡稱模式，又稱數據庫模式、邏輯模式。一個數據庫只有一個概念模式，它是數據庫系統(tǒng)三級模式結構的中間層，概念模式是數據庫中全體數據的邏輯描述，而不是數據庫本身，它是裝配數據的一個結構框架。外模式：外模式簡稱子模式，又稱用戶模式，是數據庫用戶能夠看見和使用的局部數據的邏輯結構和特征的描述，是數據庫用戶的數據視圖，是用戶與數據庫系統(tǒng)之間的接口。一個數據庫可以有多個外模式，設置外模式的優(yōu)點如下：方便用戶使用，簡化用戶接口、保證數據的獨立性、有利于數據共享、有利于數據安全和保密。內模式：內模式也稱存儲模式。是對數據庫中數據物理結構和存儲方式的描述，是數據在數據庫內部的表示形式。一個數據庫只能有一個內模式。21兩級映像：外模式/概念模式映像：外模式/概念模式映像定義了各個外模式與概念模式間的映像關系。概念模式/內模式映像：概念模式/內模式映像定義了數據庫全局邏輯結構與存儲結構之間的對應關系。

22兩極結構的獨立性：物理數據獨立性：如果數據庫內模式要修改，即數據庫的物理結構有所變化，那么只要對概念模式/內模式做相應的修改即可。概念模式/內模式提供了數據的物理數據獨立性。邏輯數據獨立性：如果概念模式要修改，例如增加記錄類型或增加數據項，那么只要對外模式/概念模式映像做相應的修改，就可以使外模式和應用程序盡可能保持不變。這樣，就稱數據庫打到了邏輯數據獨立性。外模式/概念模式映像提供了數據的邏輯獨立性。

23數據庫技術的發(fā)展階段：工管理階段（數據部保存、沒有對數據進行管理的軟件系統(tǒng)、沒有文件的概念、一組數據對應于一個程序，數據時面向應用的）、文件系統(tǒng)階段（數據需要長期保存在外存上供反復使用、程序和數據之間有了一定得獨立性、文件的形式已經多樣化、數據的存取基本以記錄為單位）、數據庫系統(tǒng)階段（數據結構化、數據共享、減少數據冗余、具有較高的數據獨立性、方便用戶接口、統(tǒng)一的數據管理與控制功能）

某校與教學管理相關的3個關系模式的結構如下:學生(學號、姓名、年齡、性別、所在系)課程（課程號、課程名、開課系、任課教師）學習（學號、課程號、成績）試進行如下操作：

1.創(chuàng)建“教學”數據庫，在“教學”數據庫中創(chuàng)建“學生”、“課程”、“學習”這3個基本表，并說明主鍵和外鍵。2.使用SQL的查詢語句表達下列查詢（1）查詢劉老師所授課程的課程號和課程名（2）查詢年齡大于23歲的男學生的學號和姓名

（3）查詢至少修讀劉老師所授課程中一門課程的女學生和姓名（4）查詢王樂同學不學的課程的課程號（5）查詢至少修讀兩門課程的學生學號

（6）查詢全部學生都修讀的課程的課程號與課程名（7）查詢修讀課程中包含劉老師所授課程的學生學號

3）SELECT姓名FROM學生WHERE性別=‘女’ANDEXISTS(SELECT*FROM學習WHERE學習.學號=學生.學號AND課程號IN(SELECT課程號FROM課程WHERE任課教師LIKE‘劉%’))

4）SELECT課程號FROM課程WHERENOTEXISTS(SELECT*FROM學習WHERE學習.課程號=課程.課程號AND學號IN(SELECT學號FROM學生WHERE姓名=‘王樂’))

5）SELECT學號FROM學生GROUPBY學號HAVINGCOUNT(*)>=2

6)SELECT課程號,課程名FROM課程WHERENOTEXISTS(SELECT*FROM學生WHERENOTEXISTS(SELECT*學號FROM學習WHERE學習.課程號=課程.課程號AND學習.學號=學生.學號))

7）SELECT學號FROM學習WHEREEXISTS(SELECT*FROM學習WHERE課程號IN（SELECT*FROM課程號FROM課程WHERE任課教師LIKE‘劉%’）)試用SQL查詢語句表達下列對教學數據庫中3個基本表“學生”、“課程”、“學習”的查詢（1）統(tǒng)計有學生修讀的課程門數（2）求修讀C4課程的學生的平均年齡

（3）求劉老師所授課程的每門課程的學生平均成績

（4）統(tǒng)計每門課程學生的修讀人數（超過10人的課程才統(tǒng)計），要求輸出課程號和修讀人數，查詢結果按人數降序排列，若人數相同，按課程號升序排列（5）查詢學號比王樂同學大，而年齡比他小的學生姓名（6）查詢姓名以王打頭的所有學生的姓名和年齡（7）在“學習”表中檢索成績?yōu)榭罩档膶W生學號和課程號（8）求年齡大于女同學平均年齡的男學生姓名和年齡（9）求年齡大于所有女同學年齡的男學生姓名和年齡SELECTCOUNT(DISTINCT課程號)FROM學習

SELECTAVG(年齡)FROM學生WHEREEXISTS(SELECT*FROM學習WHERE學生.學號=學習.學號AND課程號=’C4’)

SELECTAVG(成績)FROM學習WHEREGROUPBY課程號HAVING課程號IN(SELECT課程號FROM課程WHERE任課教師LIKE‘劉%’)SELECT課程號,COUNT(*)ASC_COUNTFROM學習HAVINGC_COUNT>10ORDERBYC_COUNTDESC,課程號

SELECT姓名FROM學生WHERE學號>ALL(SELECT學號FROM學生WHERE姓名=’王樂’)AND年齡SELECT學號,課程號FROM學習WHERE成績ISNULL

SELECT姓名,年齡FROM學生WHERE性別=’男’AND年齡>(SELECTAVG(年齡)FROM學生WHERE性別=’女’)SELECT姓名,年齡FROM學生WHERE性別=’男’AND年齡>(SELECTMAX(年齡)FROM學生WHERE性別=’女’)試用SQL更新語句表達對“教學”數據庫中3個基本表“學生”、“課程”和“學習”的各個更新操作（1）向基本表“學生”中插入一個學生組（‘S009’，‘吳’，18）

（2）在基本表“學生”中查詢每一門課程成績都大于等于80分的學生學號、姓名和性別，并把查詢到的值送往另一個已存在的基本表“結果”（學號，姓名，性別）中（3）在基本表“學習”中刪除尚無成績的元組

（4）把王樂同學在“學習”基本表中的課程和成績全部刪除（5）把修讀Java課程不及格的成績全改為空值（6）把低于總平均成績的女同學成績提高5%

（7）在基本表“學習”中修改C4課程的成績，若成績小于等于75分時提高5%，若成績大于75分時提高4%（用兩個UPDATE語句實現）INSERTINTO學生VALUES(‘S009’,’吳’,18)

INSERTINTO結果(學號,姓名,性別)SELECT學號,姓名,性別FROM學生WHERENOTEXISTS(SELECT*FROM學習WHERE學生.學號=學習.學號AND成績

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