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基本概念
数据库(database)
数据的集合
数据库管理系统(database-management system, DBMS)
由数据库, 和访问数据库的程序组成.
为什么需要数据库
操作系统已经有文件系统, 但基于文件系统管理数据有一些弊端:
使用文件处理系统作为数据库的几个问题
数据的冗余和不一致(data redundancy and inconsistency)
基于文件系统的存储可能由于程序设计过程中的疏漏, 使硬盘上同一份信息存有多份, 这带来了冗余和一致性的问题.
数据访问困难
- 数据管理接口不一致 :: 如果不统一管理数据的接口, 会增加程序员的沟通成本和开发成本.
- 数据存储格式不一致 :: 增加了程序开发的难度.
数据孤立性
完整性问题
数据的值必需满足特定的一致性约束(consistency constraint).
并发访问异常
对数据库的操作不保证原子性.
安全性问题
文件系统难以控制访问权限.
数据库的三个抽象层次
我们需要数据库管理系统为用户提供抽象. 数据库管理系统应该隐藏数据存储和维护的某些细节. 数据库管理系统有以下三个层次的抽象:
flowchart BT
physical-level-->logic-level
logic-level-->view-level(view1,view2,...)
物理层(physical level)
描述数据是怎么存储的
逻辑层
描述数据的数据结构，以及数据间的关系
视图层（View Level）
只描述数据库的一部分, 因为用户常常只关系部分数据. 数据库管理系统可以提供多个视图.
应用隐藏数据类型的细节。视图也会根据安全方面的需求隐藏一些信息。
实例和模式
- 子模式 :: TODO
- 物理独立性 :: 应用程序不依赖物理模式
实例（Instance）
特定时刻储存在数据库中信息的集合.
Schema（模式）
database 的逻辑结构，数据库的总体设计.
PhysicalSchema
描述数据库的物理层设计
物理层描述数据库的模式
每个条目存储在的位置，以及便于检索的一些索引、与其他条目的关系。
LogicalSchema
逻辑层描述数据库的模式
数据模式
数据模型(data model)是描述数据库系统设计的概念工具的集合.
数据模型可划分为四类:
关系模型(relational model)
用表的集合表示数据间的联系. 每个表有多个列, 每个列的列名唯一.
实体-联系模型
用具有属性的实体及其之间的联系来描述数据.
实体(entity)
某一类实体由属性名和实体名描述.
属性(attribute)
用于刻画实体的特性.
联系(relationship)
实体间的关联, 可以是一对一, 一对多, 多对多.
基于对象数据模型
半结构化数据模型
允许相同类型的数据项含有不同的属性集的数据说明. XML 可以用于表示半结构化数据.
数据库语言
数据操纵语言(DML)
帮助用户访问或操纵数据. 访问类型有增删查改.类型有:
过程化 DML
要求用户指定如何操纵数据.
声明化 DML
只要求用户指定需要操纵的数据.
数据定义语言(DDL)
定义数据库模式. 如果说 DML 操纵的是数据, 那么 DDL 操纵的是数据库的元数据(metadata), 元数据放置于数据字典.
一致性约束
数据值必须满足某些一致性约束. 比如账户余额不能低于 100 美元. 数据库系统专注于可以最小代价测试的完整性约束.
域约束
每个属性的所有可能的取值构成的一个域(整数, 字符, 日期等)
参照完整性
TODO
断言
域约束和参照完整性是特殊的断言. 但不足以描述所有断言需求, 比如, 账户的余额不小于 1000 美元.
授权
不同用户在数据库中不同数据值上允许的访问类型不同.
关系数据库
关系数据库基于关系模型, 使用一系列表(元数据)来表达数据以及这些数据之间的联系.下面介绍 SQL 语言.
表
每个表有多个列, 每个列的名字唯一.
数据操纵语言
声明化
数据库系统模块
数据库系统的程序部分可以分为存储管理器和查询管理器.
存储管理器
负责数据库中数据的存储, 检索和更新.
- 权限及完整性管理器
- 事物管理器
- 文件管理器
- 缓冲区管理器
查询处理器
为用户提供操纵接口, 查询处理器会操纵存储管理器.
- 数据文件
- 数据字典
- 索引