理论部分+实验部分
期末考试70%，作业+实验30%

1：数据库系统概述

1.4：数据库内部结构体系

三级架构两种映射

  • 内部模式（Internal Schema）：数据库的物理存储结构，描述了数据在存储介质上的实际布局。
  • 概念模式（Conceptual Schema）：数据库的逻辑结构，描述了数据的逻辑关系和完整性约束，但不关心具体的存储实现。

  • 外部模式（External Schema）：数据库的视图，定义了不同用户或应用程序所能访问的数据子集和视图。

  • 逻辑与内部映射（Logical-to-Internal Mapping）

    • 数据存储：概念模式中的数据如何映射到实际的物理存储结构中。例如，如何将概念模式中的表和索引映射到内部模式的文件和存储结构。
    • 优化：为了提高查询性能，数据库系统可能会在内部模式中使用不同的存储结构（如索引、聚集）来优化概念模式中的数据访问。
    • 这个映射的目标是将逻辑上的数据组织和操作（概念模式）转换为实际存储和检索的数据方式（内部模式），确保数据能够高效地存储和检索。
  • 外部与概念映射（External-to-Conceptual Mapping）
    • 视图定义：如何将外部模式中的用户视图与概念模式中的逻辑结构对应。例如，用户视图可能只显示部分数据或特定的数据格式，而概念模式则描述了整个数据库的结构。
    • 数据访问：用户通过外部模式访问数据库时，如何将其请求转换为概念模式中的查询。这包括如何处理用户的不同视图、权限和数据安全等问题。
    • 这个映射的目标是将用户视图（外部模式）转换为数据库的逻辑视图（概念模式），以便用户可以在不关心实际存储结构的情况下访问数据。

3Models-2Mappings

2：数据模型

2.3：概念世界与概念模型

关联

类之间的二元联系称为关联

使用m..n来表示相应的数量。

关联类

认为是它依附的关联的属性。

3：关系数据库系统

3.3：关系数据结构

表框架由n个命名的属性组成，n称为表的元数（n元表）。
在表框架中也可按行存放数据，其中每行的数据称为元组。一个表框架存放m个元组，m称为表的基数。

关系操纵

关系代数是一种过程化的查询语言，通过一系列的操作符对关系进行操作，最终返回一个新的关系。它包括一些基本的操作符，允许对关系进行各种操作。

  • 选择（Selection，$\sigma$）：从关系中筛选满足某个条件的元组（行）。例如，选择年龄大于20的学生。
    • 形式：$\sigma条件(关系)$
    • 示例：$\sigma \ Age > 20(Student)$
  • 投影（Projection，$\pi$）：从关系中提取某些属性（列），忽略其他属性。用于返回部分列的数据。
    • 形式：$\pi属性列表(关系)$
    • 示例：$\pi \ Name, Age(Student)$
  • 并（Union，$\cup$）：对两个关系进行并集操作，返回同时属于两个关系的所有元组，去重后返回。
    • 形式：$R1 \cup R2$
    • 示例：$Student \cup Teacher$（假设Student和Teacher表具有相同的属性）
  • 差（Difference，$-$）：从一个关系中减去属于另一个关系的元组。返回在第一个关系中存在而在第二个关系中不存在的元组。
    • 形式：$R1 - R2$
    • 示例：S$tudent - GraduateStudents$（返回不是研究生的学生）
  • 笛卡尔积（Cartesian Product，$\times$）：将两个关系的所有元组合在一起形成新的元组，返回的是一个“笛卡尔积”。
    • 形式：$R1 \times R2$
    • 示例：$Student \times Course$（返回每个学生与每门课程的所有组合）
  • 连接（Join，$\Join$）：将两个关系中的元组基于某个条件连接在一起，通常是基于共同的属性。
    • 形式：$R1 \Join 条件 R2$
    • 示例：$Student \Join Student.ID = Enroll.StudentID Enroll$

关系代数的特点：

  • 过程化：用户需要明确指定数据如何检索和操作，操作步骤清晰。
  • 操作返回一个新的关系。

3.4 关系数据库语言SQL92

模式

  • CREATE SCHEMA <模式名> AUTHORIZATION <用户名>
  • DROP SCHEMA <模式名> <删除方式>

基表

  • CREATE TABLE<基表名>（<列定义>[<列定义>]…）[其他参数]
  • ALTER TABLE <基表名> ADD/DROP <列名> <数据类型>
  • DROP TABLE <基表名>

索引

  • CREATE[UNIQUE] [CLUSTER] INDEX <索引名> ON<基表名>(<列名>[<顺序>][,<列名>[<顺序>],…])[其他参数]
  • DROP INDEX <索引名>

SQL数据操纵功能

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SELECT <列名> [,<列名>,...]
FROM <基表名> [,<基表名>,...]
WHERE <逻辑条件>
  • 结果排序：ORDER BY <列名> [ASC|DESC]
  • 分组：GROUP BY ... HAVING ...
  • ANY, SOME: WHERE column operator ANY/SOME (subquery);
  • EXISTS: WHERE EXISTS (subquery);

视图

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CREATE VIEW <视图名> [(<列名>[,<列名>,…])]
AS <SELECT语句>
[WITH CHECKOPTION]

更新

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UPDATE table_name
SET column1 = value1, column2 = value2, ...
WHERE condition;

内连接

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SELECT columns
FROM table1
INNER JOIN table2
ON table1.column = table2.column;

4：数据库安全性与完整性保护

4.1：SQL对数据库安全的支持

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GRANT  <操作权限列表>  ON  <操作对象>
TO  <用户名列表>  [WITH GRANT OPTION]

REVOKE  <操作权限列表>  ON  <操作对象>
FROM  <用户名列表>  [RESTRICT | CASCADE]
  • CASCADE：连锁回收
  • RESTRICT：在不存在连锁回收问题时才能回收权限，否则拒绝回收

5：事务处理、并发控制与故障恢复技术

5.1 事务处理

事务的四个特性ACID

  • 原子性（Atomicity）
  • 一致性（Consistency）
  • 隔离性（Isolation）
  • 持久性（Durability）

有关事务之间的并发：

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SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL
	  READUNCOMMITTED
  | READCOMMITTED
  |	READREPEATABLE
  | SERIALIZABLE

  • READUNCOMMITTED 未提交读
    • 不申请任何锁
  • READCOMMITTED 提交读
    • 读之前申请锁，读之后释放锁
  • READREPEATABLE 可重复读
    • 读之前申请锁，事务结束释放锁
  • SERIALIZABLE 可序列化（可串行化）
    • 避免所有干扰，串行执行