[大数据]数据库系统概论考点

绪论

概念

• 数据库(DB): 长期存储在计算机内的有组织的、可共享的相关数据的集合。

• 数据库管理系统(DBMS): 介于用户于操作系统之间的一层数据管理软件。为用户或应用程序提供访问DB的方法，包括DB的建立、查询、更新及各种数据控制。DBMS是基于某种数据模型。

• 数据库系统: 指带有数据库的计算机应用系统。包括数据库、相应的硬件、软件和各类人员。
  关系: DBS包括DB和DBMS

• 数据模型: 在机器世界中，直接面向数据库的逻辑结构；涉及到计算机系统和数据库管理系统，描述现实世界的事物及事物间的联系，并对数据建模的模型。

• 数据模型三要素:

  • 数据结构
  • 数据操作
  • 完整性约束

• 常见的数据模型:

  • 层次模型
  • 网状模型
  • 关系模型
  • 面向对象模型

关系系统的查询优化

• 查询优化概述

• 查询优化策略
  • 等价变换->查询的等价表达式
  • 估算各表达式的执行代价(磁盘访问数)
  • 找出代价最低的表达式作为查询执行计划
• 实际系统的查询优化步骤
  1. 将查询转换为某种内部标表示，通常是语法树
  2. 根据一定的等价变换规则把语法树转换为标准(优化)形式
  3. 选择的低层的操作算法
  4. 生成查询计划(查询执行方案)

关系数据理论

• 非平凡函数依赖$(Sno,Cno)?>Grade$
• 平凡函数依赖$(Sno,Cno)?>Cno$
• 函数依赖
  • 完全函数依赖
  • 部分函数依赖
  • 传递函数依赖

范式

• 第一范式 1NF
  如果一个关系满足：每个属性都是不能再分的元素，那么该关系是一个规范化的关系
• 第二范式 2NF
  一个关系属于1NF且没有部分依赖 第一范式消除非主属性对关键字的部分依赖
• 第三范式 3NF
  3NF&不传递依赖于关键字 消除主属性对关键字的部分依赖&传递依赖
• BCNF
  每个元素都包含码

数据库恢复技术

事务的特性

1. 原子性

2. 一致性

3. 隔离性

4. 持续性

三种故障及恢复

1. 事务故障 事务没有达到预期的终点，处于不正确的状态。
   恢复：强行回滚，撤销该事务已经作出的任何对数据库的修改 事务撤销

2. 系统故障 数据库缓存区的内容都丢失，所有运行事务都被丢失
   恢复：强行撤销所有未完成事务，重做所有已提交的事务

3. 介质故障 破坏数据库或部分数据库，并影响正在存取这部分数据的所有事务
   恢复：装入发生故障前某个时刻的数据副本，并重做自此时所有成功的事务

建立冗余

• 数据转储
  DBA定期将整个数据库复制到磁盘or磁带，数据库遭到破坏后载入，并重新运行自转储以后的所有更新事务。
• 登记日志文件
  • 日志文件 — 用于记录事务对数据库的更新操作的文件
  • 日志文件的类型 — 记录or块
  • 日志文件的内容 — 事务标识&操作类型&操作对象&更新前数据的旧值&更新后数据的新值

数据库安全性

• 自主存取控制 (DAC)
  • 用户对不同的数据对象有不同的存取权限
  • 不同的用户对同一对象也有不同的权限
  • 用户还可以将其拥有的存取权限转授给其他用户
• 强制存取控制 (MAC)
  • 每一个数据库对象被标以一定的密级
  • 每个用户被授予某一个级别的许可证
  • 对于一个人一对象，只有具备合法许可证的用户才可以存取。

强制存取控制中，对于主体和客体，DBMS为它们指派了一个敏感度标记(Label)，分为若干级别;

主体的敏感度标记称为许可证级别，客体的敏感度标记为密级

强制存取控制规则:

• 仅当主体的许可证级别大于或者等于客体的密级时，该主体才能读取相应的客体。
• 仅当主体的许可证级别小于客体的密级时，主体才能写相应的客体。

数据完整性

• 数据库的完整性是指数据的正确性和相容性
• DBMS必须提供一种功能来保证数据库中数据的完整性->完整性检查。即系统用一定的机制来检查数据库中的数据是否满足规定的条件 (完整性约束条件)。

并发控制

封锁

• 排它锁(eXclusive lock)
• 共享锁(Share lock)

封锁协议

• 一级锁协议
  事务T在修改数据R之前必须先对其加X锁，直到事务结束才释放
  防止丢失修改

• 二级锁协议
  一级锁协议+事务T在读取数据R之前必须先对其加S锁，读完释放
  防止丢失修改和读“脏”数据

• 三级锁协议
  一级锁协议+事务T读取数据R之前必须先加S锁，知道事务结束才释放
  防止丢失修改、读“脏数据”和不可重复读

活锁&死锁

并发调度的可串行化

可串行性是并行事务正确性的唯一准则；几个事务的并行执行是正确的，当且仅当其结果与按某一次序串行地执行它们时的结果相同。

两段锁协议

1. 在对任何数据进行读、写操作之前，事务首先要获得对该数据的封锁
2. 在释放一个封锁之后，事务不再获得任何其他封锁。