数据库原理课件(完整版).ppt

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1、数据库技术实用教程数据库技术实用教程参考书参考书参考书参考书A First Course in Database SystemsJeffrey.D.Ullman,JenniferWidomDept.OfComputerScienceStanfordUniversity 王珊朱青数据库系统概论学习指导与习题解答高等教育出版社2003年8月学习方式学习方式听课（启发式、讨论式）读书（预习、复习）报告（实验，综合课程设计）内容安排内容安排v第1篇：总论篇，共1章（第1章）。本篇从宏观角度全面介绍数据库技术，为读者学习本书有一个整体、全面的了解与认识。v第2篇：基础篇，共3章（第24章）。本篇是全书的

2、主要理论部分，它对整个数据库学科及数据库应用有着重要的指导价值。v第3篇：操作篇，共4章（第58章）。本篇主要介绍以SQLServer2008为代表的数据库工具v第4篇：产品篇，共6章（第914章）。本篇主要介绍数据库的操作以及数据库的编程，这是应用的基本部分v第5篇：工程篇，共4章（第1518章）。本篇主要介绍数据工程，包括数据库设计、数据库管理、数据库编程及数据库应用系统组成与开发等内容。v第6篇：应用篇，共两章（第19、20章）。本篇主要介绍数据库应用领域与范围，重点介绍其中7个领域的应用。数据库技术实用教程第1章数据库技术概述 第一章第一章第1章数据库技术概述v1.1数据库学科是一门技

3、术v1.2数据库技术几个关键问题的讨论v1.3数据库技术应用与本书第1章数据库技术概述v1.1数据库学科是一门技术v1.2数据库技术几个关键问题的讨论v1.3数据库技术应用与本书第一章第一章在计算机学科领域，对数据数据的研究与应用中出现一些基本性的内容，如“数据库”“数据库系统”等，以它们为核心作研究形成了一门学科即数据库学科数据库学科。从学科范畴而言，技术性学科是以系统系统的研制、开发的方法与手段为主要研究目标，而数据库学科正是如此，它的研究内容以组织、开发及应用数据库的方法与手段为主。因此，它是一门技术性学科，也称为数据库技术数据库技术。第一章第一章硬件平台硬件平台基础软件平台基础软件平台

4、软件基础构架平台软件基础构架平台应用软件平台应用软件平台软件产品软件产品协同软件协同软件单击此处添加备注数据库系统数据库系统数据库系统数据库系统操作系统操作系统操作系统操作系统 中间件中间件 应用服务器应用服务器数据库在计算机系统中的位置数据库在计算机系统中的位置第一章数据库的地位数据库的地位v数据库技术产生于六十年代末，是数据库技术产生于六十年代末，是数据管理数据管理的最新技术，的最新技术，是计算机科学的重要分支。是计算机科学的重要分支。v数据库技术是信息系统的数据库技术是信息系统的核心和基础核心和基础，它的出现极大地促，它的出现极大地促进了计算机应用向各行各业的渗透。进了计算机应用向各行各

5、业的渗透。v数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成数据库的建设规模、数据库信息量的大小和使用频度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志。为衡量一个国家信息化程度的重要标志。第一章v经历了三代演变经历了三代演变层次/网状系统、关系系统、新一代数据库系统家族(多媒体、并行、对象关系数据库、科学数据库等)v造就了三位图灵奖造就了三位图灵奖turingaward得主得主C.W.Bachman网状数据库之父，1973E.F.Codd关系数据库之父，1981JamesGray数据库技术和事务处理专家，1998v发展了一门计算机基础学科发展了一门计算机基础学科以数据模型和DBMS核心技术为主，内

6、容丰富、领域宽广 v形成了一个巨大的软件产业形成了一个巨大的软件产业DBMS及其相关工具产品、应用解决方案数据库发展回顾数据库发展回顾（6060年代开始）年代开始）第一章第一章第一章v第1章数据库技术概述v1.1数据库学科是一门技术v1.2数据库技术几个关键问题的讨论v1.3数据库技术应用与本书v数据库技术中的几个关键问题，它们是：（1）数据库技术的研究对象数据；（2）数据库技术的研究内容数据管理；（3）数据库技术的研究目标数据应用；（4）数据库技术的研究基础数据理论。第一章第一章v数据库技术的研究对象数据程序对数据进行不断加工的过程，由初始数据开始而至结果数据结程序对数据进行不断加工的过程，

7、由初始数据开始而至结果数据结束，而结果数据即计算的最终目标。束，而结果数据即计算的最终目标。v数据库技术的研究内容数据管理数据库的操作管理数据库的操作管理数据库管理系统数据库管理系统数据库的开发管理数据库的开发管理数据库管理员数据库管理员第一章第一章v数据库技术的研究目标数据应用（1）数据库设计；）数据库设计；（2）数据库管理，包括数据库生成与数据库运行维护；）数据库管理，包括数据库生成与数据库运行维护；（3）数据库操作与编程；）数据库操作与编程；（4）数据库应用系统开发；）数据库应用系统开发；（5）数据库应用新门类。即数据库应用系统与各不同应用领域相结合）数据库应用新门类。即数据库应用系统与

8、各不同应用领域相结合所产生的新的应用门类。所产生的新的应用门类。第一章第一章v数据库技术的研究基础数据理论（1）数据模型理论；）数据模型理论；（2）数据规范化理论；）数据规范化理论；（3）数据查询优化理论；）数据查询优化理论；（4）数据理论基础；）数据理论基础；（5）数据库数学理论）数据库数学理论第一章第一章第二章第二章v第2章数据及数据理论的基础概念2.1数据的基本知识2.2数据组织2.3数据库系统基本概念v2.1数据的基本知识2.1.1数据的概念2.1.2数据组成2.1.3数据元素与数据单元2.1.4数据运算2.1.5数据约束2.1.6扩充的数据单元第二章第二章2.1.1数据的概念v数据（

9、数据（data）是客观世界中的事物在计算机中的抽象表示。）是客观世界中的事物在计算机中的抽象表示。例2.1 某高校学生是事物，它可抽象成表2.1所示的形式。表2.1学生数据学号姓名性别年龄系别030016张晓帆男21计算机该表示形式又可分解成两个部分，其一是值的部分：030016，张晓帆，男，21及计算机，而它的结构部分则为表2.1所示的表框架，它可用表2.2表示。表2.2学生表框架学号姓名性别年龄系别第二章第二章v一个计算过程是程序对数据的不断加工过程，由初始数据开始而一个计算过程是程序对数据的不断加工过程，由初始数据开始而至结果数据结束，而结果数据即计算的最终目标。它们的关系如至结果数据结

10、束，而结果数据即计算的最终目标。它们的关系如图图2.1所示。所示。第二章第二章v数据分类特性数据分类特性世上有多种不同数据并具有不同的特性，大致说来可分为下面三种世上有多种不同数据并具有不同的特性，大致说来可分为下面三种（1）时间角度：）时间角度：（2）使用范围：）使用范围：（3）数量角度：）数量角度：第二章第二章v2.1数据的基本知识2.1.1数据的概念2.1.2数据组成2.1.3数据元素与数据单元2.1.4数据运算2.1.5数据约束2.1.6扩充的数据单元第二章第二章v数据由横向与纵向两部分组成，从横向角度看数据分为数据结构与数据值两部分，而纵向可分为三个层次，即客体世界、逻辑世界及物理世

11、界。1数据横向组成数据横向组成1）数据结构（1）数据的逻辑结构（2）数据的物理结构2）数据值数据的结构反映了数据内在、本质的性质，它具有相对的稳定性，而数据的值则可因不同时间、地点及条件而有所不同，因此具有可变性与灵活性。例如，教师与学生间的师生关系是一种稳定的数据结构，而它的值则可因不同学校、不同学期及不同专业而有所不同。第二章第二章2数据纵向层次数据纵向层次从纵向看，数据有三个层次的世界，它反映了数据的不同深度的内涵。从纵向看，数据有三个层次的世界，它反映了数据的不同深度的内涵。图2.6 数据三个层次与两个部分组成表示第二章第二章v2.1数据的基本知识2.1.1数据的概念2.1.2数据组成

12、2.1.3数据元素与数据单元2.1.4数据运算2.1.5数据约束2.1.6扩充的数据单元第二章第二章v1数据元素数据元素（dataelement）是数据使用的基本单位基本单位。一个数据元素由数据元素名、数据元素结构及数据元素值三部分组成。v2数据对象数据对象（dataobject）是命名的数据元素集。v3数据结构基本数据结构基于图论的数据结构v4.数据单元进一步定义另一种数据使用的单位，即数据单元（dataunit）。一个数据对象及建立在该对象上的数据结构并赋予一个名字后称为数据单元。第二章第二章v2.1数据的基本知识2.1.1数据的概念2.1.2数据组成2.1.3数据元素与数据单元2.1.4

13、数据运算2.1.5数据约束2.1.6扩充的数据单元第二章第二章2.1.4数据运算数据元素与数据单元为数据使用提供了基本单位，而数据使用是通过数据运算实现的。第二章第二章针对每个数据元素均有的操作称公共操作，又分为以下两种：v（1）数据值的操作定位操作：主要用于确定数据元素在数据结构中的位置，为后续操作提供定位服务。读操作：主要用于读取数据中满足一定条件的数据元素中的值，也可称为查询操作。添加操作：主要用于在指定数据中添加数据的值，也可称为插入操作。删除操作：主要用于删除指定数据元素中的数据的值。修改操作：主要用于修改指定数据元素中的数据的值。v（2）数据结构的操作创建结构：用于建立一个满足要求

14、的结构。删除结构：用于删除一个已创建的结构。修改结构：用于修改一个已创建的结构。查询结构：用于查询指定结构的规则的参数，如线性表的结点数、树的高度等。第二章第二章v2.1.5数据约束数据是客观世界中事物的抽象，它处于客观世界错综复杂的现象中，受环境的制约与约束，因此任何数据都受制于环境，称数据约束。具体说来可以有以下几种：1数据值的约束数据值的约束表示数据元素中数据值自身及值之间的语法、语义约束。例2.13在表2.8所示的“职工”数据元素中，职工年龄的值一般限制在1860之间；职工工资与其职务、工龄有关，即工龄长、职务高者工资必高。第二章第二章v2数据域的约束数据域的约束即对数据对象的约束，如

15、数据对象中数据元素量的约束与性质约束等。例2.14建立在表2.9上的职工名单是一个数据对象，它在量上受单位编制约束，如某企业职工人数不得突破300人。3数据结构的约束数据间有一定结构关联，此外，还受外界环境约束称数据结构约束。例2.15行政机构中上下级关系所组成的树结构，它的深度与宽度都是受约束的。如某机关，其部门设置不得超过五个，领导层次不得超过三层。4数据操作的约束不同数据单元有不同操作，这些操作是受约束的，称数据操作约束。5数据其他的约束除了上面四种约束外，数据还可以有其他类型的约束，如Web页面中数据展示的形式约束、数据图像表示中的点阵约束等。第二章第二章v2.1.6扩充的数据单元图2

16、.9 数据单元的6个概念层次组织图第二章第二章v第2章数据及数据理论的基础概念2.1数据的基本知识2.2数据组织2.3数据库系统基本概念第二章第二章目前常用的有四种数据组织，分别是：基本数据组织、文件组织、数据库组织以及Web数据组织等。它们基本上能满足应用对数据的不同需求，而每种数据组织一般仅针对某一类型的应用需求。2.2.1数据组织分类1依赖型数据组织2独立型数据组织3半独立型数据组织4超独立型数据组织第二章第二章2.2.2数据组织发展简史1数据组织发展第一阶段初级阶段（20世纪4050年代）2数据组织发展的第二阶段文件阶段（20世纪5060年代）3数据组织发展的第三阶段数据库阶段（20世

17、纪6090年代）4数据组织发展的第四阶段Web应用阶段（20世纪90年代至今）第二章第二章v第2章数据及数据理论的基础概念2.1数据的基本知识2.2数据组织2.3数据库系统基本概念第二章第二章v2.3数据库系统基本概念2.3.1数据库系统基本面貌2.3.2数据库系统组成2.3.3数据库应用系统介绍第二章第二章v2.3.1数据库系统基本面貌数据库系统基本面貌作为数据组织，数据库系统中的数据具有共享性、海量性及持久性。为管理好这些数据，对数据组织有一定的要求，也可以说，数据特性决定了数数据特性决定了数据组织据组织。它们是：1数据共享2海量数据3持久性数据第二章第二章v2.3.2数据库系统组成数据库

18、系统组成数据库系统一般可由下面几个部分组成：1数据库2数据管理4数据库系统3数据库用户第二章第二章2.3.3数据库应用系统介绍数据库应用系统介绍数据库系统是为应用服务的，数据库系统与应用的结合数据库系统与应用的结合组成了数据库应用系统。组成了数据库应用系统。1数据处理数据库系统的应用领域是数据处理。2数据处理环境在数据处理中，用户使用数据是通过数据库系统实现的，而这种使用是在一定环境下进行的。目前一共有以下几种环境：（1）单机集成环境（2）网络环境（3）互联网环境第二章第二章3数据交换方式数据库是一种独立的数据组织，在数据处理中，多种用户访问它时必须有多个访问接口，这种接口可因不同环境、不同编

19、程方式而有所不同，称为数据交换方式。目前一般有五种交换方式，它们是单机集成环境中的人机直接交互方式、嵌入式方式及自含式方式，网络中的调用层接口方式以及互联网中的Web方式等，我们将在第4章中对它们作详细介绍。4数据库应用系统在数据处理中开发应用系统需做两件事，首先是生成数据库，其次是根据不同环境、不同用户采用不同数据交换方式编写应用程序。第二章第二章5数据库应用系统组成由上述介绍可知，数据库应用系统由如下几个部分组成：数据库系统；数据处理语言编译系统；（和是数据库应用系统的开发工具与平台）已生成的数据库；应用程序。（和是数据库应用系统的生成内容）第二章第二章6数据库应用系统开发数据库应用系统的

20、开发流程第二章第二章v数据库应用系统开发中的相关人员数据库设计员负责数据库设计；数据库管理员负责数据库生成与数据库运行维护；数据库程序员负责数据库编程。数据库应用主要体现在对数据库应用系统的开发上。这种开发数据库应用主要体现在对数据库应用系统的开发上。这种开发包括的内容是数据库设计、数据库生成、数据库编程及数据库运行维包括的内容是数据库设计、数据库生成、数据库编程及数据库运行维护。它们以数据库管理系统及数据库语言为工具，必须参与的人员是护。它们以数据库管理系统及数据库语言为工具，必须参与的人员是数据库设计员、数据库管理员及数据库程序员。数据库设计员、数据库管理员及数据库程序员。第二章第二章v第

21、3章数据模型293.1数据模型的基本概念3.2数据模型的四个世界3.3数据库的现实世界3.4概念世界与概念模型3.5信息世界与逻辑模型3.6计算机世界与物理模型第三章第三章数据模型描述数据的结构、定义在结构上的操数据模型描述数据的结构、定义在结构上的操纵以及约束条件。纵以及约束条件。3.1.1数据模型的三个层次数据模型按不同的层次分成三种类型v1.概念数据模型较为有名的概念模型有E-R模型、扩充的E-R模型、面向对象模型及谓词模型等。v2.逻辑数据模型较为成熟并被人们大量使用的有：层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型、谓词模型及对象关系模型等。v3.物理数据模型物理数据模型又称物理模型，

22、它是一种面向计算机物理表示的模型。物理模型给出了数据模型在计算机上物理结构与物理实现的表示。第三章第三章3.1.2数据模型的三项内容（1）数据结构数据结构（数据模式）为核心（2）数据操纵。数据模型中的数据操纵主要是建立在数据结构上对数据值的操作。（3）数据约束。数据模型中的数据约束主要描述数据结构中数据间的制约与依存关系以及数据动态变化的规则，以保证数据的正确、有效与相容。第三章第三章v第3章数据模型293.1数据模型的基本概念3.2数据模型的四个世界3.3数据库的现实世界3.4概念世界与概念模型3.5信息世界与逻辑模型3.6计算机世界与物理模型第三章第三章v3.2数据模型的四个世界数据模型的

23、四个世界数据模型可以将复杂的现实世界要求反映到数据库中的物理世界，这种反映是一个逐步转化的过程，它分为四个阶段，称为四个世界。由现实世界开始，经历概念世界、信息世界而至计算机世界，从而完由现实世界开始，经历概念世界、信息世界而至计算机世界，从而完成整个转化。成整个转化。由现实世界开始每到达一个新的世界都是一次质的飞跃和提高。第三章第三章v3.3数据库的现实世界数据库的现实世界现实世界是产生数据模型的物质基础。问题求解的对象（即问题对象）是事物，必须对事物作研究：事物是由其特性所组成的；事物间是有联系的，它们组成了规则；事物是处于不断变化中的；事物处于客观世界的特定环境中，受环境所制约的。第三章

24、第三章v3.4概念世界与概念模型概念世界与概念模型概念世界是一个抽象的、概念化的世界，概念世界一般用概念模型表示。概念模型目前常用的有E-R模型、扩充E-R模型、面向对象模型和谓词模型等四种。第三章第三章vE-R模型（Entity-Relationshipmodel）又称实体联系模型，它于1976年由PeterChen首先提出，这是一种概念化的模型，它将现实世界中的问题对象转化成实体、联系、属性等几个基本概念以及它们间的两种基本关系，并且用一种较为简单的图表示，叫做E-R图（Entity-Relationshipdiagram）第三章第三章v1E-R模型的基本概念1）实体（entity）2）属

25、性（attribute）3）联系（relationship）第三章第三章v两个实体集间的联系存在函数关系，它可有下面几种：v一一对应（onetoone）：这种函数关系是常见的函数关系之一，它可以记为1 1。如学校与校长间的联系，一个学校与一个校长间相互一一对应。v一多对应（onetomany）或多一对应（manytoone）：这两种函数关系实际上是同一种类型，它们可以记为1 m或m 1。如学生与其宿舍房间的联系是多一对应函数关系（反之，则为一多对应函数关系），即多个学生对应一个房间。v多多对应（manytomany）：这是一种较为复杂的函数关系，可记为m n。如教师与学生这两个实体集间的教学联

26、系是多多对应函数关系。因为一个教师可以教授多个学生，而一个学生又可以受教于多个教师。第三章第三章v2E-R模型的图示法（见课本3.4详解）第三章第三章v3.5信息世界与逻辑模型3.5.1概述3.5.2关系模型概述3.5.3关系模型介绍第三章第三章v由于数据库系统不同的实现手段与方法，因此逻辑模型的种类很多，目前常用的有层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型、对象关系模型及谓词模型等。第三章第三章v3.5.2关系模型概述关系模型（relationalmodel）的基本数据结构是二维表，简称表（table）v3.5.3关系模型介绍关系是一种数学理论，在研究逻辑数据模型中运用了关系理论所得到的一

27、种模型称关系模型。关系模型由关系、关系操纵及关系约束等三部分组成。1.关系关系（1）表第三章第三章二维表一般满足下面7个性质：二维表中元组个数是有限的元组个数有限性；元组个数有限性；二维表中元组均不相同元组的唯一性；元组的唯一性；二维表中元组的次序可以任意交换元组的次序无元组的次序无关性；关性；二维表中元组的分量是不可分割的基本数据项元元组分量的原子性；组分量的原子性；二维表中属性名各不相同属性名唯一性；属性名唯一性；二维表中属性与次序无关属性的次序无关性（但属性的次序无关性（但次序一经确定则不能更改）；次序一经确定则不能更改）；二维表中属性列中分量具有与该属性相同值域分分量值域的同一性。量值

28、域的同一性。第三章第三章（3）键键是关系模型中的一个重要概念，它具有标识元组、建立元组间联系等重要作用。键（key）：在关系中凡能唯一最小标识元组的属性集称为该关系的键。候选键（candidate key）：关系中可能有若干个键，它们称为该关系的候选键。主键（primary key）：从关系的所有候选键中选取一个作为用户使用的键称为主键。一般主键也简称键。外键（foreign key）：关系A中的某属性集是另一关系B的键，则称该属性集为A的外键。关系中一定有键，因为如果关系中所有属性子集均不是键，则至少关系中属性全体必为键，因此也一定有主键。第三章第三章v（4）关系与ER模型关系的结构简单，但

29、它的表示范围广，E-R模型中的属性、实体、实体集及联系均分别可用关系中的属性、元组及关系表示。第三章第三章2.关系操纵关系操纵关系模型的数据操纵即建立在关系上的一些操作，如查询、删除、插入及修改等操作。第三章第三章3.关系中的数据约束关系中的数据约束关系模型允许有多类数据约束，它可分为两类共5种：第一类：静态约束一是数据模型中有关数据结构的约束。它有五种：（1）域约束域约束是关系中属性域的约束。（2）域间约束域间约束是（多个）关系中属性间值的约束。（3）键约束。由于键的重要性，需对它设置约束。（4）引用约束由于外键的重要性，它在关系的关联中起到了引领作用，需对它设置约束。（5）安全性约束安全性

30、约束是一种具有安全语义的特殊约束。第二类：动态约束，它有三种：（1）并发控制（2）故障恢复（3）一致性控制第三章第三章v3.6计算机世界与物理模型3.6.1数据库的物理存储介质3.6.2磁盘存储器及其操作3.6.3文件系统3.6.4数据库物理结构第三章第三章v3.6计算机世界与物理模型计算机世界与物理模型计算机世界是计算机系统与相应的操作系统的总称。在概念世界与信息世界所表示问题对象的概念、方法等最终均用计算机世界所提供的手段和方法实现。计算机世界一般用物理模型表示。物理模型（主要是物理模式）是指计算机系统的物理存储介质（特别是磁盘组织）、操作系统中的文件以及数据库物理结构三个层次。它可用图3

31、.13表示。图3.13 数据库物理模型的三个层次第三章v3.6.1数据库的物理存储介质与数据库有关的物理存储介质是由主存储器、磁盘存储器及磁带存储器等三个部分组成，而以磁盘存储器为主v3.6.2磁盘存储器及其操作1.磁盘存储器结构2.磁盘存储器的结构与操作第三章第三章v3.6.3文件系统文件系统是建立在磁盘之上的，它是数据库结构中数据的支撑实体，即数据库结构都按文件方式组织。目前，文件系统由操作系统管理，部分系统中的文件由数据库系统直接管理。v3.6.4数据库物理结构数据库存储空间组织在数据库中，数据存储空间组织统一由DBMS管理，它包括系统区和数据区，其中系统区有数据字典、日志信息等，而数据

32、区则由数据主体、相应联系信息与存取路径信息组成。第三章第三章图3.15 数据存储空间结构图第第4章章v第4章数据管理基础关系数据库管理系统与数据库管理员4.1 关系数据库管理系统关系数据库管理系统4.2关系数据库管理系统标准语言SQL4.3数据库管理与数据库管理员数据管理包括两大部分与三个分支：数据库管理系统软件；数据库语言工具；数据库管理员人员。第第4章章数据管理基础数据管理基础第第4章章v4.1关系数据库管理系统4.1.1关系数据库管理系统基本组成4.1.2数据定义功能4.1.3数据操纵功能4.1.4数据控制功能4.1.5数据交换功能4.1.6数据服务第第4章章v数据库管理系统是管理数据库

33、的一种软件，目前最为流行的是关系模型数据库管理系统简称关系数据库管理系统（RelationalDataBaseManagementSystem，RDBMS）v4.1.1关系数据库管理系统基本组成v关系数据库管理系统由五部分内容所组成，包括数据定义、数据操纵、数据控制、数据交图4.1RDBMS组成结构图第第4章章图4.1 RDBMS组成结构图v4.1.2数据定义功能关系数据库管理系统可以定义关系数据库的数据模式称数据定义（datadefinition）功能。它包括构造关系数据库以及基表、视图与物理数据库等图4.2 数据定义示意图第第4章章v4.1.3数据操纵功能关系数据库管理系统的数据操纵（da

34、tamanipulation）功能是对其中的基表、视图的数据进行查询、删除、插入及修改的操作功能。1数据查询用户可以查询关系数据库基表中的数据，包括一个表内的查询以及多个表的查询。2.数据删除数据删除的基本单位是元组，其功能是将指定表内的指定元组删除3.数据插入在指定表中插入一个或多个元组4.数据修改数据修改是在一个表中修改指定的元组或列值第第4章章v4.1关系数据库管理系统4.1.1关系数据库管理系统基本组成4.1.2数据定义功能4.1.3数据操纵功能4.1.4数据控制功能4.1.5数据交换功能4.1.6数据服务v4.1.4数据控制功能数据库管理系统的数据控制包括安全性控制、完整性控制、事务

35、、并发控制及故障恢复等五个部分。下面分别介绍1安全性控制安全性控制所谓数据库安全性控制（securitycontrol）即保证对数据保证对数据库的正确访问与防止对数据库的非法访问库的正确访问与防止对数据库的非法访问（1）身份标识与鉴别（identificationandauthentication）（2）自主访问控制（DiscretionaryAccessControl，DAC）（3）审计（audit）v2完整性控制完整性控制1、完整性控制（integritycontrol）指的是数据库中数据正确性的维护（1）实体完整性规则(entityintegrityrule)这条规则要求基表上的主键属性

36、值不能为空值。（2）参照完整性规则（referenceintegrityrule）这条规则也是完整性中的基本规则，它表示不允许外键的值引用不存在的元组（3）域完整性规则（domainintegrityrule）（4）用户定义的完整性规则（userdefinedintegrityrule）2、完整性控制的功能（1）设置功能：须设置完整性规则（又称完整性约束条件），由系统或用户设置。（2）检查功能：必须有能力检查数据库中数据是否有违反完整性规则的现象出现。（3）处理功能：在出现有违反完整性规则的现象时须有即时处理能力。v3、触发器触发器（trigger）是近年来在数据库中使用较多的一种手段，它起因

37、于完整性控制，但目前已远远超出此范围。触发器一般由触发事件、触发动作与结果过程三部分组成，其中触发事件给出了触发条件，而结果过程是一个处理程序。触发条件一旦出现，触发器立刻启动触发动作，调用相应的结果过程对触发事件进行处理。v3.动态控制概述动态控制概述数据库程序运行时共享所带来的错误一般有三种：（1）不一致性（2）并发执行（3）计算机故障上述三种错误是可以防止与排除的：数据库的不一致性可以通过事务事务予以排除，并发执行所引发的破坏可通过并发控制并发控制予以排除，计算机故障所引发的破坏可通过故障恢复故障恢复予以排除。v4.事务事务1）事务的起由）事务的起由例4.4设有公司甲与公司乙，乙因资金短

38、缺周转不灵，向甲请求临时借款人民币5万元。经研究后甲同意出借。设它们分别在工商银行有账户余额为：A=200000元与B=3000元人民币，此时其应用P的操作可描述如下：Read(A)；A:=A50000；Write(A)；Read(B)；B:=B+50000；Write(B)；Stop。在执行应用P前A200000，B3000，其银行总账户余额为AB2000003000203000元，在上述操作执行完成后，A与B分别为：A150000B53000如果在执行时出现有非正常中止，会产生什么样的结果呢？在例4.5中如P执行流程至时有另一应用Q并发进入并中断了P的执行，此为P非正常中止。应用Q是银行收

39、支日报表，Q的执行结果是收支产生错误并导致了银行资金损失5万元。v这个例子告诉我们，数据库程序必须分割成若干个具有一致性、完整的操作序列单位，它要么全做，要么全不做，不允许出现非正常的中止。它是一个不可分割的、基本操作单位，它称为事务（事务（transaction）。v2）事务的概念）事务的概念（1）事务的性质原子性：事务是应用程序中的一个基本执行单位。一个事务内的所有数据库操作是不可分割的操作序列，这些操作要么全执行，要么全不执行。一致性：事务执行的结果将使数据库由一种一致性到达了另一种新的一致性。这两个性质保证了事务最基本的要求。隔离性：在多个事务并发执行时，事务要存取数据库中共享数据，因

40、此事务在执行期间会相互干扰。而事务隔离性表示，这种相互干扰不应存在，多个事务执行中，如同在单用户环境下执行一样。持久性：一个事务一旦完成其全部操作后，它对数据库的所有更新，将永久地反映在数据库中。不管以后发生的任何操作（包括故障在内），不应对保留这个事务执行的结果有任何影响（2）事务活动事务活动一般由四个部分内容组成，它们分别是：事务起始点：表示事务活动的开始。事务执行：表示事务的活动过程。事务正常结束点：表示事务活动的正常结束。事务非正常结束点：表示事务活动的非正常结束。（3）标志事务活动的三条事务语句事务是一种语义概念，在数据库应用编程时必须由程序员编写事务语句以控制事务活动。事务活动中一

41、般由三条事务语句控制，它们是置事务语句（SETTRANSACTION），事务提交语句（COMMIT）及事务回滚语句（ROLLBACK）。例4.5例4.4所示的应用程序P组成一个事务。在程序起始端为该事务的起始点，可标以SETTRANSACTION。该事务有一个正常结束点它可标以COMMIT。这样，应用程序P就改写成为一个事务如下：SETTRANSACTION；Read(A)；A:=A50000；Write(A)；Read(B)；B:=B+50000；Write(B)；COMMIT。3）事务的重要性）事务的重要性忽视的结果可能会带来严重的后果。下面对其进行分析。（1）脏数据（3）数据库故障（2）

42、数据现场破坏5.并发控制并发控制在数据库中多个应用以事务为单位一般通过操作系统并发执行。1）事务的并发执行）事务的并发执行多个事务按操作系统调度策略并行执行，此种执行称为并发执行。它的执行效率高，但不能保证事务ACID性质，因此事务执行一般不能采用此方法，但可有两种变通方法。v串行执行：以事务为单位，多个事务依次顺序执行，此种执行称为（事务）串行执行。这种方法能保证事务的ACID性质，能保证事务的正确执行。因此一般情况下事务执行只能采用此方法。但是它执行效率太低，因此不是一种理想的方法。v并发执行的可串行化：是否存在有一种技术，它既能并发执行（即效率高），又能保证事务正确执行（即满足ACID）

43、，亦即在并发执行时像串行执行时一样（正确），这种技术是有的，它称为并发控制并发控制（concurretcontrol）技术。而此种执行称为并发事务的可串行化（serializability）。此种执行方法既能保证执行的高效率，又能保证事务ACID性质。v2）并发控制技术介绍）并发控制技术介绍例4.7民航订票问题。这是一个著名的并发控制例子。设有两个民航售票点，它们按下面事务T执行订票操作。事务T：SETTRANSACTIONReady/*y为数据库中机票余额*/yy-1/*卖出一张机票并修改余额*/WriteyCOMMIT在一般情况下，两个售票点分别按事务T执行进程T1与T2，如图4.7所示。

44、这是一种事务串行执行方法，因此执行正确性是得到保证的。接着，再看一个订票操作如下：（1）A售票点执行订票程序T1，通过网络在数据库中读出某航班机票余额为y=2。（2）B售票点执行订票程序T2，通过网络在数据库中也读出同一航班机票余额为y=2。（3）A售票点执行订票程序T1，卖出一张机票并修改余额y=y-1，即y=1并写回数据。（4）B售票点执行订票程序T2，卖出一张机票并修改余额y=y-1，即y=1并写回数据。在订票结束后发现，在数据库中余额为2张票，卖出了2张后还余1张票，这样就产生了错误。其具体执行过程如图4.8所示。v这是多个应用并发执行且又不作任何控制所引发的错误。原因是数据库数据数据

45、库数据y是一种共享数据是一种共享数据，T1与T2都能对它进行操作，而当T1执行中断T2开始执行后，T2对共享数据y作了修改，破坏了T1的数据现场数据现场，从而使得一旦T1重新执行，现场无法得到恢复，因此出现了错误。这是由事务并发执行不当，造成现场破坏而引起的错误。这违反了事务的隔离性。v但如何保证执行中数据库数据相互隔离呢？这就需要引入封锁机制封锁机制（locking）v所谓“封锁封锁”，就是事务对某些数据对象的操作实行某种专有的控制，在事务T需要对某些数据进行操作时，它必须提出申请，并对其加锁，在成功加锁后，即具有对此数据的操作权限与控制权限v一事务对数据A做操作前必须申请加锁，如此时A正被

46、他事务加锁，则申请不成功，必须等待，直至其他事务将锁释放后，才能加锁成功并执行操作，在对A操作完成后必须释放锁，此种事务称为合式（合式（wellformed）事务）事务。合式事务是具有并发控制能力的事务，它为正确的并发执行提供了保证。引入封锁机制从本质上解决了事务之间并发执行的问题，此种执行方法既能保证执行的高效率，又能保证事务ACID性质。即只要在执行数据库操作前、后对所操作的数据分别增加“加锁”与“解锁”两个操作：加锁操作：LOCK（x）解锁操作：UNLOCK（x）在例4.7中，订票程序T的合式事务为WT：SETTRANSACTIONLOCK（y）Readyyy-1WriteyCOMMIT

47、UNLOCK（y）3）封锁粒度封锁粒度（granularity）即事务封锁的数据对象的大小，在关系数据库中封锁粒度一般有如下几种：属性（值）及属性（值）集;元组;表;物理页面（或物理块）；数据库。v5）死锁与活锁封锁本身带来了一些麻烦，最主要的就是由封锁引起的死锁（死锁（deadlock）与活锁（）与活锁（livelock）。所谓死锁死锁即事务间对锁的循环等待。也就是说，多个事务申请不同锁，而申请者均拥有一部分锁，而它又在等待另外事务所拥有的锁，这样相互等待，而造成它们都无法继续执行。一个典型的死锁例子如图4.10所示。在例中事务T1占有锁A，而申请锁B，事务T2占有锁B而申请锁A，这样就出现

48、了无休止地相互等待的局面。v而所谓活锁即某些事务永远处于等待状态，得不到解锁机会。解决活锁的最有效办法是采用“先来先执行”的控制策略。而解决死锁的办法目前常用的有如下几种：（1）预防法）预防法预防法即预先采用一定的操作方式，以避免死锁的出现。顺序申请法。即将封锁的对象按顺序编号，事务在申请封锁时按编号顺序（从小到大或反之）申请，这样能避免死锁发生。一次申请法。事务在执行开始时将它需要的所有锁一次申请完成，并在操作完成后一次性归还所有的锁。（2）死锁解除法）死锁解除法死锁解除法允许产生死锁，在产生后通过一定手段予以解决，常用的方法如下：定时法。对每个锁设置一个时限，当事务等待此锁超过时限后即认为

49、已产生死锁，此时调用解锁程序，以解除死锁。死锁检测法。在系统内设置一个死锁检测程序，该程序定时启动，检查系统中是否产生死锁，一旦发现产生死锁则调用解锁程序以解除死锁。6故障恢复故障恢复故障恢复亦称数据库故障恢复，它由计算机故障而导致事务非法中止且数据遭受破坏，由此须对数据库作恢复，这就是数据库故障恢复。数据库故障恢复指的是事务恢复及数据库磁盘数据破坏事务恢复及数据库磁盘数据破坏的恢复的恢复。其中事务恢复可保持事务的原子性，而数据库磁事务恢复可保持事务的原子性，而数据库磁盘数据破坏的恢复可保持事务的持久性盘数据破坏的恢复可保持事务的持久性。它一般采用三种技术：（1）数据转储数据转储用于数据库数据

50、遭受破坏的恢复。数据库数据遭受破坏的恢复。（2）日志（logging）（3）事务撤销与重做数据库故障恢复中的事务故障恢复主要使用事务撤销（UNDO）与事务重做（REDO）两种操作。第第4章章v4.1关系数据库管理系统4.1.1关系数据库管理系统基本组成4.1.2数据定义功能4.1.3数据操纵功能4.1.4数据控制功能4.1.5数据交换功能4.1.6数据服务v4.1.5数据交换功能数据交换（dataexchange）是数据库与用户间的数据交互。1数据交换模型数据交换是数据主体与数据客体间数据的交互过程。所谓数据客体即数据库，它是数据提供者，而数据主体是数据的使用者，它可以是数据处理中的应用程序（