数据库系统概念 - 基本概念

本节内容

第一部分：基本概念

教材 Chapter 1: Introduction

数据库管理系统（DBMS）

数据库管理系统（DBMS）由一个相互关联的数据集合（通常称作数据库）和一组用以访问这些数据的程序组成。

DBMS 的目标：方便、高效地存储、检索数据。

DBMS 的功能：定义存储结构、提供操纵数据的方法、保证数据的安全性、并发控制。

信息：经过处理和加工提炼而用于决策或其他应用活动的数据

区别 DB DBMS DBS

• 数据库(Database,简称DB)是指：长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的大量数据集合。一个应用系统通常包含多个数据库。
• 数据库管理系统（核心）（Database Management System，简称DBMS）是位于用户（应用程序）与操作系统之间的一层数据库管理软件，DBMS是独立、开放的数据库管理软件（提供多种外部接口，管理的数据可以被其它外部应用程序调用），用于科学地组织和存储数据以及高效地获取和维护数据。
• 数据库系统（Database System，简称DBS）是指在计算机应用系统中引入数据库后的系统构成。数据库系统由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（和用户）构成。

DBS包含DB和DBMS；DBS的核心是DBMS，对于程序员来讲，DBMS提供了很大的便利，可以更加专注程序本身。DBS与普通软件系统的最大区别在于：普通软件自己管理数据及数据安全，DBS由DBMS帮我们管理数据和安全性。

使用数据库系统的目的

解决使用文件处理系统存储数据的不足：

1. 数据冗余和不一致
2. 数据访问困难
3. 数据孤立
4. 完整性问题
5. 原子性问题
6. 并发访问问题：购票系统中，同一张票多人同一时间购买，只能有一个人购买成功
7. 安全性问题：权限控制

数据视图

• 物理层（physical level）：硬盘上的记录如何存储
• 逻辑层（logical level）：数据的逻辑结构，实现了物理数据独立性
• 视图层（view level，逻辑层的子集）：隐藏了数据和类型 安全性、独立性

优点：逻辑层和视图层具有独立性：

• 物理独立性：物理结构改变，逻辑结构不受影响
• 逻辑独立性：逻辑结构改变不影响视图层

实例和模式

模式（Schemas）：数据库的逻辑结构以及之间的联系。

实例（Instances）：特定时刻在数据库中的信息的集合。

数据模型

数据模型：（对现实世界数据特征的抽象）描述数据、数据联系】数据语义、一致性约束的概念工具的集合。

分级数据抽象

• 一级：概念模型（E-R 模型 (实体-联系模型)）按用户的观点来对数据和信息建模。
• 二级：逻辑模型（关系模型、网状、层次、面向对象……）按计算机实现的观点来对数据建模。

数据库语言

SQL：结构化查询语言（声明式）

• DDL：数据定义语言，定义表的结构（创建表、视图、索引……）
• DML：数据操纵语言（更删改查）

数据库设计

需求分析 -> 概念设计 -> 逻辑设计 -> 物理设计

E-R 模型（概念设计）

• 实体：现实世界中可区别于其他对象的一件“事情”或一个“物体”。数据库中的实体通过属性来描述。
• 联系：几个实体间的关联。

规范化

减少冗余 -> 减少操作异常

数据的存储和查询

存储管理器

查询管理器

事务管理

事务：数据库应用中完成单一逻辑功能的操作集合。

原子性问题：多件事情同时发生，它们同时成功或同时失败。 All or nothing.

经典例子：银行转账，转出账户扣款和转入账户到账应同时成功或失败，即是一个事务。

• 恢复管理器：确保数据库所有事务均能够成功完成。
• 并发控制管理器：控制并发事务间的相互影响，保证一致性。

数据库体系结构

• 两层：B/S (Browser/Server)、C/S (Client/Server)
• 三层：客户机 - 应用服务器（实现业务逻辑） - 数据库