【DBMS HKUST slides1~6】数据库管理系统知识点总结

Course Outline

ER Model
Relational Model and Algebra
SQL
Functional Dependencies and Relational Database Design
Storage and File Systems
Tree and Hash Indexes
Query Processing and Implementation of Relational Operators
Query Optimization
Transactions
Concurrency Control Protocols
Database Recovery

数据库在线

schema 模式

instance 实例

DBMS：数据库管理系统

文件系统（File System）的主要弊端：

数据冗余和不一致（data redundancy and inconsistency）

数据访问困难（difficulty in accessing data）、数据孤立（data isolation）
完整性问题（integrity problem）
原子性问题（atomicity problem）
并发访问异常（concurrent-access anomaly）
安全性问题（security problem）

Data Models 数据模型：

Object-based logical models 基于对象的逻辑模型：
- Entity-Relationship Model (ER Model) 实体-联系模型
  
  提供一种方便的图形化方式来观察数据、联系和约束。

Record-based Logical Models 基于记录的逻辑模型：

Relational Model 关系模型

Other：

Network Model 网络模型

Hierarchical Model 层次模型

object-oriented model, objected-relational model …...

数据抽象的三个层次：

物理层（physical level）

概念层（逻辑层，logical level）

视图层（view level）

数据库语言

数据库定义语言（DDL）
数据操纵语言（DML）

DML中涉及信息检索的部分称作查询语言（query language）

使用数据库的人员

数据库管理员（DataBase Administrator，DBA）：对系统进行集中控制的人
数据库用户：四种类型，系统为不同类型用户设计不同类型的用户界面
1. 无经验的用户（naïve user）：通过激活事先写好的应用程序同系统交互，典型用户界面是表格界面。
2. 应用程序员（application programmer）：开发用户界面
3. 老练的用户（sophisticated user）：不通过编写程序同系统交互，而是用数据库查询语言或数据分析软件等工具表达要求。
4. 专门的用户（specialized user）：编写专门的、不适合于传统数据处理框架的数据库应用的富有经验的用户。

DBMS的结构

E-R图（实体-联系图，ER Diagram）

实体-联系模型（Entity-Relationship (ER) model）

实体（entity）

- - - 实体
    - 实体集（entity set）：相同类型（具有相同性质/属性）的一个实体集合。
      1. 弱实体集（weak entity set）：不具有足够的属性构成主码的实体集。
      2. 有主码的实体集则称作强实体集（strong entity set）。
    - 属性（attribute）
      - E-R模型中属性的分类：
        
        简单（simple）属性/复合（composite）属性：
        
        简单属性不能划分为更小的部分；
        
        复合属性可以划分为更小的部分（其他属性）。复合属性可以有层次，子属性可进一步划分。
        
        单值（single-valued）属性/多值（muti-valued）属性：
        
        单值属性对一个特定的实体都只有单独的一个值；
        
        多值属性对一个特定的实体有对应的一组值。用花括号表示属性是多值的。
        
        派生（derived）属性：可从别的相关属性或实体派生出来。
      - 码（key）：足以区分每个实体的属性集
        
        复合码（Composite Key）
        
        候选码（candidate key）—> 主码（primary key）

联系（relationship）

联系
- Recursive Relationship
约束（Constraints）
- 映射类型：
- 参与约束
  1. 如果实体集E中的每个实体都参与到联系集R的至少一个联系中，实体集E在联系集R中的参与称为全部的（total）
  2. 如果实体集E中只有部分实体参与到联系集R的联系中，实体集E到联系集R的参与称为部分的（partial）。
联系集
- 二元（binary）联系集：涉及两个实体集的联系集。dbms中的大部分联系集都是二元的。
- 非二元联系集

eg.三个实体集instructor、student和project通过联系集proj_guide相关联。

3. Class Hierarchy

关系模式Relational Model

基本术语

E-R图转换为关系模式

步骤：

Step 1 (Strong Entity Set)

Step 2 (Weak Entity Set)

Step 3 (1-to-1 Relationship)

Step 4 (1-to-many Relationship)

Step 5 (Many-to-many Relationship)

Step 6 (Non-binary Relationship)

　　关系代数 Relational Algebra

基本运算
1. 选择（select）运算：选出满足给定谓词的元组。
  
  用小写sigma(σ)表示，下标为谓词，括号中为参数关系。
2. 投影（project）运算：返回作为参数的关系，但把某些属性排除在外，所有重复行均被去除。
  
  用大写pi(Π)表示，下标为在结果中出现的属性，括号中为参数关系。
3. 并（union）运算
4. 集合差（set-difference）运算
5. 笛卡尔积（Cartesian-product）运算：将任意两个关系的信息组合在一起，结果中包含所有可能的元组对。
6. 更名（rename）运算：给关系代数表达式的结果赋上名字以供引用。
  
  用小写rho(ρ)表示。
附加运算
1. 集合交（intersection）运算 (∩)
2. 连接（join）运算 (⋈)
3. 除法（division）运算（/）

SQL

SQL：结构化查询语言

数据定义语言（Data-Definition Language, DDL）:

SQL DDL提供定义定义关系模式、删除关系以及修改关系模式的命令。

SQL数据定义

固有类型

·char(n)：固定长度（用户指定n）的字符串，等价全称character。•

存入字符串长度不够时会追加空格使其达到固定长度；

比较长度不同的char类型值时会自动在短值后追加空格使长度一致。

·varchar(n)：可变长度（用户指定最大长度n）的字符串，等价全称character varying。

Varchar类型不会增加空格。

·int：整数类型，等价全称integer。

·smallint：小整数类型。

·numeric(p, d)：精度由用户指定（加上一个符号位有p位数字，其中d位数字在小数点右边）的定点数。

·real, double precision：浮点数与双精度浮点数。

·float(n)：精度至少为n位的浮点数。

SQL也提供nvarchar类型存放使用Unicode表示的多语言数据。

每种类型都可能包含空值，表示一个缺失的值，应尽量避免加入空值。

基本模式定义
- drop table：删除关于被去掉关系的所有信息
```
drop table r; 
--删除r的所有元组以及r的模式，除非用create table重建r否则没有元组可以插入r中
```
- alter table：为已有关系增加属性（关系中在所有元组在新属性上的取值将被设为null）
```
alter table r add A D; --为关系r添加域为D的属性A
alter table r drop A; --为关系r中去掉属性A，很多数据库系统并不支持
```
  完整性约束（ICs）：破坏完整性约束的任何数据库更新将会被标记错误并禁止。
扩展运算：

数据库的修改

delete 删除

delete from r
where P;
/*P代表一个谓词，r代表一个关系。Delete语句首先从r中找出所有时P(t)为真的元组t，然后把它们从r中删除。*/

insert 插入元组
update 更新：不改变整个元组的情况下改变其部分属性的值。

视图（view）

不是逻辑模型的一部分，但作为虚关系对用户可见的关系。

定义视图：

create view v as <query expression>;
--v表示视图名，<query expression>可以是任何合法的查询表达式。

断言（assertion）

create assertion <assertion-name> check <predicate>;

1. 触发器（trigger）

2. 数据操纵语言（Data-Manipulation Language, DML）：

SQL DML包括查询语言，以及在数据库中插入元组、删除元组和修改元组的命令。

- SQL查询的基本结构（Basic SQL Query）
  
  SQL查询可包含三种类型的子句：
  
  ·select子句：用于列出查询结果中所需要的属性
  
  ·from子句：一个查询求值中需要访问的关系列表（输入）。
  
  ·where子句：一个作用在from子句汇总关系的属性上的谓词。
  
  典型SQL查询形式（各子句必须以select、from、where次序写出）：
```
select A1, A2, …, An
from r1, r2, …, rn
where P;

--Ai代表一个属性，ri代表一个关系，P为一个谓词，如果省略where子句P为true。
```
  一个SQL查询的含义可以理解为：
  
  1）为from子句列出的关系产生笛卡尔积。
  
  2）在步骤1结果上应用where子句中指定的谓词。
  
  3）对步骤2结果中的每个元组，输出select子句汇总指定的属性（或表达式的结果）。

- 算术运算（Arithmetic Operation）
- 更名运算（Rename Operation）
  
  as子句 old-name as new-name
  
  既可出现在select子句，也可出现在from子句中。
```
selectT.name, S.course_id
frominstructor asT, teaches asS --重命名关系
whereT.ID= S.ID;  
```
  重命名关系适用于需要比较同一关系中元组的情况
- 字符串运算（String Operation）
  
  like 操作符模式匹配：（大小写敏感）
  
  % 匹配任意子串
  
  _ 匹配任意一个字符

- 排列元组显示次序（Ordering the Display of Tuples）
  
  order by子句 让查询结果中元组按特定属性排序（默认升序）
  
  升序：asc
  
  降序：desc
```
//按salary降序列出整个instructor关系，如果有几位教师的工资相同，就按姓名升序排列
select*
frominstructor
orderbysalary desc, name asc;
```
- 空值（NULL value）
- 序列（Sequence）
- 分组（Group By）
  
  group by子句 用于构造分组。指定所有属性上取值相同的元组将被分在一个组中。
- 除法运算（Division）
- 集合运算（Set Operation）
  - union 并
  - intersect 交
  - except 差
- 聚集运算（Aggregate Operator）
  
  以值的一个集合（集或多重集）为输入，返回单个值

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原文地址：https://www.cnblogs.com/Ryan0v0/p/11220781.html

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文件系统（File System）的主要弊端：

Data Models 数据模型：

数据抽象的三个层次：

数据库语言

使用数据库的人员

DBMS的结构

E-R图（实体-联系图，ER Diagram）

实体-联系模型（Entity-Relationship (ER) model）

关系模式Relational Model

基本术语

E-R图转换为关系模式

关系代数 Relational Algebra

基本运算

附加运算

SQL

数据定义语言（Data-Definition Language, DDL）:

SQL数据定义

完整性约束（ICs）：破坏完整性约束的任何数据库更新将会被标记错误并禁止。

扩展运算：

数据库的修改

视图（view）

断言（assertion）

触发器（trigger）

2. 数据操纵语言（Data-Manipulation Language, DML）：

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Data Models 数据模型：

数据抽象的三个层次：

数据库语言

使用数据库的人员

DBMS的结构

E-R图（实体-联系图，ER Diagram）

实体-联系模型（Entity-Relationship (ER) model）

关系模式Relational Model

基本术语

E-R图转换为关系模式

关系代数 Relational Algebra

基本运算

附加运算

SQL

数据定义语言（Data-Definition Language, DDL）:

SQL数据定义

完整性约束（ICs）：破坏完整性约束的任何数据库更新将会被标记错误并禁止。

扩展运算：

数据库的修改

视图（view）

断言（assertion）

触发器（trigger）

2. 数据操纵语言（Data-Manipulation Language, DML）：

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