数据库系统原理 浙江大学 陈岭

3. 数据库语言、用户及体系结构

数据库语言

  • DDL数据定义语言
    • 指定一个数据库模式作为一组关系模式的定义
    • 指定存储结构，访问方法和一致性约束
    • DDL语句经过编译，得到一组储存在一个数据字典中的表，里面包含元数据metadata（包括数据库模式、数据存储结构、访问方法和约束、统计信息、授权）
  • DML数据操纵语言
    • 增删改查
    • 过程化DML（C，Pascal，Java）和声明式DML（SQL，Prolog）
      【SQL Structured Query Language结构化查询语言】
  • DCL数据控制语言
    图片说明
    • DB：具体数据库，具体形式例如文件
    • OS：操作系统
    • DBMS：数据库管理系统，提供一系列工具Tools
    • DBA：数据库管理员直接操作DBMS
    • Application programs（Embedded SQL）：基于数据库的应用系统，被普通用户使用，可以用C，C++，java等开发；也可以是web的应用，比如ASP
    • Advanced user高级用户：通过SQL和DBMS直接打交道

事务管理

  • 事务：在数据库应用中完成单一逻辑功能的操作集合
  • 要求ACID：原子性Atomicity，一致性Consistence，隔离性Isolation，持久性Durability
  • 事务管理组件：确保系统在出现故障（例如断电或操作系统宕机），或事务失败的情况下，数据库都能保持一致性
  • 并发控制管理器：控制并发事务之间的交互

数据库体系结构

  • 存储管理器：在底层数据存储与应用程序及查询之间提供接口，对数据库中的数据进行高效存储、检索与更新，包括：事务管理、授权和完整性管理、文件管理（管理文件系统与数据文件、数据字典、索引文件之间的交互）、缓存管理
  • 查询处理器：接受数据库语言输入，经过解析和翻译、优化、执行，输出相应结果给用户。由于同一操作有不同的实现算法，之间的开销差可能巨大，需要预估操作的开销以优化查询处理。
    图片说明

应用程序体系结构

  • 两层体系结构Client server：像ODBC和JDBD这样的用用程序接口标准被用于进行客户端和服务器的交互 user-application-(network)-database system
  • 三层体系结构Browser server：浏览器服务器架构，如基于web的应用程序及采用中间件构建的应用程序 user-application client-(network)-application server-database system

4.关系模型的基本概念

  • 关系数据库基于关系模型，是一个或多个关系组成的集合
  • 关系就是表，由行和列构成
  • 关系模型的主要优点：简单的数据表示，易于表示复杂的查询
  • 关系模式schema：描述关系的结构，即表头
  • 关系实例：一个关系的特定实例，即表里特定的一行
  • 如果K值能够在一个关系R中唯一地标志一个元组，则K是R的超码
  • 最小超码是候选码
  • 由用户明确定义的候选码是一个主键
  • 假设存在关系r和s，r(A,B,C), s(B,D)，则在关系r上的属性B称作参照s的外码，r也称为外码依赖的参照关系，s叫做外码被参照关系
  • 参照关系中外码的值必须在被参照关系中实际存在或者为null（参照完整性的检查）

5. 关系代数和关系运算

  • 基本运算：选择、投影、并、集合差、笛卡尔积、重命名
  • 复合运算
  • 附加运算：集合交、自然连接、theta连接、除、赋值
  • 要求：
    • 并、差、交为双目等元运算；
    • 笛卡尔积、自然连接、除为双目运算；
    • 投影、选择为单运算对象；
    • 关系运算的优先级为投影选择笛卡尔积连接、除交并、差

6. 扩展预算及空值

  • 广义投影：允许投影列表中使用算数函数对投影操作进行扩展
  • 聚集函数aggregation：输入一个值集合，返回单一值作为结果
  • 外连接：连接运算的扩展，可以处理缺失信息，保留一侧关系中所有于另一侧关系的任意元组都不匹配的元组，再把产生的元组加到自然连接的结构上，使用空值。
  • 空值：
    元组的某些属性值可以是空的
    Null表示未知值或值不存在
    涉及空的任何算术表达式的结果为空
    Sql中聚集函数会忽略空值
    与空值的比较将返回一个特殊值unknown（介于true和false之间的状态）
  • 数据库修改：删除、插入、更新，都是通过赋值操作表示