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1、高级数据库系统,主讲：张炜哈工大数据库研究中心,2023/8/4,HIT-DBLAB,2,联系方式,地址哈工大综合楼 806室电话0451-86403492 ext.807E,2023/8/4,HIT-DBLAB,3,数据库是40年不衰的活跃研究领域,新的研究领域层出不穷国际数据库学术刊物与日俱增数据库国际学术会议方兴未艾数据库学术论文每年数以千计数据库管理系统产品丰富多彩数据库应用海阔天空,2023/8/4,HIT-DBLAB,4,目标,更好的理解和使用目前的商用数据库Oracle,SQL Server,MySQL,etc新的应用需要设计和实现新的数据库管理系统gmail,2023/8/4,
2、HIT-DBLAB,5,目标,学习数据库系统的内部实现怎样使数据库系统运行得更快、更安全从不同的系统级别上理解什么将影响数据库应用的性能了解数据库技术新发展,2023/8/4,HIT-DBLAB,6,课程内容,36学时第一部分：基本概念回顾数据库系统概念关系模型第二部分：数据库系统实现技术数据存储查询处理与优化事务管理与并发控制,2023/8/4,HIT-DBLAB,7,学时与参考教材,学时：36学时先修课：数据库系统导论，数据结构参考教材：1、Hector Garcia-Molina,Jeffrey D.Ullman,Jennifer Widom.数据库系统实现2、Hector Garcia
3、-Molina,Jeffrey D.Ullman,Jennifer Widom.数据库系统全书，岳丽华等译，机械工业出版社，2003.103、李建中、王珊编著 数据库系统原理，电子工业出版社,2023/8/4,HIT-DBLAB,8,第一部分 基本概念回顾,数据库系统简介关系模型数据库系统结构,2023/8/4,HIT-DBLAB,9,第一章：数据库系统简介,数据库系统数据库模式数据模型数据库系统结构,2023/8/4,HIT-DBLAB,10,数据库系统概念,数据库数据库是具有一定结构的、互相之间有一定联系的数据的有序集合。具有逻辑关系和确定意义的数据集合为了访问和修改而组织的、在长时期内保
4、存的数据集合针对明确的应用目标而设计、建立和加载的表示了现实世界的某些方面由DBMS统一管理，多用户共享,2023/8/4,HIT-DBLAB,11,数据库系统概念,数据库管理系统DBMSDBMS是一个通用的软件系统，由一组系统程序构成，负责数据库的定义、管理、使用及操作维护。系统软件对数据库进行统一管理和控制数据库系统数据库系统是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便用户访问的计算机软、硬件和数据资源组成的系统，它包括DB、DBA、DBMS等。即带有数据库的整个计算机系统，包括硬件、软件、数据、人员,2023/8/4,HIT-DBLAB,12,数据库系统的特点,面向全组织的复杂的数据结构
5、支持全企业的应用而不是某一个应用数据反映了客观事物间的本质联系，而不是着眼于面向某个应用，是有结构的数据。这是数据库系统的主要特征之一，与文件系统的根本差别。文件系统只是记录的内部有结构，一个文件的记录之间是个线性序列，记录之间无联系,2023/8/4,HIT-DBLAB,13,数据库系统的特点,数据的冗余度小，易扩充数据面向整个系统，而不是面向某一应用，数据集中管理，数据共享，因此冗余度小节省存储空间，减少存取时间，且可避免数据之间的不相容性和不一致性每个应用选用数据库的一个子集，只要重新选取不同子集或者加上一小部分数据，就可以满足新的应用要求，这就是易扩充性,2023/8/4,HIT-DB
6、LAB,14,学号,姓名,性别,系别,年龄,住址,出身,学位,学分,补贴,教务处,后勤处,学工部,财务处,数据库系统的特点,2023/8/4,HIT-DBLAB,15,数据库系统的特点,具有较高的数据和程序的独立性把数据库的定义和描述从应用程序中分离出去数据描述是分级的（全局逻辑、局部逻辑、存储）数据的存取由系统管理，用户不必考虑存取路径等细节，从而简化了应用程序,2023/8/4,HIT-DBLAB,16,数据库系统的特点,统一的数据控制功能，数据共享程度高数据的安全性控制（Security）保护数据以防止不合法的使用所造成的数据泄露和破坏措施：用户标识与鉴定，存取控制数据的完整性控制（In
7、tegrity）数据的正确性、有效性、相容性措施：完整性约束条件定义和检查并发控制（Concurrency）对多用户的并发操作加以控制、协调，防止其互相干扰而得到错误的结果并使数据库完整性遭到破坏措施：封锁,2023/8/4,HIT-DBLAB,17,数据库模式,模式对以格式化形式组织的数据库的描述和规定的信息集合数据的抽象，数据的描述,2023/8/4,HIT-DBLAB,18,数据库模式,模式的分级为了提高数据的物理独立性和逻辑独立性，使数据库的用户观点，即用户看到的数据库，与数据库的物理方面，即实际存储的数据库区分开来，数据库系统的模式是分级的数据库系统三级模式结构CODASYL（Con
8、ference On Data System Language,美国数据系统语言协商会）提出模式、外模式、存储模式三级模式的概念。三级模式之间有两级映象,2023/8/4,HIT-DBLAB,19,数据库模式,视图抽象 外模式(Sub-Schema)用户的数据视图是数据的局部逻辑结构，模式的子集概念抽象 概念模式(Schema)所有用户的公共数据视图是数据库中全体数据的全局逻辑结构和特性的描述物理抽象 内模式(Storage Schema)又称存储模式是数据的物理结构及存储方式,2023/8/4,HIT-DBLAB,20,数据库模式,数据库,内模式,概念模式,外模式2,外模式3,外模式1,应用
9、A,应用B,应用C,应用D,应用E,外模式/概念模式映象逻辑数据独立性,概念模式/内模式映象物理数据独立性,2023/8/4,HIT-DBLAB,21,数据库模式,外模式/概念模式映象定义某一个外模式和概念模式之间的对应关系，映象定义通常包含在各外模式中当概念模式改变时，修改外模式/概念模式映象，使外模式保持不变，从而应用程序可以保持不变，称为数据的逻辑独立性概念模式/内模式映象定义数据逻辑结构与存储结构之间的对应关系存储结构改变时，修改概念模式/内模式映象，使概念模式保持不变，从而应用程序可以保持不变，称为数据的物理独立性,2023/8/4,HIT-DBLAB,22,数据库模式,S(S#,S
10、NAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DEGREE),S(S#,SNAME,ADDRESS),教务处,S(S#,SNAME,CREDIT),后勤处,视图,视图,模式,2023/8/4,HIT-DBLAB,23,数据库模式,B(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT),S(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DEGREE),S(S#,SNAME,ADDRESS),教务处,S(S#,SNAME,CREDIT),后勤处,M(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DISSERTATION),视图,视图,视图
11、,模式,模式,2023/8/4,HIT-DBLAB,24,数据模型,数据抽象数据模型定义概念数据模型结构数据模型示例,2023/8/4,HIT-DBLAB,25,数据抽象,第一级抽象,现实世界,信息世界 概念模型,机器世界 数据模型,第二级抽象,事物个体实体记录事物总体实体集文件特征属性字段事物间联系实体模型数据模型,认识抽象,转换,2023/8/4,HIT-DBLAB,26,数据模型定义,概念数据模型按用户的观点来对数据和信息建模用于组织信息世界的概念，表现从现实世界中抽象出来的事物以及它们之间的联系这类模型强调其语义表达能力，概念简单、清晰，易于用户理解它是现实世界到信息世界的抽象，是用户
12、与数据库设计人员之间进行交流的语言如E-R模型,2023/8/4,HIT-DBLAB,27,数据模型定义,结构数据模型从计算机实现的观点来对数据建模是信息世界中的概念和联系在计算机世界中的表示方法一般有严格的形式化定义，以便于在计算机上实现如层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型,2023/8/4,HIT-DBLAB,28,概念数据模型E/R,2023/8/4,HIT-DBLAB,29,结构数据模型示例关系模型,学生人事记录表,关系名,关系,元组(行),属性(列),主码,男女,域,分量,关系模式：学生（学号、姓名、性别、年龄、籍贯）,属性名,用二维表来表示实体及其相互联系,2023/8/4
13、,HIT-DBLAB,30,结构数据模型示例关系模型,优点简单，表的概念直观、单一，用户易理解非过程化的数据请求，数据请求可以不指明路径数据独立性，用户只需提出“做什么”，无须说明“怎么做”坚实的理论基础,2023/8/4,HIT-DBLAB,31,数据库系统的软硬件层次,2023/8/4,HIT-DBLAB,32,DBMS的层次结构,2023/8/4,HIT-DBLAB,33,DBMS的主要功能,数据库运行管理并发控制、存取控制、完整性约束条件检查和执行，日志组织和管理，事务管理和自动恢复数据组织、存储和管理用户数据、索引、数据字典的组织、存储和管理，包括文件结构、存取方式、数据之间联系的实现等数据库的建立和维护功能数据的装入、转换、卸出，数据库的转储、恢复、性能监视和分析等,2023/8/4,HIT-DBLAB,34,索引,数据文件,统计数据,数据字典,事务管理器,应用程序目标代码,嵌入式DML预编译器,DML编译器,DDL解释器,查询执行引擎,应用界面,应用程序,查询,数据库模式,初级用户,程序设计人员,熟练用户,数据库管理员,数据库管理系统,查询处理器,存储管理器,用户,索引/文件/记录管理器,缓冲区管理器,磁盘存储器,数据库系统结构,日志与恢复,
