《数据库系统概念》2-存储、事务等的简介

 

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1、关系型数据库简介
a)DML
SQL语言是非过程的，一次查询中，能够输入多张表，但结果只是一张表。好比
select instructor.name
from instructor
where instructor.dept_name=’history’，
查询语句定义了要查找dept_name列为history的数据，并显示name列，执行后获得的是一张表，只有一个name列，每一个符合dept_name=’history’筛选条件的数据做为一行。
b) DDL
DDL能够定义表、约束、断言等，好比有以下建立表的语句：
create table department(
dept_name char(20),
building char(15),
budget numeric(12,2));
建立了表department和它的列，并指定了各列的数据类型。DDL语句会同时更新数据字典。

c) 从应用程序访问数据库
SQL语句没有通用的图灵机那么强大，有不少计算是SQL没法作到的，好比接收用户输入、显示内容、网络通信等，这些功能必须使用像c、c++等宿主(host)语言来实现，而后在程序中嵌入SQL语言来访问数据库。
从应用程序访问数据库有两种方式：
提供应用程序接口来传递DML、DDL，而后取回结果。好比c语言的ODBC、java的JDBC等；
在应用程序中使用DML预编译器，而后经过扩展宿主语言的语法来嵌入DML调用。

2、数据库设计
需求分析阶段、概念设计阶段和实现阶段。
a)在概念设计阶段，要选择数据模型，将需求转化为schema，这个阶段的重点是对数据和数据关系进行描述。这个阶段要解决使用哪些(what)字段和怎样(how)组织这些字段的问题，前者是商业问题，后者才是计算机科学问题。
关于组织字段的的方式一般有两种，一种是使用E-R模型，一种是使用算法自动生成表。
这个阶段设计的schema须要知足对数据增删改查的要求，
b) 实现阶段，包括逻辑设计和物理设计两步，逻辑设计将高度抽象的概念模型转换为数据库实现，而后物理设计则解决文件的组织、存储结构等问题。
c) 很差的设计会形成信息的冗余以及缺少表达某些信息的能力：

好比这张表同时包含了教师(id,name,salary)和部门信息，history信息在两行中都有，修改history的budget时须要两行都修改；而若是咱们想增长一个部门时，就会暴露出这个设计表达能力不足的问题，由于只有先增长一个教师才能增长部门。

3、数据存储和检索
对一个数据库系统来讲，存储管理器和查询处理器是很是重要的两部分。
a) 存储管理器
数据存储在硬盘上，CPU的和内存的速度大于硬盘的读取速度，因此它须要尽量地减小数据在硬盘与内存之间的转移，并负责将DML语句翻译成物理层的命令。即存储管理器负责数据的增删改查，它包含的模块或功能有：
权限及完整性管理器：负责检查完整性约束、控制用户访问权限；
事务管理器：用于保证系统在发生故障时的一致（正确）状态，以及保证并发事物无冲突地执行；
文件管理器：负责硬盘空间的分配并管理保存在硬盘上的数据结构；
缓存管理器：负责将数据从硬盘读取到内存，并决定将哪些数据缓存到内存。缓存管理器是数据库系统的重要部分，有了缓存管理器，数据库才可以处理比内存容积大得多的数据。
存储管理器所操做的文件类型有：
数据文件：数据库自己
数据字典：对schema的描述
索引：用于提升检索效率，索引维护了一系列指向特定数据的指针

b) 查询处理器
包含多个部分：
DDL翻译器：翻译DDL指令并记录到数据字典
DML编译器：将DML语句编译成查询评估引擎能理解的低级指令。DML语句每每能够有不一样的翻译，这些翻译的执行结果相同但性能不一，DML编译器也负责查询优化，选择性能最高的翻译方式。
查询评估引擎：执行由DML编译器生成的低级指令

4、事务管理
a) 某些对数据的的操做经常会造成单一的逻辑工做单元，好比转帐，从A帐户扣款M元，而后给B帐户增长M元，这两步操做必需要么都成功，要么都失败，这样的要求也称为原子性（atomicity）；另外A、B帐户的总和在操做事务先后保持不变，这称为一致性（consistency）。事务操做必须知足原子性和一致性，在操做过程当中容许暂时地违背一致性（好比转帐，A、B帐户的增减须要过程）。
b) 一致性由开发人员来保证，而原子性由数据库自身来保证；
对于转帐操做来讲，开发人员须要合理地划分操做步骤，好比讲之分为从A帐户转出和给B帐户转入两步，若是将这两步划分为一个事务，则符合一致性，若是任何一步独立，则会违背一致性；

c) 数据库的恢复管理器负(recovery manager)负责原子性，实际应用中，事务不免会失败，这时要屏蔽失败的事务对数据库的影响（回滚到失败前的状态failure recovery）。
并发控制器（concurrency-control manager），在遇到事务须要并发执行时，没法保存操做前的状态，这时由并发控制器经过控制事务间的交互来保证一致性。
恢复管理器和并发控制器组成了事务管理器。

5、数据库结构(database architecture)
数据库的结构多种多样，好比有集中式(centralize)、服务端-客户端式、并行式(parallel)、分布式(distrubuted)等。
数据库的通用结构如图：

6、数据库的普通用户和管理员
数据库的用户能够分为普通用户(user)和管理员(administrator)
a)普通用户及对应的用户接口
依据用户指望的与数据库的交互方式能够进一步分为四类，对应有不一样的用户接口
无经验的用户(naive user)：使用事先写好的程序与数据库交互，用户接口一般为表单；
开发者：负责编写数据库交互界面；
熟练的用户(sophisticate)：好比数据分析员，使用专业的分析软件或直接写SQL来与数据库交互；
专门的用户(specialized user)，编写特殊的数据库应用的人员，好比计算机辅助设计系统、知识库、专家系统、存储复杂数据结构（声音、图像）的系统等。
b)管理员(DBA)
一般DBA能够作的操做包括：
定义schema
定义数据的存储结构和访问方式
修改schema和数据的物理组织方式
访问权限控制
平常维护，好比按期备份、确保硬盘空间充足、监控数据库高效运行等

学习资料：Database System Concepts, by Abraham Silberschatz, Henry F.Korth, S.Sudarshan