《数据库系统原理与设计》万常选著知识点整理

数据库系统原理与设计
1.1数据库系统
数据管理技术经历了人工管理、文件系统和数据库管理系统3个阶段。
1.人工管理的数据是面向应用程序的。
2.文件系统阶段已经有了操作系统，有专门的软件对数据进行统一管理。
3.数据库管理阶段有数据库管理系统（DBMS），数据库管理系统是由一个相互关联的数据的集合（称为数据库）和一组用以访问、管理和控制这些数据的程序组成。DBMS是位于用户与操作系统之间的一层数据管理系统，它提供一个可以方便且高效地存取、管理和控制数据库信息的环境。
DBMS的特点：
1.数据结构化。
2.数据的共享度高，冗余度低
3.数据独立性高。数据独立是指数据的使用（即应用程序）与数据的说明（即数据的组织结构和存储方式）分离，使应用程序只考虑如何使用数据

1.2数据模型是一个描述数据结构、数据操作和数据约束的概念及其符号表示系统。

关系数据模型的优缺点：
1.关系模型建立在严格的数学概念的基础之上
2.关系模型的概念单一，数据结构简单。
3.关系模型的存取路径对用户透明，从而具有更高的数据独立性、更好的安全保密性。
缺点：由于存取路径对用户透明，查询效率往往不如非关系数据模型。为了提高性能，DBMS必须对用户的查询请求进行优化，这样就增加了开发DBMS的难度。
1.3数据库三级模式结构及两层映像

1.模式（逻辑模式）对应于逻辑层数据抽象，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。
2.外模式（子模式/用户模式）对应于视图层数据抽象，它是数据库用户（包括应用程序和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述。
3.内模式（存储模式）对应于物理层数据抽象，它是数据的物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。
4.外模式/模式映像保证了数据与应用程序的逻辑独立性（数据的逻辑独立性）。
5.模式/内模式映像：保证了数据与应用程序的物理独立性（数据的物理独立性）。
1.4数据库系统

第一章
数据库系统概论

3 SQL语言
组成部分

SQL语言的
两种使用方法

SELECT [ALL|DISTINCT]<目标列表达式>[[AS]<别名>]（DISTINT消除重复元组、AS给属性列取别名）
FROM
[WHERE<条件表达式>]
[GROUP BY<列名1>,<列名2>]分组聚合：GROUP BY 对查询结果按某一列或某几列进行分组，值相等的分为一组
[HAVING<条件表达式>]：HAVING分句对分组的结果进行选择，仅输出满足条件的组
[ORDER BY<列名表达式>[ASC|DESC]] 排序运算ASC升序，DESC降序
（WHERE条件表达式使用下列谓词运算符：
比较运算符：>,>=,<,<=,=,<>,!=; WHERE grade=2015
逻辑运算符：AND,OR,NOT; WHERE courseNo=’001’ OR courseNo=’005’ OR courseNo=’003’
范围运算符：[NOT]BETWEEN…AND; WHERE score BETWEEN 80 AND 90
集合运算符：[NOT]IN; WHERE courseNo IN(‘001’,’005’,’003’)
空值运算符：IS[NOT]null; WHERE priorCourse IS null
字符匹配运算符：[NOT]LIKE; WHERE className LIKE ‘%会计%’
存在量词运算符：[NOT]EXISTS;）
聚合查询：聚合函数

7.1数据定义语言

7.1.1数据库的定义
1.数据库的创建 CREATE DATABASE databaseName>
[ON [PRIMARY]
[FILEGROUP] ]
[LOG ON ]
2.数据库的修改 ALTER DATABASE
3.数据库的删除 DROP DATABASE databaseName>
7.1.2基本表的定义
1创建基本表
CREATE TABLE Course(
courseNo char(3) NOT NULL,
courseName varchar(30) UNIQUE NOT NULL,（UNIQUE建立唯一索引）
creditHour numeric(1) DEFAULT 0 NOT NULL,
courseHour tinyint DEFAULT 0 NOT NULL,
priorCourse char(3) NULL,
（建立命名的主码约束和匿名的外码约束）
CONSTRAINT CoursePK PRIMARY KEY (courseNo),（PRIMARY KEY:建立主码）
FOREING KEY (priorCourse) REFERENCES Course(courseNo)（FOREING KEY ：建立外码）
)
2基本表的修改
增加列 ALTER TABLE tableName>
ADD columnName> dataType>
增加约束 ALTER TABLE tableName>
ADD CONSTRAINT constraintName>
删除约束 ALTER TABLE tableName>
DROP constraintName>
修改列的数据类型 ALETR TABLE tableName>
ALTER COLUMN columnName>newDataType>
3基本表的删除
DROP TABLE TempTable
7.3视图
7.3.1创建视图
CREATE VIEW viewName>[( columnName1>[, columnName2>…])]
AS subquery>
[WITH CHECK OPTION]
viewName>:新建视图的名称，该名称在一个数据库中必须唯一；
columnName1>[, columnName2>…]：视图中定义的列名。如果列名缺省不写，则视图的列名自动取subquery>语句查询出来的列名。如果存在下列3种情况之一，则必须写视图的列名：
① subquery>查询中的某个目标列是聚合函数或表达式
② subquery>查询中出现了多表连接中名称相同的列名；
③在视图中需要为某列取新的名称更合适。
AS subquery>：子查询，不允许含有ORDER BY子句和DISTINCT短语；
[WITH CHECK OPTION]：表示在对视图进行更新（插入、删除或修改）操作时必须进行合法性检查，只有当更新操作的结果满足创建视图中谓语条件（即 subquery>子查询的条件表达式）时，该更新操作才被允许。
7.3.2查询视图
7.3.3更新视图（插入、删除DELETE、修改UPDATE）
建立视图的作用不是利用视图来更新数据库的数据，而是简化用户的查询，因此尽量不要对视图执行更新操作。
7.3.4删除视图
DROP VIEW viewName>[CASCADE]:级联删除，把该视图和由它导出的所有视图一起删除
7.1.3索引的定义
1.索引的建立
CREATE [UNIQUE][CLUSTERED|NONCLUSTERED]
INDEX indexName>
ON tableName>(columnName1>[ASC|DEAC] )
ONfilegroupName>
UNIQUE:建立唯一索引
CLUSTERED|NONCLUSTERED：表示建立聚集或非聚集索引，默认为非聚集索引
tableName>(columnName1>[ASC|DEAC] )：指出为哪个基本表关于哪些属性建立索引，其中[ASC|DEAC]为按升序还是降序建立索引，默认为升序
ONfilegroupName>:指定索引存放在哪个逻辑设备（组）上
2.索引的删除
DROP INDEX indexName> ON tableName>
7.2SQL数据更新语言

7.2.1插入数据
插入一个元组
INSERT INTO Student VALUS
(‘1500006’,’李相东’，‘男’，‘1998-10-21 00:00’，‘云南’‘撒呢族’，‘CS1502’)
INSERT INTO Student(studentName,birthday,studentNo)
VALUES(‘张东立’，‘1999-12-10 00:00’，‘1500007’)
插入多个元组
INSERT INTO tableName [( columnName1 [,columnName2…])]
subquery
7.2.2删除数据
DELETE FROM tableName [WHERE predicate ]
7.2.3修改数据
UPDATE Score
SET score=88
WHERE courseNo=’002’ AND termNo=’151’ AND studentNo IN
(SELECT studentNo FROM Student WHERE studentName=’王红敏’)
也可以写成
UPDATE Score
SET score=88
FROM Score a,Student b
WHERE a.studentNo=b.studentNo
AND courseNo=’002’ AND termNo=’151’ AND studentName=’王红敏’
7.5游标
一个SQL语句原则上可产生或处理一组记录，而程序语言一次只能处理一个记录，为此必须协调两种处理方式，这是通过使用游标机制来解决的。
7.7触发器
触发器是一种特殊的存储过程，触发器的事件可以是插入INSERT、修改UPDATE或删除DELETE事件，也可以是这几个事件的组合。

第九章数据库安全性与完整性
权限的授予与收回
GRANT和REVOKE有两种权限：目标权限和命令权限
1）命令权限的授予与收回（DDL操作权限）
GRANT{all|command_list}TO{public|username_list}
REVOKE{all|command_list}FROM{public|username_list}
<command_list>可以是create database、create default、create function、create procedure、create rule、create table、create view、create index、backup database、backup log
2)目标权限的授予与收回（DML操作权限）
GRANT{all|command_list}ON objectName>[(columnName_list>)]
TO{public|username_list}[WITH GRANT OPTION]
REVOKE{all|command_list}ON objectName>[(columnName_list>)]
FROM{public|username_list}[CASCADE|RESTRICT]
其中<command_list>可以是update、select、insert、delete、execute和all。execute针对存储过程授予执行权限,update、select、insert、delete针对基本表和视图授权，all表示所有的权限。
CASCADE：级联收回
RESTRICT：默认值，若转赋了权限，则不能收回。
WITH GRANT OPTION：将指定对象上的目标权限授予其他安全账户的能力，但是不允许循环授权，即不允许将得到的权限授予祖先。

数据库的完整性

第4章数据库建模
数据库设计过程：
1.需求分析
2.概念设计 E-R模型建模方法
3.逻辑设计将E-R模型转化为关系数据库模式
4.模式求精
5.物理设计建立索引
6.应用与安全设计
ER模型向关系模型的转换应遵循如下原则：
①每个实体类型转换为一个关系模式。
②一个1:1的联系可转换为一个关系模式，或与任意一端的关系模式合并。若独立转换为一个关系模式，那么，两端关系的码及联系的属性为该关系的属性，且两端关系的码均可作为候选码；若与一端合并，那么将另一端的码及联系的属性合并到该端。
③一个1：n的联系可转换为一个关系模式，或与n端的关系模式合并，若独立转换为一个关系模式，那么，两端关系的码及联系的属性为关系的模式，而n端的码为关系的码。
④一个n:m的联系可转换为一个关系模式，那么，两端关系的码及联系的属性为关系的属性，而关系的码为两端实体的码的组合。
⑤三个或三个以上多对多的联系可转换为一个关系模式，那么，诸关系的码及联系的属性为关系的属性，而关系的码为各实体的码的组合。
⑥具有相同码的关系可以合并。
第5章关系数据理论与模式求精
5.1数据冗余导致的问题：①冗余存储②更新异常③插入异常④删除异常
5.2函数依赖定义1函数依赖

2平凡与非平凡函数依赖
非平凡函数依赖

平凡函数依赖

3完全函数依赖和部分函数依赖

4传递函数依赖

5.3范式
第一范式1NF：关系模式r（R）的每个属性对应的域值都是不可再分的。
第二范式2NF：非主属性不允许依赖于部分的候选码属性
第三范式3NF：非主属性不能依赖于另一个（组）非主属性。3NF的放松之处在于允许存在主属性对候选码的传递依赖和部分依赖。3NF存在信息冗余和异常问题。3NF分解即使无损分解，又是保持依赖分解。
BCNF范式：①α->β是平凡函数依赖（即β⊆α）。
②α是r®的一个超码（即α中包含r®的候选码）
BCNF是基于函数依赖理论能够达到的最好关系模式。BCNF分解是无损分解，但不一定是保持依赖分解。
5.4函数依赖理论
左无关属性检测算法
右无关属性检测算法
无损连接分解：给定关系模式r（R），则将关系模式r®分解成r1(R1)和r2(R2)的分解是无损连接分解，当且仅当包含函数依赖R1ՈR2->R1或R1ՈR2->R2。
保持函数依赖：称具有函数依赖集F的关系模式r（R）的分解r1(R1),r2(R2),…rn(Rn)为保持函数分解，当且仅当
求最小函数依赖集：步骤：①用分解的法则，使F中的任何一个函数依赖的右部仅含有一个属性；
②去掉多余的函数依赖：从第一个函数依赖X->Y开始，将其从F中去掉，然后在剩下的函数依赖中求X的闭包，看是否包含Y，若是，则去掉X->Y，否则不能去掉，依次做下去。直到找不到冗余的函数依赖。
5.5模式分解算法
BCNF分解：可将r®分解为r1(R1)和r2(R2)，其中R1=αβ,R2=R-(β-α)
3NF分解：1.计算：①合并函数依赖α->β1,α->β2合并为α->β1β2
②去除无关属性：左无关、右无关
2.分解关系r®
第8章数据库存储与查询处理
查询优化：“尽早执行选择操作”
“尽早执行投影操作”
“尽早执行选择运算”的规则优先于“尽早执行投影运算”的规则
第10章事务管理与恢复
10.1事务特性
①原子性：事务的所有操作要么全部都被执行，要么都不被执行
②一致性：将数据库从一个一致性状态转化为另一个一致性状态
③隔离性：并发执行的各个事务不能相互干扰
④永久性：一个事务成功提交后，它对数据库的改变必须是永久的，即使随后系统出现故障也不会受到影响。
事务开始：BEGIN TRANSACTION
事务结束：①事务提交：COMMIT TRANSACTION:将成功完成事务的执行结果（即更新）永久化，并释放事务占有的全部资源。
②事务回滚：ROLLBACK TRANSACTION：终止当前事务、撤销其对数
据库所做的更新，并释放事务占有的全部资源。
事务的并发执行可能出现以下3种不一致性。①读脏数据②不可重复读③丢失更新
10.2并发控制
基于封锁的并发控制方法：
①共享锁（S锁）：如果事务T获得了数据对象Q的共享锁，则T可读但不能写Q.
②排它锁（X锁）：如果事务T获得了数据对象Q上的排它锁，则T既可读Q又可写Q。
SL（Q）——申请数据对象Q上的共享锁；
XL（Q）——申请数据对象Q上的排他锁；
UL（Q）——释放数据对象Q上的锁。
10.3恢复与备份
事务故障：①输入数据的错误、②运算溢出、③违反某些完整性限制、某些应用程序的错误、并发事务发生死锁。
关于日志的故障恢复策略：数据库中的日志记录有两种类型：①记录数据更新操作的日志记录②记录事务操作的日志记录
1.UNDO操作：对于要UNDO的事务T，日志中记录有<T,START>以及T对数据库的所有更新操作的日志记录。UNDO过程为：从T的最后一条更新日志记录开始，从日志尾向日志头（反向）依次将T更新的数据元素值恢复为旧值。之所以需要UNDO，是因为故障发生时未提交事务的修改可能已写到磁盘上。
2.对于要REDO的事务T，日志中已经记录了<T,START>,T的所有更新操作日志以及<T,COMMIT>,REDO过程为：从T的第一条更新日志记录开始，从日志头向日志尾（顺向）依次将T更新的数据元素恢复为新值。需要REDO操作的原因是，故障发生时可能有些已经提交的事务的更新数据还未写到磁盘上。
并发执行事务的基本恢复过程包括3个阶段：
①分析阶段：从日志头开始顺向扫描日志，以确定重做事务集（REDO-set）和撤销事务集（UNDO-set）将既有<T,START>又有<T,COMMIT>日志记录的事务T加入REDO-set；将只有<T,START>没有<T,COMMIT>日志记录的事务T加入UNDO-set。
②撤销阶段：从日志尾反向扫描日志，对每一条属于UNDO-set中事务的更新操作日志依次执行UNDO操作。
③重做阶段：从日志头顺向扫描日志，对每一条属于REDO-set中事务的更新操作日志依次执行REDO操作。
检查点：

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