《數據庫系統概念》2-存儲、事務等的簡介

 

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1、關係型數據庫簡介
a)DML
SQL語言是非過程的，一次查詢中，能夠輸入多張表，但結果只是一張表。好比
select instructor.name
from instructor
where instructor.dept_name=’history’，
查詢語句定義了要查找dept_name列爲history的數據，並顯示name列，執行後獲得的是一張表，只有一個name列，每一個符合dept_name=’history’篩選條件的數據做爲一行。
b) DDL
DDL能夠定義表、約束、斷言等，好比有以下建立表的語句：
create table department(
dept_name char(20),
building char(15),
budget numeric(12,2));
建立了表department和它的列，並指定了各列的數據類型。DDL語句會同時更新數據字典。

c) 從應用程序訪問數據庫
SQL語句沒有通用的圖靈機那麼強大，有不少計算是SQL沒法作到的，好比接收用戶輸入、顯示內容、網絡通信等，這些功能必須使用像c、c++等宿主(host)語言來實現，而後在程序中嵌入SQL語言來訪問數據庫。
從應用程序訪問數據庫有兩種方式：
提供應用程序接口來傳遞DML、DDL，而後取回結果。好比c語言的ODBC、java的JDBC等；
在應用程序中使用DML預編譯器，而後經過擴展宿主語言的語法來嵌入DML調用。

2、數據庫設計
需求分析階段、概念設計階段和實現階段。
a)在概念設計階段，要選擇數據模型，將需求轉化爲schema，這個階段的重點是對數據和數據關係進行描述。這個階段要解決使用哪些(what)字段和怎樣(how)組織這些字段的問題，前者是商業問題，後者纔是計算機科學問題。
關於組織字段的的方式一般有兩種，一種是使用E-R模型，一種是使用算法自動生成表。
這個階段設計的schema須要知足對數據增刪改查的要求，
b) 實現階段，包括邏輯設計和物理設計兩步，邏輯設計將高度抽象的概念模型轉換爲數據庫實現，而後物理設計則解決文件的組織、存儲結構等問題。
c) 很差的設計會形成信息的冗餘以及缺少表達某些信息的能力：

好比這張表同時包含了教師(id,name,salary)和部門信息，history信息在兩行中都有，修改history的budget時須要兩行都修改；而若是咱們想增長一個部門時，就會暴露出這個設計表達能力不足的問題，由於只有先增長一個教師才能增長部門。

3、數據存儲和檢索
對一個數據庫系統來講，存儲管理器和查詢處理器是很是重要的兩部分。
a) 存儲管理器
數據存儲在硬盤上，CPU的和內存的速度大於硬盤的讀取速度，因此它須要儘量地減小數據在硬盤與內存之間的轉移，並負責將DML語句翻譯成物理層的命令。即存儲管理器負責數據的增刪改查，它包含的模塊或功能有：
權限及完整性管理器：負責檢查完整性約束、控制用戶訪問權限；
事務管理器：用於保證系統在發生故障時的一致（正確）狀態，以及保證併發事物無衝突地執行；
文件管理器：負責硬盤空間的分配並管理保存在硬盤上的數據結構；
緩存管理器：負責將數據從硬盤讀取到內存，並決定將哪些數據緩存到內存。緩存管理器是數據庫系統的重要部分，有了緩存管理器，數據庫纔可以處理比內存容積大得多的數據。
存儲管理器所操做的文件類型有：
數據文件：數據庫自己
數據字典：對schema的描述
索引：用於提升檢索效率，索引維護了一系列指向特定數據的指針

b) 查詢處理器
包含多個部分：
DDL翻譯器：翻譯DDL指令並記錄到數據字典
DML編譯器：將DML語句編譯成查詢評估引擎能理解的低級指令。DML語句每每能夠有不一樣的翻譯，這些翻譯的執行結果相同但性能不一，DML編譯器也負責查詢優化，選擇性能最高的翻譯方式。
查詢評估引擎：執行由DML編譯器生成的低級指令

4、事務管理
a) 某些對數據的的操做經常會造成單一的邏輯工做單元，好比轉帳，從A帳戶扣款M元，而後給B帳戶增長M元，這兩步操做必需要麼都成功，要麼都失敗，這樣的要求也稱爲原子性（atomicity）；另外A、B帳戶的總和在操做事務先後保持不變，這稱爲一致性（consistency）。事務操做必須知足原子性和一致性，在操做過程當中容許暫時地違背一致性（好比轉帳，A、B帳戶的增減須要過程）。
b) 一致性由開發人員來保證，而原子性由數據庫自身來保證；
對於轉帳操做來講，開發人員須要合理地劃分操做步驟，好比講之分爲從A帳戶轉出和給B帳戶轉入兩步，若是將這兩步劃分爲一個事務，則符合一致性，若是任何一步獨立，則會違背一致性；

c) 數據庫的恢復管理器負(recovery manager)負責原子性，實際應用中，事務不免會失敗，這時要屏蔽失敗的事務對數據庫的影響（回滾到失敗前的狀態failure recovery）。
併發控制器（concurrency-control manager），在遇到事務須要併發執行時，沒法保存操做前的狀態，這時由併發控制器經過控制事務間的交互來保證一致性。
恢復管理器和併發控制器組成了事務管理器。

5、數據庫結構(database architecture)
數據庫的結構多種多樣，好比有集中式(centralize)、服務端-客戶端式、並行式(parallel)、分佈式(distrubuted)等。
數據庫的通用結構如圖：

6、數據庫的普通用戶和管理員
數據庫的用戶能夠分爲普通用戶(user)和管理員(administrator)
a)普通用戶及對應的用戶接口
依據用戶指望的與數據庫的交互方式能夠進一步分爲四類，對應有不一樣的用戶接口
無經驗的用戶(naive user)：使用事先寫好的程序與數據庫交互，用戶接口一般爲表單；
開發者：負責編寫數據庫交互界面；
熟練的用戶(sophisticate)：好比數據分析員，使用專業的分析軟件或直接寫SQL來與數據庫交互；
專門的用戶(specialized user)，編寫特殊的數據庫應用的人員，好比計算機輔助設計系統、知識庫、專家系統、存儲複雜數據結構（聲音、圖像）的系統等。
b)管理員(DBA)
一般DBA能夠作的操做包括：
定義schema
定義數據的存儲結構和訪問方式
修改schema和數據的物理組織方式
訪問權限控制
平常維護，好比按期備份、確保硬盤空間充足、監控數據庫高效運行等

學習資料：Database System Concepts, by Abraham Silberschatz, Henry F.Korth, S.Sudarshan