数据库系统概述

参考教材：《数据库系统概念》（本科教学版）第一章

文件处理系统弊端：
数据的冗余和不一致
数据访问困难
数据孤立
完整性问题（涉及约束）
原子性问题（原子操作）
并发访问异常
安全性问题

数据库系统（DataBase System）=数据的集合（数据库）+访问数据的程序
安全，完整，多用户并发使用，故障后系统恢复
一些操作：批量转载，转储（静态，动态，海量，增量），介质故障恢复，重组织，性能监视

DBMS数据库管理系统

数据抽象（简化用户与系统的交互）
1.物理层：最低，详细描述复杂的底层数据结构，物理上的存储细节（如连续存储位置组成的存储快之类的）
2.逻辑层：描述存储什么数据，数据之间的关系
3.视图层：只描述整个数据库的某个部分

DBS体系结构：
数据库->内模式（存储模式，自动生成的存储结构）->模式（基本表）->外模式（从模式中抽取部分，不唯一，直接面向应用）->应用
外模式/模式映像->逻辑独立性（模式改变是应用程序无需改变）
模式/内模式映像->物理独立性

数据库实例：特定时刻存储在数据库中的信息的集合（变化频繁）
数据库模式：数据库的总体设计（不怎么变）

数据模型（描述数据，数据联系，数据语义，一致性工具的概念工具的集合）：
三要素：数据结构（静态特性），数据操作（动态特性），数据上的约束
1.关系模型（relation model）：表，固定格式的记录（字段固定）
2.实体-联系模型（entity-relationship model）：E-R
3.基于对象的数据模型（object-based data model）：面向对象，E-R模型增加了封装，方法，对象标识等概念后的扩展
4.半结构化数据模型（semistructured data model）：相同类型的数据项含有不同的属性集的数据定义（一般用XML来表示）
5.网状数据模型，层次数据模型…（旧，复杂）

数据库语言
1.数据库操作语言（Data-Manipilation Language，DML）：表达数据库的查询与更新
(1):过程化DML（procedural）：要求用户指定需要什么数据以及如何获取这些数据
(2):声明式DML（declarative）：只要求指定需要什么数据（如sql中的select from）
2.数据定义语言（Data-Definition Lang，DDL）：定义数据库模式（如sql中的create table）
数据库系统所使用的存储结构，访问方式，一致性约束（域约束domain constraint，参照完整性referential integrity （例如 course 关系中的dept_name必须是department关系中的某一记录的dept_name），断言assertion（数据库需要时刻满足的某一条件，前两个是它的特殊形式)，授权authorization（读权限，插入权限，更新权限，删除权限）
DDL以一些语句作为输入，生成的输出放在data dictionary，其中包括元数据mata data（关于数据的数据，表的结构信息如有哪些字段等等）

应用程序->宿主语言（c，c++，java...）-(通过接口ODBC,JDBC...或扩展宿主语言的语法)->DML,DDL->数据库
扩展宿主语言的语法：在宿主语言的程序中嵌入DML调用。通常用一个特殊字符作为DML调用的开始，通过DML预编译器，将DML语句转变成宿主语言中的过程调用。

规范化：生成一个关系模式集合，减少冗余，范式normal form，函数依赖functional dependency

存储管理器：负责数据库中数据的存储，检索，更新
存储管理部件包括：
1.权限及完整性管理器authorization and integrity manager
2.事物管理器transaction manager:保证即使发生故障数据库也保持在一致状态，保证并发事物的执行不发生冲突
3.文件管理器file manager:管理磁盘存储空间的分配，存储信息的数据结构
4.缓冲区管理器buffer manager:负责将数据从磁盘上取到内存中（类比两个校区用校车运送教师的例子）
存储管理器实现的几种数据结构：
1.数据文件data files:存储数据库自身
2.数据字典data dictionary:元数据
3.索引index

事务管理
对数据库的几个操作合起来形成一个逻辑单元
原子性atomicity，一致性consistency，持久性durability，独立性
事务：完成单一逻辑功能的操作结合
故障恢复：当事务的某一步发生故障的时候，要恢复的整个事务执行以前的一致状态（恢复管理器）
并发控制管理器：控制并发事务间的互相影响，保证数据库一致性
消除死锁：当事务通过调度器授权锁竞争资源时，每个事务所需要的资源都被另一个事务占有没有一个可以执行，通过删除一个或多个事务来解决

查询处理器
1.DDL 解释器interpreter
2.DML 编译器compiler:将DML语句翻译为多种可执行方案，并选择代价最小的一种（查询优化）
3.查询执行引擎query evaluation engine

数据库结构

数据库体系结构
客户/服务器系统，并行数据库系统，分布式数据库系统

数据挖掘data mining：半自动分析大型数据库并从中找出有用的模式
信息检索information retrieval:查询非结构化的文本数据

数据库管理员DBA

数据库系统历史