数据库笔记（二）数据库的保护技术
一.安全性
数据库的安全性主要指保护数据库，防止不合法的使用，以免数据的泄露，更改和破坏。
在计算机系统中，安全措施是以一级一级层层设置的，安全模型如下图：
安全性控制方法：
1.1用户标识和鉴别
禁止未经授权的用户对数据库操作，可利用身份认证，口令认证的方式标识用户。
1.2用户存取权限控制
不同类型的用户拥有不同的权限。
1.3视图机制
存取权限的控制的不仅可以通过授权实现，也可以通过定义用户的外模式来实现。
1.4审计方法
审计是一种监视措施，把用户对数据库的所有操作记录下来放在审计日志中。
1.5数据加密
数据加密是防止在存储和传输过程中失密的有效手段。
二.完整性
数据库的完整性是指数据库中数据的正确性和相容性，防止错误的数据进入数据库造成无效操作。
如月份只能用1~12来表示，否则就违反完整性；如一个学生不能有两个学号，否则就违反相容性。
常用来保证完整性的方法有约束和触发器两种。
约束：
1. 键码 （primary key)
用于唯一表示一个实体。
键码可以由多个属性构成，每个构成键码的属性称为码。
2. 单值约束 (unique)
某个属性的值是唯一的。
3. 引用完整性约束 (foreign key)
一个实体的属性引用的值在另一个实体的某个属性中存在。
4. 域约束 (check )
某个属性的值在特定范围之内。
5. 一般约束 (check )
比如大小约束，数量约束。
触发器：
触发器是当设定的事件发生时，由DBMS自动启动的维护程序数据库一致的程序。
粒度： 行粒度（for each row) ，表粒度（for each statment)
触发时间： 操作前（BEFORE）,操作后（AFTER）,取代操作（INSTEAD OF）
触发操作: 删除（DELETE),插入（INSERT), 更新（UPDATE).
三.并发控制*(重点）
我们先来了解一下事务的概念：
事务指的是满足 ACID 特性的一系列操作。在数据库中，可以通过 Commit 提交一个事务，也可以使用 Rollback 进行回滚。在提交之前的所有操作就是一个事务，即使只有一条指令，或有很多条指令。
事务的四大特性（ACID)
1. 原子性（Atomicity）
事务被视为不可分割的最小单元，事务的所有操作要么全部提交成功，要么全部失败回滚。
2. 一致性（Consistency）
数据库在事务执行前后都保持一致性状态。在一致性状态下，所有事务对一个数据的读取结果都是相同的。
3. 隔离性（Isolation）
一个事务所做的修改在最终提交以前，对其它事务是不可见的。
4. 持久性（Durability）
一旦事务提交，则其所做的修改将会永远保存到数据库中。即使系统发生崩溃，事务执行的结果也不能丢失。可以通过数据库备份和恢复来保证持久性。
AUTOCOMMIT
MySQL 默认采用自动提交模式。也就是说，如果不显示使用
START TRANSACTION语句来开始一个事务，那么每个查询都会被当做一个事务自动提交。
个人单独使用数据库是是不会出现问题的，但是如果同时有大于1个用户对数据库操作，那么事务之间可能会相互影响，从而产生错误。
问题 ：并发不一致
1. 丢失修改
T1 和 T2 两个事务都对一个数据进行修改，T1 先修改，T2 随后修改，T2 的修改覆盖了 T1 的修改。
2. 读脏数据
T1 修改一个数据，T2 随后读取这个数据。如果 T1 撤销了这次修改，那么 T2 读取的数据是脏数据。
3. 不可重复读
T2 读取一个数据，T1 对该数据做了修改。如果 T2 再次读取这个数据，此时读取的结果和第一次读取的结果不同。
4. 幻影读
T1 读取某个范围的数据，T2 在这个范围内插入新的数据，T1 再次读取这个范围的数据，此时读取的结果和和第一次读取的结果不同。
解决方法
产生并发不一致性问题主要原因是破坏了事务的隔离性，解决方法是通过并发控制来保证隔离性。
在没有并发的情况下，事务以串行的方式执行，互不干扰，因此可以保证隔离性。在并发的情况下，如果能通过并发控制，让事务的执行结果和某一个串行执行的结果相同，就认为事务的执行结果满足隔离性要求，也就是说是正确的。把这种事务执行方式称为 可串行化调度 。
并发控制可以通过封锁来实现，但是封锁操作需要用户自己控制，相当复杂。数据库管理系统提供了事务的隔离级别，让用户以一种更轻松的方式处理并发一致性问题。
下面是一些关于锁的知识：
封锁粒度
MySQL 中提供了两种封锁粒度：行级锁以及表级锁。
应该尽量只锁定需要修改的那部分数据，而不是所有的资源。锁定的数据量越少，发生锁争用的可能就越小，系统的并发程度就越高。
但是加锁需要消耗资源，锁的各种操作，包括获取锁，检查锁是否已经解除、释放锁，都会增加系统开销。因此封锁粒度越小，系统开销就越大。
在选择封锁粒度时，需要在锁开销和并发程度之间做一个权衡。
封锁类型
1. 读写锁
- 排它锁（Exclusive），简写为 X 锁，又称写锁。
- 共享锁（Shared），简写为 S 锁，又称读锁。
有以下两个规定：
- 一个事务对数据对象 A 加了 X 锁，就可以对 A 进行读取和更新。加锁期间其它事务不能对 A 加任何锁。
- 一个事务对数据对象 A 加了 S 锁，可以对 A 进行读取操作，但是不能进行更新操作。加锁期间其它事务能对 A 加 S 锁，但是不能加 X 锁。
锁的兼容关系如下：
- X S X NO NO S NO YES
2. 意向锁
使用意向锁（Intention Locks）可以更容易地支持多粒度封锁。
在存在行级锁和表级锁的情况下，事务 T 想要对表 A 加 X 锁，就需要先检测是否有其它事务对表 A 或者表 A 中的任意一行加了锁，那么就需要对表 A 的每一行都检测一次，这是非常耗时的。
意向锁在原来的 X/S 锁之上引入了 IX/IS，IX/IS 都是表锁，用来表示一个事务想要在表中的某个数据行上加 X 锁或 S 锁。有以下两个规定：
- 一个事务在获得某个数据行对象的 S 锁之前，必须先获得表的 IS 锁或者更强的锁；
- 一个事务在获得某个数据行对象的 X 锁之前，必须先获得表的 IX 锁。
通过引入意向锁，事务 T 想要对表 A 加 X 锁，只需要先检测是否有其它事务对表 A 加了 X/IX/S/IS 锁，如果加了就表示有其它事务正在使用这个表或者表中某一行的锁，因此事务 T 加 X 锁失败。
各种锁的兼容关系如下：
- X IX S IS X NO NO NO NO IX NO YES NO YES S NO NO YES YES IS NO NO YES YES
任意 IS/IX 锁之间都是兼容的，因为它们只是表示想要对表加锁，而不是真正加锁；解释如下：
- S 锁只与 S 锁和 IS 锁兼容，也就是说事务 T 想要对数据行加 S 锁，其它事务可以已经获得对表或者表中的行的 S 锁。
简单的对数据加锁并不能保证数据的一致性。在对数据加锁时，还需要约定一些规则，比如何时申请，持锁时间，何时释放，这些规则成为封锁协议。封锁协议分三级。解决不同程度的问题。
封锁协议
1. 三级封锁协议
一级封锁协议
事务 T 要修改数据 A 时必须加 X 锁，直到 T 结束才释放锁。
可以解决丢失修改问题，因为不能同时有两个事务对同一个数据进行修改，那么一个事务的修改就不会被覆盖。
T1 T1 lock-x(A) read A=20 lock-x(A) wait write A=19 . commit . unlock-x(A) . obtain read A=19 write A=21 commit unlock-x(A)
在一级的基础上，要求读取数据 A 时必须加 S 锁，读取完马上释放 S 锁。二级封锁协议可以解决读脏数据问题，因为如果一个事务在对数据 A 进行修改，根据 1 级封锁协议，会加 X 锁，那么就不能再加 S 锁了，也就是不会读入数据。
T1 T1 lock-x(A) read A=20 write A=19 lock-s(A) wait rollback . A=20 . unlock-x(A) . obtain read A=20 commit unlock-s(A)
在二级的基础上，要求读取数据 A 时必须加 S 锁，直到事务结束了才能释放 S 锁。三级封锁协议可以解决不可重复读的问题，因为读 A 时，其它事务不能对 A 加 X 锁，从而避免了在读的期间数据发生改变。
T1 T1 lock-s(A) read A=20 lock-x(A) wait read A=20 . commit . unlock-s(A) . obtain read A=20 write A=19 commit unlock-X(A)
调度是指多个事务的某个执行顺序。DBMS对并发事务不同的调度产生不同的结果，但是串行调度是肯定正确的。可串行调度是并发事务正确性的准则。而事务遵循两段锁协议是保证并发操作可串行化调度的充分条件。
2. 两段锁协议
加锁和解锁分为两个阶段进行。事务 T 对数据 A 进行读或者写操作之前，必须先获得对 A 的封锁，并且在释放一个封锁之后，T 不能再获得任何的其它锁。例如以下操作满足两段锁协议，它是可串行化调度。
lock-x(A)...lock-s(B)...lock-s(C)...unlock(A)...unlock(C)...unlock(B)但不是必要条件，例如以下操作不满足两段锁协议，但是它还是可串行化调度。
3.两段锁协议与三机协议的区别：lock-x(A)...unlock(A)...lock-s(B)...unlock(B)...lock-s(C)...unlock(C)
两段锁协议与三级协议是两类目的不同的协议，两段锁是保证并发调度的正确性。三级锁协议是在不同程度上保证数据的一致性。遵守第三级封锁协议必然遵守两段锁协议，即三级封锁协议是两段锁协议的前提。
四.故障恢复
数据库恢复技术的基本原理是冗余，利用存储在其他地方的冗余数据，来重建数据库张已被破坏或不正确的那部分数据。
关键的两个问题是：如何建立冗余数据和如何利用冗余数据进行数据库恢复。
建立冗余数据：
1.数据备份
2.日志文件
数据库恢复策略:
恢复方法（正向扫描文件日志）
1. Undo 故障发生时未完成的事务（撤销）
2. Redo 已完成的事务（重做）
但是若全部扫描日志文件，会浪费大量时间，所以一般都是设置检查点。
下图展示了，在不同时刻不同状态的
参考：https://github.com/CyC2018/Interview-Notebook //这个建议大家看看。写的很好。
刘爽英《数据库原理及应用》
郑晓霞 《数据库原理及新技术研究》