数据库系统原理-第一章 数据库系统世界

数据库系统原理

DatabaseSystemPrinciples

教材：《数据库系统基础教程》，岳丽华等译任课教师：陈思光南京邮电大学物联网学院课程教材教材岳丽华等译.数据库系统基础教程（据原书第3版译出）.机械工业出版社，2009.参考教材杨冬青等译.数据库系统概念（据原书第6版译出）.机械工业出版社,2012.王珊等.数据库系统概论（第5版）.高等教育出版社，2014.Page2课时安排及考核方式3.5学分，总学时56，其中讲课44学时，实验8学时，习题及讨论4学时。考试、闭卷，总成绩=平时成绩*30%+期末成绩*70%。平时成绩包括实验、作业、考勤及课堂表现等.答疑时间：每周五上午第5节课，教3-518。Page3课程性质、目的及授课计划课程性质：《数据库系统原理》是物联网工程和网络工程专业的专业基础课。课程的目的:通过本课程的学习，让学生能够掌握关系数据模型、关系代数、XML数据模型和数据库设计的基本理论；掌握SQL数据库语言、约束与存储过程/函数、视图与索引、服务器环境下的SQL等数据库编程与应用技术；了解关系数据库的新课题；理解半结构化数据的建模和程序设计。为建立数据库系统应用奠定基础。授课计划：第2、5、6章是重点要讲解的内容，大概占讲课44课时中的20个课时。Page4任课教师信息任课教师：陈思光电话-mail:sgchen@Page5第1章数据库系统世界

1.1数据库系统的发展1.2数据库系统概述1.3本书概述Page61.1数据库系统的发展

数据库是什么?数据库是数据（信息）的集合。数据库可以存储大量的数据。数据库中的数据可能需要存储很长时间。数据库中的数据可以为多用户多应用服务。数据库中的数据按特定的结构存储。数据库中的数据需要进行定义、存取、控制等有效的管理。数据库是由数据库管理系统（databasemanagementsystem，简称DBMS）管理的数据集合。Page71.1数据库系统的发展数据库应用:银行：客户，账户，交易，贷款等航空：飞机，航班，客户，预定等学校：学生，教师，课程，成绩等销售：产品，顾客，订单，进货，售后等人力资源：职工，考勤，业绩，工资等

Databasestouchallaspectsofourlives.Page81.1数据库系统的发展数据库管理系统（DBMS）应具有以下功能:提供数据定义语言(DDL,DataDefinitionLanguage)用以建立数据库并说明它们的模式(schema)。一个数据库的模式是一组用DDL表达的语句集合，完整描述该数据库数据的逻辑结构。提供数据查询语言(DQL,DataQueryLanguage)和数据操作语言(DML,DataManipulationLanguage)以支持数据查询或数据更新的能力。支持超大量数据的长时间存储，manyterabytes(1012bytes)ormore,

并且在数据查询和更新时支持对数据的有效存取。Page91.1数据库系统的发展数据库管理系统（DBMS）应具有以下功能:具有持久性，在遇到各种故障、错误或用户的错误使用时，提供数据库的恢复功能。支持数据共享，控制多个用户对数据的同时存取，不允许一个用户的操作影响另一个用户，也不允许对数据的不完整操作。Page10对数据的管理经历了以下三个阶段：人工管理阶段；文件系统阶段；数据库管理系统。1.1数据库系统的发展Page11人工管理阶段(20世纪50年代中期前)1.1数据库系统的发展Page12人工管理阶段特点：数据不保存；系统没有专用的软件对数据进行管理；数据不共享；数据不具有独立性。1.1数据库系统的发展Page13文件系统阶段(20世纪50年代后期～60年代中期)1.1数据库系统的发展Page14文件系统阶段特点：数据以文件形式可长期保存下来；文件系统可对数据的存取进行管理；文件形式多样化；程序与数据间有一定独立性。1.1数据库系统的发展Page15例如：图书管理系统

读者文件应用程序→

A1A3书目文件出借文件A2A4F1F3F2图书借阅读者维护催还通知图书维护1.1数据库系统的发展Page1660年代后期，计算机应用于管理的规模更加庞大，数据量急剧增加；硬件方面出现了大容量磁盘，使计算机联机存取大量数据成为可能；硬件价格下降，而软件价格上升，使开发和维护系统软件的成本增加；文件系统的数据管理方法已无法适应开发应用系统的的需要；为解决多用户、多个应用程序共享数据的需求，出现了统一管理数据的专门软件系统，即数据库管理系统(DBMS)。1.1数据库系统的发展Page17数据库系统阶段(20世纪60年代末期～)1.1数据库系统的发展Page18图书管理系统1.1数据库系统的发展Page19数据库系统管理数据的特点如下：数据共享性高、冗余少；数据结构化；数据独立性高；有统一的数据控制功能。1.1数据库系统的发展Page20年代研究成果名称研制者意义1963IDS（IntegratedDataStore）美国通用电气公司C.W.Bachman等第一个DBMS73年获图灵奖1968IMS(InformationManagementSystem)美国IBM公司和Rockwell公司合作第一个实用数据库管理系统（里程碑1）1969数据库建议书(数据描述语言DDL）(数据操纵语言DML)美国数据系统语言委员会的数据库任务组DBTG提供了网状数据库完整的系统设计和语言规范（里程碑2）1970论文（ARelationalModelofDataforSharedDataBanks）IBM公司SanJose研究所的E.F.Codd提出关系模型，为关系数据库的开发奠定了理论基础（里程碑3）1981年获图灵奖类型网状数据库层次数据库网状数据库关系数据库1.1数据库系统的发展Page21E.F.Codd提出关系模型关系数据库是关系（或表）的集合每个关系是由属性（或列）组成关系包含一系列的元组（行）没有重复行1.1数据库系统的发展Page22学籍管理数据库sidnamesexB12070101刘梦女B12070102朱正洁女B12070103闫文柯女B12070104季晓倩女B12070105吴尘女B12070106曹雪宁女………………………………studentssidcidB12070101B1801020SB12070101B1801081SB12070101B1801090SB12070101B1801471S…………enroll1.1数据库系统的发展Page23特点：数据的结构化数据的共享性数据的独立性数据的完整性数据的灵活性数据的安全性1.1数据库系统的发展Page24出现了运行在PC上的DBMS：MySQLPostgreSQL1.1数据库系统的发展Page25出现了运行在传感器网络上的DBMS：TinyDBCOUGAR1.1数据库系统的发展Page26随着互联网的发展，数据库中存储的信息越来越大(包含各种多媒体信息)KB(103字节)MB(106字节)GB(109字节)TB(1012字节)PB(1015字节)1.1数据库系统的发展Page27随着网络的发展，需要将一个个独立的系统组合成更大的系统；将多个数据库融合成更大的的数据库；分布式数据库、数据库仓库、中间件等技术1.1数据库系统的发展Page281.2数据库管理系统概述

负责数据库存取、维护和管理的软件系统，通常称为数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，DBMS）。数据库系统的各类用户对数据库的各种操作请求，都是由DBMS完成的。数据库系统的核心软件。Page291.2数据库管理系统概述

Page301.2数据库管理系统概述

Application1Application2...ApplicationnDBMSdatabaseDatabaseManagementSystemPage31read/writepagesStoragemanagerStorageindex,file,andrecordrequestsindex/file/recordmangerDDLcommandsQueries,updatesQuerycompilerUser/applicationDDLcompilerDatabaseadministratorLocktableLoggingandrecoveryConcurrencycontrollogpagespagecommandsBuffermanagerbuffersdata,metadata,indexsmetadataQueryplanExecutionengineMetadata,statistics单线框系统成分双线框内存中的数据结构实线控制和数据流虚线数据流P4图1-1数据库管理系统组成TransactionmanagerTransactioncommandsPage321.2数据库管理系统概述

两种用户:普通用户和应用程序：发出查询或修改命令。数据库管理员(databaseadministrator，DBA):负责数据库结构或模式。三种数据库指令:Queries,updates:commandstoaffectthecontentofthedatabaseorextract(提取)datafromthedatabase.

Transaction(事务)commands:commandstotellthetransactionmanagerwhentransactionsbeginandend.DDLcommands:由DBA发出的修改数据库模式或建立新数据库的指令.Page331.2数据库管理系统概述

存储和缓冲区管理器:Thestoragemanagerandthebuffermanager:存储管理器:控制数据在磁盘上的位置及其在磁盘和主存之间的移动,跟踪文件在磁盘上的位置，根据缓冲区管理器的请求获取包含请求文件的一个或多个磁盘块。缓冲区管理器:负责将可用主存分割成不同的缓冲区并对之进行管理。Page341.2数据库管理系统概述

信息的种类:数据:thecontentsofthedatabaseitself.元数据(Metadata):描述数据库的结构及约束(constraints)的数据库模式。索引(Indexes):支持对数据库中数据进行有效存取的数据结构。统计数据:由DBMS收集存储的关于数据特征的数据。日志记录:数据库新近修改的信息,该信息支持数据库的持久性(durability)。

Page351.2数据库管理系统概述

事务处理:事务(Transaction):一个或一组数据库操作。事务管理器:接收来自应用的事务命令，负责系统数据的完整性，保证并发运行的多个SQL命令相互不冲突；保证系统出现故障时不丢失不损坏数据。并发控制管理器(调度器):保证事务的原子性(atomcity)和隔离性(isolation)。Lock.日志和恢复管理器:保证事务的持久性(durability)。

Logging.Page361.2数据库管理系统概述

ACID性质Atomicity(原子性):eitherallofatransactionbeexecutedornoneofitis.Consistency(一致性):keepconsistentstate.Isolation(独立性):Whentwoormoretransactionsrunconcurrently,theireffectsmustbeisolatedfromoneanother.Durability(持久性):Ifatransactionhascompleteditswork,itseffectshouldnotgetlostwhilethesystemfail,evenifitfailsimmediatelyafterthetransactioncompletes.

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查询处理器：Querycompiler(编译器):将查询转换成某种内部形式，称为查询计划.

Queryparser(分析器):构造查询树.

Querypreprocessor(预处理器):生成初始查询计划

Queryoptimizer(优化器):利用统计数据及索引Executionengine:执行选定查询计划的每一步，为了对数据进行操作，它必须将数据由数据库

读入缓冲区，必须与调度器交流以避免读到加锁的数据，它还要与日志管理器交互以保证所有数据库的改变都被日志正确地记录。Page381.2数据库管理系统概述

Client/Server(C/S)architectureDBClientDBClientDBServerJavaC/C++PowerBuilderDelphiVB…MSAccessMSSQLServerSybaseMySQLOracleIBMDB2…sqlrequestsqlrequestreplyreplyClient(客户):发出查询或其它指令的用户进程