【大学课件】数据库管理系统

数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)是用于创建、维护和访问数据库的软件系统。DBMS允许用户存储、检索、更新和删除数据，并确保数据的完整性和一致性。什么是数据库管理系统数据管理的工具数据库管理系统（DBMS）是用于创建、维护和访问数据库的软件。组织和管理数据DBMS帮助组织和管理数据，使其易于访问、更新和检索。各种应用场景DBMS应用于各种场景，如银行、电商、社交媒体、医疗保健等。数据库管理系统的组成数据库服务器数据库服务器用于存储和管理数据库数据。它通常运行在强大的硬件和操作系统上，并提供高效的数据访问和存储功能。数据库软件数据库软件是管理数据库的软件，它提供创建、维护、查询和访问数据库的功能。它负责数据库的组织、存储和管理。用户界面用户界面提供用户与数据库交互的方式。它可以是图形化的界面，也可以是命令行界面，方便用户管理和操作数据库。网络网络连接允许多个用户通过网络访问数据库服务器，实现数据共享和协同工作。数据库管理系统的功能数据存储和管理数据库管理系统负责存储、组织和管理数据。它提供数据结构，例如表、索引和视图，以有效地存储和访问数据。数据访问和检索数据库管理系统允许用户查询和检索存储在数据库中的数据，并提供各种查询语言，例如SQL，以实现灵活的数据访问。数据完整性和一致性数据库管理系统通过实施数据完整性约束，例如主键和外键，来确保数据的准确性和一致性，并防止数据错误。数据安全性数据库管理系统提供安全机制，例如用户身份验证、访问控制和数据加密，以保护数据免受未经授权的访问和修改。数据库模型层次模型层次模型是一种树状结构，数据之间存在一对多的关系。它具有简单的结构，易于理解和实现，但难以表达复杂的关系。网状模型网状模型是一种更灵活的模型，允许数据之间存在多对多的关系。它可以表达更复杂的关系，但结构复杂，难以维护。关系模型关系模型是目前最常用的数据库模型，它将数据存储在关系表中，每个关系表都有一个主键，用于唯一标识每条记录。它简单易懂，易于扩展和维护。层次模型1树状结构层次模型以树状结构组织数据，每个节点表示一个记录类型，并具有唯一的上级节点。2一对多关系层次模型通过一对多关系连接各个节点，例如，部门与员工之间存在一对多关系。3数据共享层次模型允许数据共享，但共享范围有限，通常仅限于同一层级或父节点下的子节点。4数据完整性层次模型通过层级结构保证数据的完整性，但难以表达复杂的数据关系。网状模型层次结构数据以树形结构组织，每个节点可以有多个父节点和子节点。复杂关系允许数据之间存在复杂的关联关系，例如一对多、多对多等。数据冗余由于数据共享，数据冗余度较高，可能导致数据一致性问题。数据独立性低数据结构的修改会影响应用程序，不利于系统维护和扩展。关系模型数据结构关系模型使用二维表格来表示数据，表中的每一行代表一个记录，每一列代表一个属性。数据操作关系模型使用关系代数或结构化查询语言(SQL)进行数据操作，例如插入、删除、更新和查询数据。数据完整性关系模型通过定义数据约束来确保数据的一致性和完整性，例如主键约束、外键约束和数据类型约束。优点关系模型简单易懂，易于维护，具有良好的数据完整性和一致性。数据库系统的结构物理层负责数据存储和管理，包括存储设备、文件组织、数据访问方法等。逻辑层描述数据类型、结构和关系，用户可以通过数据模型来访问数据。应用层为用户提供与数据库交互的界面，包括应用程序、查询语言和工具。物理层存储设备物理层使用各种存储设备，如磁盘、磁带、固态硬盘，将数据永久保存。存储设备提供数据存储的物理介质，是数据库管理系统的数据基础。文件系统文件系统管理数据在存储设备上的组织方式，提供文件操作的接口。数据库管理系统通过文件系统访问数据，并进行管理和操作。逻辑层数据模型描述数据的结构和关系，例如关系模型、层次模型、网状模型等。数据类型定义数据库中不同数据项的类型，例如整数、字符串、日期等。数据完整性保证数据的准确性和一致性，包括实体完整性、参照完整性等。应用层1用户界面提供用户与数据库交互的界面。用户可以通过应用程序、命令行工具或图形界面访问数据库。2应用软件应用程序利用数据库管理系统提供的接口，完成特定的任务，例如数据查询、更新、报表生成等。3数据访问层负责与数据库管理系统进行通信，将用户的请求转化为数据库操作指令。4数据模型定义了数据的结构和关系，为应用程序提供访问和操作数据的标准。数据定义语言(DDL)数据定义语言(DDL)DDL用于创建、修改和删除数据库对象，如表、视图、索引和存储过程等。DDL操作会立即生效，并持久存储在数据库中。数据操纵语言(DML)数据插入DML用于向数据库表中插入新的数据记录。数据更新DML用于修改现有数据记录中的数据。数据删除DML用于从数据库表中删除数据记录。数据查询DML用于检索数据库表中的数据。数据控制语言(DCL)权限管理DCL用于管理数据库用户的访问权限和操作权限，例如创建用户、授权、回收权限等。数据安全DCL通过控制用户访问数据的方式，确保数据完整性和安全性，防止恶意访问和数据泄露。数据完整性DCL可通过约束条件和触发器来确保数据的完整性和一致性，防止数据错误和非法操作。事务管理原子性事务是一个不可分割的工作单元。一致性事务执行前后，数据库必须保持一致性状态。隔离性多个事务并发执行时，互不干扰。持久性事务一旦提交，其结果必须永久保存。并发控制多用户访问多个用户可能同时访问数据库，需要确保数据一致性。事务隔离不同事务之间的操作相互隔离，避免相互影响。数据完整性并发控制机制保证数据的一致性和完整性。故障恢复数据丢失风险数据库故障会导致数据丢失，影响业务运营。备份与恢复定期备份数据库，并在故障发生后进行数据恢复，确保数据安全。日志记录记录数据库操作日志，以便在故障发生后进行数据恢复。容错机制采用冗余备份、主备切换等机制，提高数据库的可靠性和容错能力。数据库安全性数据加密保护敏感信息，防止未经授权的访问。访问控制限制用户对数据的访问权限，确保数据完整性。审计跟踪记录所有数据库操作，用于识别安全问题。权限管理用户身份验证数据库系统会验证用户的身份，确保只有授权的用户才能访问数据。身份验证通常使用用户名和密码。访问控制数据库系统会根据用户的权限，控制用户可以访问哪些数据。例如，某些用户可能只能读取数据，而其他用户则可以修改数据。数据库备份与恢复11.定期备份定期备份数据库数据，以防止数据丢失。22.备份策略根据数据重要性和业务需求，制定不同的备份策略。33.恢复方案制定详细的恢复方案，确保数据能够快速恢复。44.备份验证定期进行备份验证，确保备份数据的完整性和有效性。大数据时代的数据库管理系统传统关系型数据库难以应对海量数据。大数据时代，新的数据库管理系统应运而生。NoSQL数据库非关系型数据库NoSQL是“NotOnlySQL”的缩写，它是一种非关系型数据库，不遵循关系数据库的标准SQL查询语言，而是采用其他数据模型，例如键值对、文档、图形和列存储。灵活性和可扩展性NoSQL数据库提供了高度的灵活性和可扩展性，能够更好地处理非结构化数据，例如社交媒体数据、传感器数据和地理空间数据。性能优势NoSQL数据库通常比关系型数据库具有更高的性能，因为它们可以更有效地处理大规模数据集。云数据库优势云数据库提供灵活的扩展性和成本效益，按需使用。可用性云数据库通常具有高可用性，保证数据安全性和服务可靠性。管理云数据库服务提供商管理基础设施，减少维护和管理工作。类型常见云数据库类型包括关系型数据库（RDS）、NoSQL数据库、数据仓库等。分布式数据库11.数据分布将数据分散存储在多个节点上，提高存储容量和性能。22.并行处理多个节点同时处理数据，提高处理效率，降低延迟。33.高可用性即使部分节点出现故障，系统依然可以正常运行。44.可扩展性通过添加节点来扩展系统容量，满足不断增长的数据需求。数据库系统设计原则数据库系统设计原则旨在确保数据库系统高效、可靠、安全、易于维护和扩展。这些原则指导数据库开发人员创建结构合理、功能强大、符合用户需求的数据库系统。数据需求分析数据需求分析是数据库系统设计的第一步，也是最关键的一步。1明确业务需求理解业务目标和需求2识别数据实体确定需要存储的实体和属性3定义数据关系分析实体之间的关联关系4制定数据模型根据关系设计数据模型通过对业务需求的深入分析，可以明确数据库需要存储哪些数据，以及这些数据之间如何关联。概念结构设计1识别实体确定数据模型中需要表示的现实世界对象2识别属性确定实体的特性和描述信息3识别关系确定实体之间的关联和联系4建立E-R图用图形方式表示实体、属性和关系概念结构设计是数据库设计的第一步，它描述了数据模型的总体结构，独立于具体的数据库管理系统。逻辑结构设计1关系模式设计逻辑结构设计阶段，需要将概念模型转换为关系模型，定义每个关系模式的属性、主键和外键。2数据类型选择根据每个属性的特性，选择合适的數據类型，例如整数、字符、日期等。3完整性约束定义为关系模式添加完整性约束，例如主键约束、外键约束和数据类型约束，保证数据的准确性和完整性。物理结构设计物理结构设计是数据库系统设计的最后一步，它将逻辑结构转换为物理存储结构。这一步骤涉及选择合适的存储设备、文件组织方式、索引方法等，以确保数据库的性能、可靠性和安全性。1存储设备选择磁盘、SSD、云存储2文件组织顺序文件、索引文件、哈希文件3索引方法B树、哈希索引物理结构设计需要权衡性能、存储成本和维护成本等因素。经验丰富的数据库管理员能够根据具体需求选择最优的物理结构，从而提高数据库的整体效率。数据库管理系统的发展趋势云数据库的普及云计算技术的发展，推动