《chap数据库存储》课件

数据库存储数据库存储是现代应用的关键要素，它负责管理和组织数据，并确保数据的安全性和可靠性。课程大纲数据模型概述介绍数据模型的概念、类型和作用，包括关系模型、层次模型、网状模型等。关系数据模型深入讲解关系数据模型的基本概念，包括关系、元组、属性、键等。关系代数和关系演算介绍关系代数和关系演算，并讲解其在数据库查询中的应用。SQL语言介绍介绍SQL语言的基本语法和常用语句，并讲解其在数据库操作中的应用。数据模型概述数据模型是描述数据结构和数据之间关系的一种抽象方法。它为数据库设计和实现提供蓝图，帮助理解数据结构和语义。常见数据模型包括关系模型、层次模型、网状模型、面向对象模型等。关系数据模型关系模型简介关系模型是当前最流行的数据模型之一。它基于集合论和数学理论，提供一种结构化的方法来存储和管理数据。关系模型特点数据以表格形式组织，称为关系。关系具有行（元组）和列（属性）的结构。关系模型的优点包括数据的一致性和完整性，以及易于理解和操作。关系代数和关系演算关系代数是基于集合论的数学模型，它提供了一组运算符，用于对关系数据进行操作和查询。关系演算是基于谓词逻辑的一种数据查询语言，它利用逻辑表达式来描述查询条件。1关系演算逻辑表达式2关系代数集合运算3数据查询提取信息关系代数和关系演算都是重要的理论基础，它们奠定了关系数据库管理系统的基础，为数据查询和操作提供了强大的理论支撑。SQL语言介绍1结构化查询语言SQL是一种用于访问和管理数据库的标准化语言。2数据定义语言DDL用于创建、修改和删除数据库对象。3数据操纵语言DML用于插入、更新和删除数据。4数据控制语言DCL用于控制对数据的访问权限。SQL数据定义语言创建数据库和表定义数据库名称、表名、字段名、数据类型、约束等信息。修改数据库和表修改表结构、字段类型、约束条件等。删除数据库和表删除数据库或表中的所有数据和结构。其他DDL语句创建索引、视图、存储过程等其他数据库对象。SQL数据操纵语言数据插入INSERT语句用于将新数据行插入数据库表中。数据更新UPDATE语句用于修改数据库表中已有数据行的值。数据删除DELETE语句用于从数据库表中删除数据行。数据查询SELECT语句用于从数据库表中检索数据。SQL数据控制语言数据访问控制控制用户访问权限和数据操作权限，确保数据安全。数据完整性约束使用约束规则来保证数据的准确性和一致性，防止无效数据的输入。数据备份与恢复定期备份数据库数据，在数据丢失时能够快速恢复。索引机制索引是数据库管理系统用于快速查找数据的结构。它类似于书籍的目录，帮助我们快速定位到想要的信息。索引可以有效提升查询性能，尤其是在大型数据库中。通过创建索引，我们可以避免扫描整个数据表，从而提高效率。B树和B+树索引B树B树是一种平衡的多路搜索树，适合磁盘存储。它能够快速查找、插入和删除数据。B树的每个节点可以包含多个数据项和子节点指针，它将数据存储在内部节点中，叶子节点存储实际数据。B+树B+树是在B树基础上改进的树结构，它将所有数据都存储在叶子节点中，内部节点仅包含索引信息。B+树更适合用于范围查询，因为叶子节点之间是顺序排列的，可以有效地遍历范围数据。哈希索引哈希函数哈希函数将键值映射到哈希表中的特定位置。键值查找直接根据哈希值定位数据，无需逐一比较。冲突处理当多个键值映射到相同位置时，需要采用冲突解决策略。聚簇索引和非聚簇索引聚簇索引数据物理存储顺序与索引顺序一致，主键索引通常为聚簇索引。非聚簇索引索引数据与实际数据存储位置不同，指向实际数据地址，可以包含多个非聚簇索引。两种索引区别聚簇索引只允许一个，非聚簇索引可以有多个，聚簇索引查询速度快，非聚簇索引查询速度较慢。数据库事务概述数据库事务是数据库管理系统(DBMS)中执行的一系列操作的逻辑单元。事务是数据库的基本单元，它是一个不可分割的工作单位，要么全部成功，要么全部失败。事务的原子性、一致性、隔离性和持久性(ACID)保证了数据库数据的一致性和完整性。事务是数据库系统中确保数据一致性和完整性的关键概念。ACID特性1原子性事务中所有操作要么全部成功，要么全部失败。2一致性事务执行完成后，数据库状态保持一致。3隔离性并发事务之间相互隔离，互不影响。4持久性事务提交后，数据修改永久保存。并发控制机制锁机制锁机制是并发控制的核心。它保证了在同一时间只有一个事务可以访问共享资源。时间戳排序时间戳排序利用每个事务开始和结束的时间戳来确定事务的执行顺序。多版本并发控制(MVCC)MVCC允许多个事务同时访问数据，即使数据正在被其他事务修改。死锁问题及解决1定义多个事务相互等待对方释放资源，导致所有事务都无法继续执行。2原因竞争资源不合理的事务调度3解决方法死锁预防死锁检测与恢复恢复机制概述数据库恢复是指在系统故障或人为错误导致数据丢失后，将数据库恢复到一致性状态的过程。恢复机制是保证数据安全和完整性的关键。数据库管理系统（DBMS）通常提供以下恢复机制：日志文件、备份、检查点。日志文件记录数据库操作的顺序，例如插入、删除、更新等。备份是定期创建数据库数据的副本。检查点是在特定时间点创建数据库状态的快照。这些机制协同工作以实现数据恢复。备份与恢复策略定期备份定期备份数据，防止数据丢失，可采用全备份、增量备份等策略。异地备份将数据备份到远离主数据中心的异地，提高数据安全性和可靠性。恢复测试定期进行数据恢复测试，验证备份数据的完整性和可恢复性。并行处理技术11.并行处理概述并行处理是指同时执行多个任务或操作，以提高效率和速度。22.并行处理类型常见的类型包括数据并行、任务并行和流水线并行。33.并行处理优势可以提高系统吞吐量，降低延迟，增强可扩展性。44.并行处理挑战需要解决数据分割、任务分配、同步和通信等问题。分布式数据库系统分布式数据库系统将数据分布在多个节点上。它能提高性能，可用性和扩展性，并支持大规模数据处理。常见类型包括：水平分割，垂直分割和复制数据库。NoSQL数据库非关系型数据库NoSQL数据库是不同于传统关系型数据库的一种数据库管理系统。它具有灵活的结构，可用于存储各种类型的数据，例如文档、图形和时间序列数据。优势高可扩展性高性能数据模型灵活应用场景适用于高并发、海量数据存储和处理的场景，例如社交媒体、电子商务和物联网应用。云数据库服务弹性扩展按需调整资源，满足业务需求。安全保障数据加密，访问控制，防止数据泄露。数据备份自动备份，快速恢复，保障数据安全。大数据时代的数据库大数据时代，数据量激增，传统数据库难以应对。新型数据库系统应运而生，例如NoSQL数据库、分布式数据库等，提供高扩展性、高可用性、低延迟等优势。同时，云数据库服务成为主流，提供弹性扩展和便捷管理。数据库安全性11.访问控制控制用户访问数据库资源的权限，确保敏感信息安全。22.数据加密使用加密算法保护敏感数据，防止未经授权的访问。33.审计跟踪记录数据库操作，方便追溯和安全分析。44.漏洞修复及时更新数据库软件和系统，修复安全漏洞，提高安全性。数据库性能优化索引优化选择合适的索引类型和索引策略，提高数据检索效率。查询优化使用高效的查询语句，避免低效的查询模式，优化查询计划。硬件优化选择合适的硬件配置，例如内存、磁盘和网络，提高数据库性能。数据库调优调整数据库参数，例如缓存大小、连接池和事务隔离级别，提高数据库效率。数据库发展趋势云原生数据库云计算正在改变数据管理方式。云原生数据库提供可扩展性、弹性和成本效益，适应快速变化