【系统架构设计师】第三章 数据库系统

数据库模式（⭐）
分布式数据库（⭐⭐⭐）
数据库设计阶段（⭐⭐）
概念结构设计-ER模型（⭐）
逻辑结构设计-关系模式（⭐⭐）
关系代数（⭐⭐⭐⭐）
规范化理论（⭐⭐⭐⭐⭐）
并发控制（⭐）
数据库的安全性（⭐）
数据库备份与恢复技术（⭐）
数据库性能优化（⭐）

一、数据库模式

外模式和概念模式保证逻辑独立性，概念模式和内模式保证物理独立性

关系的 3 种类型

• 基本关系（通常又称为基本表或基表）：实际存在的表，实际存储数据的逻辑表示
• 查询表：查询结果对应的表
• 视图表：由基表或其他视图表导出来的表，本身不独立存储，数据库只存放它的定义，常称为虚表

数据库视图
他是一个虚拟表（逻辑上的表），其内容由查询定义（仅保存 SQL 查询语句）。同真实的表一样，示图包含一系列带有名称的列和行数据。但是，视图并没有真正存储这些数据，而是通过查询原始表动态生成所需要的数据。因此视图的查询比较慢，性能较差

视图的优点

• 视图能简化用户操作
• 视图使用户能以多种角度看待同一数据
• 视图对重构数据库提供了一定程度的逻辑独立性
• 视图可以对机密数据提供安全保护

物化视图
它不是传统意义上的虚拟视图，是实体化视图，其本身会存储数据。同时当原始表中的数据更新时，物化视图也会更新。但是当数据更新时，原表和物化视图都需要修改，导致整个系统变慢

二、分布式数据库

分布式数据库的特点

• 数据独立性：除了数据的逻辑独立性与物理独立性外，还有分布独立性（分布透明性）
• 集中与自治共享结合的控制结构：各局部的 DBMS 可以独立地管理局部数据库，具有自治的功能。同时，系统又设有集中控制机制，协调各局部 DBMS 的工作，执行全局应用
• 适当增加数据冗余度：在不同的场地存储同一数据的多个副本，可以提高系统的可靠性和可用性，同时也能提高系统性能
• 全局的一致性、可串行性和可恢复性
  
  
  

三、数据库设计过程

四、概念结构设计

集成的方法

• 多个局部 E-R 图一次集成
• 逐步集成，用累加的方式一次集成两个局部 E-R

集成产生的冲突

• 属性冲突：包括属性冲突和属性取值冲突
• 命名冲突：包括同名异义和异名同义
• 结构冲突：包括同一对象在不同应用中具有不同的抽象，以及同一实体在不同局部 E-R 图中所包含的属性个数和属性排列次序不完全相同

五、关系模型基本概念

关系模型是一种数据模型，数据模型包含三要素：数据结构、数据操作、数据的约束条件

六、逻辑结构设计

E-R 图向关系模式的转换

• 实体向关系模式的转换
• 联系向关系模式的转换

关系模式的规范化
确定完整性约束（保证数据的正确性）
用户视图的确定（提高数据的安全性和独立性）

• 根据数据流图确定处理过程使用的视图
• 根据用户类别确定不同用户使用的视图

应用程序设计

七、关系代数

八、规范化理论

非规范化存在的问题
数据冗余、更新异常（修改操作一致性问题）、插入异常、删除异常

基本概念
设 R(U,F) 是属性 U 上的一个关系模式，X 和 Y 是 U 的子集，r 为 R 的任一关系，如果对于 r 中的任意两个元组 u，v，只要有 u[X]=v[X]，就有 u[Y]=V[X]，则称 X 函数决定 Y，或称 Y 函数依赖于 X，记为 X→Y

1.求候选键的过程

• 将关系模式的函数依赖用“有向图”的方式表示
• 找入度为 0 的属性，并以该属性集合为起点，尝试遍历有向图，若能正常遍历图中所有节点，则该属性集即为关系模式的候选键
• 若入度为 0 的属性集不能遍历图中所有结点，则需要尝试性地将一些中间节点（既有入度，也有出度的结点）并入入度为 0 的属性集中，直至该集合能遍历所有结点，集合为候选键

2.Armstrong 公理

3.范式判断

第一范式
在关系模式 R 中，当且仅当所有域只包含原子值，即每个属性都是不可再分的数据项，则称关系模式 R 是第一范式

第二范式
当且仅当实体 E 是第一范式，且每一个非主属性完全依赖主键（不存在部分依赖）时，则称实体 E 是第二范式

第三范式
当且仅当实体 E 是第二范式，且 E 中没有非主属性传递依赖于候选键时，则称实体 E 是第三范式

BC 范式
设 R 是一个关系模式，F 是它的依赖集，R 属于 BCNF 当且仅当其 F 中每个依赖的决定因素必定包含 R 的某个候选码

九、模式分解

保持函数依赖分解

无损分解
不能还原就是有损，可以还原就是无损。无损联接分解：指将要给关系模式分解成若干个关系模式后，通过自然联接和投影等运算仍能还原到原来的关系模式

十、并发控制

ACID
原子性、一致性、隔离性、持久性

并发读写问题
脏读、不可重复读、幻读

封锁协议

十一、数据库的安全性

十二、数据库备份与恢复技术

• 冷备份也称为静态备份，是将数据库正常关闭，在停止状态下，将数据库的文件全部备份（复制）下来
• 热备份也称为动态备份，是利用备份软件，在数据库正常运行的状态下，将数据库中的数据文件备份出来
  
• 完全备份：备份所有数据
• 差量备份：仅备份上一次完全备份之后变化的数据
• 增量备份：备份上一次备份之后变化的数据
  
• 撤销事务（UNDO）：故障发生时未完成的事务，放入 Undo 撤销
• 重做事务（REDO）：故障发生前已提交的事务，放入 Redo 重做

十三、数据库性能优化