數據庫系統介紹

鄧志剛大綱數據庫發展數據模型三種類型數據庫的介紹Sql優化(重點)SaaS系統中的數據模型設計(補充)

數據庫在計算機系統中的位置數據庫管理系統操作系統

數據庫系統發展?數據模型–數據結構,操作–層次,網狀,關系,OO,時態,空間,圖,時空,文本,工程,生物,地理,圖像數據庫等?運行環境–集中式,分布式,并行,Cluster,Web,移動,嵌入,數據網格等?主動,實時數據庫（緩沖數據庫OracleWebCache）等?事務處理

數據庫系統發展及其相互關系示意圖

數據庫方法優點–數據共享–減少數據冗余–數據一致–支持事務處理–數據完整性–數據安全性–并發控制–數據標準–數據獨立（邏輯獨立、物理獨立）

數據模型?數據模型為數據特征的抽象：–真實描述現實世界–易為人所理解–便于在計算機上實現?DBMS支持的數據模型直接支持用戶對現實世界的描述，其能力受實現模型的限制?抽象方法：用三層模型逐步抽象三層模型逐步抽象三層模型表示

物理層——對用戶透明–數據的表示（存儲格式）–數據的索引–高效的操作實現–一致性維護及故障處理邏輯層——數據模型–用戶通過DBMS看到的現實世界–傳統的DBMS模型：層次，網絡，關系模型–新型的DBMS模型：O—O模型，對象—關系模型等概念層——直接面對用戶–語義表達能力強–易于被用戶理解–獨立于任何DBMS–易于向邏輯模型轉換–語義模型

傳統數據模型?層次模型（Hierarchicalsystem1960s)–C.W.BachmanIDS(IntegratedDataStore)–樹結構模型–指針導航式操作–數據被多個應用共享?網狀模型（NetworkSystem1970s)–CODASYLDBTG報告–圖結構模型–指針導航式操作關系模型（Relationalsystem1980s)–E.F.CODD1969-1970提出–二維表結構模型–集合操作–產品:DB2,Ingres,Informix,SQLserver,Oracle,Sybase,等.

圖靈獎

–Bachman(networkDB)in1973–E.F.Codd(RelationalDB)in1981–JimGray(Transaction)in1998

新領域的應用需求?復雜的數據類型定義：–抽象數據類型，–無結構超長數據類型，–時間，版本數據類型，–圖像，圖形數據類型，特點：結構復雜，難于用關系模型描述。?復雜對象的存取結構；?對象間復雜多樣的語義聯系及關聯查詢；?長事務和嵌套事務的處理；?對象模型的演進和版本控制；?程序設計語言與數據庫語言的無縫集成。

傳統數據庫系統的局限性?面向機器的語法數據模型：–強調高度結構化數據抽象簡單語義表示能力差?直接使用的缺點–數據庫結構與外部結構不一致–由聯接構造的視圖不可更新–關系系統是基于值的?數據類型簡單，固定簡單類型：整形，實型，字串，等等固定的類型集合，不支持ADT和嵌套?結構與行為完全分離–不支持抽象行為描述?阻抗失配–SQL與通用編程語言的失配編程模式失配/類型系統不匹配?被動響應

數據抽象?Aggregation（聚合）–Part-of聯系?Generalization（泛化）–Is-a聯系?Specialization（特化）–Is-a聯系

聚合（aggregation)抽象舉例

泛化（generalization）抽象舉例

泛化vs特化

概念模型及其描述工具E/R模型：實體—聯系模型–用實體描述對象屬性–用聯系描述對象間的語義關系缺點：–語義表達能力不夠強–不能描述實體的行為語義對象模型（SemanticObjectModel）–定義了7種對象類型，增強了對象語義表達能力–可以描述聚合抽象和繼承抽象–描述對象間的聯系和依賴關系缺點：不能描述對象的行為基于UML的面向對象的模型（UnifiedModelingLanguage）–靜態對象模型描述對象的屬性，關聯，聚合，繼承，等等–動態對象模型描述對象行為，相互作用，合作和變化，等等–支持概念模型與邏輯模型無縫聯接缺點：基于XML的對象模型–易學，易擴充–易于快速開發軟件–已有多個工具可以支持結構轉換?問題：XML不是一個面向對象的語言–不提供對象間的聯接–不支持屬性內容的共享–不支持繼承和運算等O—O特征邏輯模型的發展

關系模型的擴充——復雜數據模型–結構擴充：嵌套關系模型–語義擴充：支持繼承，可以定義函數域和運算–局限性：?仍然用關鍵字標識元組?不支持太多的關聯語義?不區分類和實例面向對象模型——O—O模型–對象標識OID–對象封裝–類和類的嵌套–類和類的繼承–持久對象概念面向對象模型的問題：–索引與封裝–導航的計算與集合操作–數學基礎不完美–多重繼承的多義性–共享對象與持久對象的引用副作用，等等對象—關系模型——在關系的基礎上擴充面向對象的概念–支持抽象數據類型（允許定義復雜類型）–支持對象行為（允許定義操作)–支持復合對象（允許對象嵌套）–不支持繼承概念面向對象數據庫?面向對象方法在數據庫領域中的應用?面向對象數據庫的主要特征與要求–具有多種數據類型并能構造抽象數據類型能力–具有構造復雜數據結構與模式能力–具有多種數據操作能力–具有模式演化能力

面向對象模型關系與對象數據模型的比較

集中式數據庫系統分布式系統與分布式數據系統?計算機網絡的發展帶來了分布式系統?分布式系統是一些獨立的計算機集合，但是對這個系統的用戶來說，系統就像一臺計算機一樣?硬件角度單個計算機是自治的?軟件角度整個系統是一臺計算機?特點–高性價比、高速度、高可靠、高可擴展-------------------------------------------------------------------------?定義:物理上分散而邏輯上集中的數據庫系統.?特點–物理分布性數據不在單個Site上,按全局需求將數據劃分成一定的數據子集,分散存儲在各個Site上–邏輯整體性各個Site上的數據子集,相互間有嚴密的約束規則加以限定,邏輯上是一個整體–站點自治性各個Site上的數據(即LDB)是由本地的DBMS管理,具有自治處理能力

為什么需要分布式數據庫舉例:–某大公司分別在London,NewYork及北京有分公司.–職工數據:EMP(ENO,NAME,JOB,SALARY,…)?問題:–該職工數據表數據應該如何存儲

職工數據的訪問方式?大多數情形,職工數據被其服務的各分公司管理–E.g.工資,福利,聘用與解聘?定期地,總公司統一地訪問職工數據–E.g.總公司修改影響所有職工的利益計劃–E.g.根據公司的全體凈利潤,銷售確定年終分紅與公司發展計劃等

分布式數據庫組成同構型(Homogeneous)–各個Site上的DB數據模型相同,–進一步可分為同構同質型同構異質型?異構型(Heterogeneous)各個Site上的DB數據模型不同.分布控制的類型?集中型DDB的全局控制信息位于一個中心Site上?分散型每個Site上包含有全局控制信息的一個Copy?可變型DDB分成兩組,一組Site包含全局控制信息Copy(主Site),另一組不含全局Copy(輔Site)

分布DB的研究因此,分布式數據庫是要考慮在具有多處理器并可能是自治,異構情況下的數據管理–受影響的內容有:?數據組織?查詢處理?存取結構?并發控制?恢復處理參考面向對象數據庫系統及其應用>科學出版社<分布式數據庫系統及其應用>科學出版社2003年<數據庫系統全書>機械工業出版社數據庫核心SQLSql優化分析執行計劃理解優化器模式掌握Oracle中一些特性來提高SQL性能掌握書寫優化的SQL經驗性規則表分區https://localhost:1158/em/console/可用性>SQL工作表:oracle>統計信息設置優化器模式可以通過在初始化文件中設定optimizer_mode來設定優化器模式：choose：這是默認的優化器模式，如果統計數據存在，就使用CBO，否則使用RBO。

(CBO和RBO為不同的SQL優化器)

rule：忽略統計數據，完全基于數據字典的