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1、课程内容课程内容第七章：数据库设计第七章：数据库设计第九章：关系查询处理和查询优化第九章：关系查询处理和查询优化第十章：数据库恢复技术第十章：数据库恢复技术第十一章：并发控制第十一章：并发控制第七章：数据库设计第七章：数据库设计n n数据库设计概念及其步骤：数据库设计概念及其步骤：P198 2011. 1.需求分析阶段需求分析阶段2. 2.概念结构设概念结构设.计阶段计阶段3. 3.逻辑结构设计阶段逻辑结构设计阶段4. 4.数据库物理设计阶段数据库物理设计阶段5. 5.数据库实施阶段数据库实施阶段6. 6.数据库运行和维护阶段数据库运行和维护阶段7.2需求分析需求分析n n任务：任务：1. 1
2、.信息要求信息要求2. 2.处理要求处理要求3. 3.安全性和完整性要求安全性和完整性要求n n考虑系统的可扩充性考虑系统的可扩充性n n让用户多参与让用户多参与7.2.3 数据字典数据字典n n数据项数据项n n数据结构数据结构n n数据流数据流n n数据存储数据存储n n处理过程处理过程7.4逻辑结构设计逻辑结构设计n n将将概念结构转换为数据模型，即一般的关概念结构转换为数据模型，即一般的关系、网状或者层次模型系、网状或者层次模型n n将转换来的关系、网状或者层次模型向特将转换来的关系、网状或者层次模型向特定定DBMS支持下的数据模型转换支持下的数据模型转换n n对数据模型进行优化对数据
3、模型进行优化n n重点：重点：E-R图向关系模型的向关系模型的转换 P225数据库索引技术数据库索引技术 n n索引的作用：提高检索效率索引的作用：提高检索效率索引的作用：提高检索效率索引的作用：提高检索效率特定的文件组织方法可以提高检索效率，但是他只能特定的文件组织方法可以提高检索效率，但是他只能特定的文件组织方法可以提高检索效率，但是他只能特定的文件组织方法可以提高检索效率，但是他只能对有限的属性进行安排，而且受到一定程度的限制。对有限的属性进行安排，而且受到一定程度的限制。对有限的属性进行安排，而且受到一定程度的限制。对有限的属性进行安排，而且受到一定程度的限制。n n索引文件索引文件索
4、引文件索引文件索引文件是用于存放索引记录的数据文件，索引记录索引文件是用于存放索引记录的数据文件，索引记录索引文件是用于存放索引记录的数据文件，索引记录索引文件是用于存放索引记录的数据文件，索引记录一般结构如下：（索引键，记录指针）一般结构如下：（索引键，记录指针）一般结构如下：（索引键，记录指针）一般结构如下：（索引键，记录指针）n n两种基本的索引结构两种基本的索引结构两种基本的索引结构两种基本的索引结构1. 1.顺序索引结构顺序索引结构顺序索引结构顺序索引结构2. 2.HashHash索引结构索引结构索引结构索引结构第九章：关系查询处理和查询优化第九章：关系查询处理和查询优化n n查询优
5、化是影响关系查询优化是影响关系DBMS性能的关键因素性能的关键因素n n关系系统必须要通过查询优化才能达到用关系系统必须要通过查询优化才能达到用户可以接受的性能户可以接受的性能n n关系表达式的语义级别很高，提供了关系关系表达式的语义级别很高，提供了关系系统对于关系表达式优化的可能性系统对于关系表达式优化的可能性关系系统查询步骤关系系统查询步骤关系系统及其查询优化关系系统及其查询优化n n选择有效的策略，求得给定关系表达式的选择有效的策略，求得给定关系表达式的值值1. 1.优化器可以获取比应用程序更多的系统信优化器可以获取比应用程序更多的系统信息息2. 2.优化器可以自动适应数据库的信息改变优
6、化器可以自动适应数据库的信息改变3. 3.优化器可以考虑更多的执行计划优化器可以考虑更多的执行计划4. 4.优化器能够使用户不必了解复杂优化技术优化器能够使用户不必了解复杂优化技术的细节的细节查询优化的一般准则查询优化的一般准则1. 1.选择运算应尽可能先做选择运算应尽可能先做2. 2.投影运算应尽可能先做投影运算应尽可能先做3. 3.避免单纯的作笛卡儿积，把笛卡儿积和它避免单纯的作笛卡儿积，把笛卡儿积和它前后能结合的选择或投影合并一起做前后能结合的选择或投影合并一起做优化的一般步骤优化的一般步骤n n把把查询转化成某种内部表示，如语法树查询转化成某种内部表示，如语法树n n把语法树转换成标准
7、把语法树转换成标准(优化优化)形式形式n n选择底层的存取路径选择底层的存取路径n n生成查询计划，选择代价最小的生成查询计划，选择代价最小的语法树优化示例语法树优化示例Sname Student.Sno=SC.Sno SC.Cno=2StudentSCSname Cno=2StudentSC Student.Sno=SC.Sno语法树优化示例语法树优化示例(续续)Sname Cno=2StudentSC Student.Sno=SC.Sno练习练习P275 2P275 2Cname Student.Sno=SC.Sno SC.Cno=C.CnoStudent.Sdept=ISStudentS
8、CCCnameStudentSCC Student.Sno=SC.Sno SC.Cno=C.Cno Student.Sdept=IS第十章第十章:数据库恢复技术数据库恢复技术n n事务的基本概念事务的基本概念1. 1.一组操作成为一个整体一组操作成为一个整体2. 2.是并发控制的单位是并发控制的单位3. 3.实现数据安全性和完整性的功能要求实现数据安全性和完整性的功能要求n n事务管理的目的事务管理的目的 1. 1.在保证正确的前提下提高系统的并发度在保证正确的前提下提高系统的并发度2. 2.实现数据的持久存放实现数据的持久存放事务的特性事务的特性(ACID)1. 1.原子性原子性原子性原子性
9、(Atomicity):(Atomicity):保证一个事务完成或者不保证一个事务完成或者不保证一个事务完成或者不保证一个事务完成或者不完成完成完成完成 2. 2.一致性一致性一致性一致性(Consistency):(Consistency):数据库状态保持一致，数据库状态保持一致，数据库状态保持一致，数据库状态保持一致，这和应用系统编程时对事务的定义有关这和应用系统编程时对事务的定义有关这和应用系统编程时对事务的定义有关这和应用系统编程时对事务的定义有关 3. 3.隔离性隔离性隔离性隔离性(Isolation):(Isolation):事务各自独立，相互之间事务各自独立，相互之间事务各自独立
10、，相互之间事务各自独立，相互之间不影响不影响不影响不影响 4. 4.持续性持续性持续性持续性(Durability):(Durability):事务中所做的修改在提交事务中所做的修改在提交事务中所做的修改在提交事务中所做的修改在提交后长期有效，包括系统崩毁的情况下也不会丢后长期有效，包括系统崩毁的情况下也不会丢后长期有效，包括系统崩毁的情况下也不会丢后长期有效，包括系统崩毁的情况下也不会丢失失失失 事务特性示例：银行转帐事务特性示例：银行转帐 n n原子性：执行中间不被打断；原子性：执行中间不被打断；n n一致性：保证数据正确：一致性：保证数据正确：AB保持不变；保持不变；n n隔离性：两个事
11、务平行进行；隔离性：两个事务平行进行；n n持续性：保存以后的信息不丢失；持续性：保存以后的信息不丢失；定义事务的语句定义事务的语句BEGIN TRANSACTIONCOMMITROLLBACK数据库故障类型数据库故障类型n n事务故障：事务故障：事务故障：事务故障： 单个事务的故障单个事务的故障单个事务的故障单个事务的故障1. 1.事务运行过程中的自行中止：事务运行过程中的自行中止：事务运行过程中的自行中止：事务运行过程中的自行中止：RollbackRollback或者是程序出或者是程序出或者是程序出或者是程序出错错错错2. 2.事务管理器牺牲某一个事务事务管理器牺牲某一个事务事务管理器牺牲
12、某一个事务事务管理器牺牲某一个事务n n系统故障：整个数据库管理系统故障，系统系统故障：整个数据库管理系统故障，系统系统故障：整个数据库管理系统故障，系统系统故障：整个数据库管理系统故障，系统需要重新启动需要重新启动需要重新启动需要重新启动1. 1.操作系统，操作系统，操作系统，操作系统，DBMSDBMS自身故障；自身故障；自身故障；自身故障；2. 2.除存储介质故障以外的硬件故障：除存储介质故障以外的硬件故障：除存储介质故障以外的硬件故障：除存储介质故障以外的硬件故障：CPUCPU错，掉电等错，掉电等错，掉电等错，掉电等n n介质故障：显式写到磁盘上的数据可能不可介质故障：显式写到磁盘上的数
13、据可能不可介质故障：显式写到磁盘上的数据可能不可介质故障：显式写到磁盘上的数据可能不可靠靠靠靠n n计算机病毒计算机病毒计算机病毒计算机病毒恢复的基本原理恢复的基本原理冗余冗余n n数据转储数据转储数据转储数据转储n n登记日志文件登记日志文件登记日志文件登记日志文件数据转储和登记日志数据转储和登记日志n n登记日志文件遵循的原则登记日志文件遵循的原则P2841. 1.登记的次序严格按并发事务执行的时间次登记的次序严格按并发事务执行的时间次序序2. 2.必须先写日志文件，后写数据库必须先写日志文件，后写数据库n n先写日志原则：为了安全，一定要先写日先写日志原则：为了安全，一定要先写日志文件，
14、即首先把日志记录到日志文件中志文件，即首先把日志记录到日志文件中，然后写数据库的修改然后写数据库的修改第十一章：并发控制第十一章：并发控制n nP292 当多个用户并发地存取数据库时会当多个用户并发地存取数据库时会产生多个事务同时存取同一数据的情况产生多个事务同时存取同一数据的情况n n并发操作的不一致性并发操作的不一致性1. 1.丢失修改丢失修改2. 2.不可重复读不可重复读3. 3.读读“脏脏”数据数据11.2封锁封锁n nP294 封锁的定义封锁的定义n nP294 基本封锁的类型基本封锁的类型1. 1.排它锁排它锁(Exclusive Locks),X锁，写锁锁，写锁2. 2.共享锁共
15、享锁(Share Locks),S锁，读锁锁，读锁n n锁的相容矩阵锁的相容矩阵11.3活锁和死锁活锁和死锁n n对对资源的加锁导致活锁和死锁资源的加锁导致活锁和死锁n n对付死锁的方法对付死锁的方法1. 1.死锁的预防死锁的预防一次封锁法一次封锁法一次封锁法一次封锁法顺序封锁法顺序封锁法顺序封锁法顺序封锁法2. 2.死锁的诊断与解除死锁的诊断与解除超时法超时法超时法超时法等待图法等待图法等待图法等待图法11.4并发调度的可串行性并发调度的可串行性n n多个事务的并发执行是正确的，当且仅当多个事务的并发执行是正确的，当且仅当其结果与按某一次序串行地执行它们的结其结果与按某一次序串行地执行它们的
16、结果相同，我们称这种调度策略为可串行化果相同，我们称这种调度策略为可串行化的调度。的调度。11.5 两段锁协议两段锁协议n n所有事务必须分为两个阶段对数据加锁和所有事务必须分为两个阶段对数据加锁和解锁。解锁。对任何数据进行读写操作之前，首先要申请并对任何数据进行读写操作之前，首先要申请并对任何数据进行读写操作之前，首先要申请并对任何数据进行读写操作之前，首先要申请并获得对该数据的封锁获得对该数据的封锁获得对该数据的封锁获得对该数据的封锁在释放一个封锁之后，事务不再申请和获得任在释放一个封锁之后，事务不再申请和获得任在释放一个封锁之后，事务不再申请和获得任在释放一个封锁之后，事务不再申请和获得任何其他封锁何其他封锁何其他封锁何其他封锁11.7 封锁的粒度封锁的粒度n n封锁对象的大小称为封锁粒度。封锁对象封锁对象的大小称为封锁粒度。封锁对象可以是逻辑单元，也可以是物理单元。以可以是逻辑单元，也可以是物理单元。以关系数据库为例，可以是如属性，元组，关系数据库为例，可以是如属性，元组，表和数据库等逻辑单元；也可以是如页，表和数据库等逻辑单元；也可以是如页，块等物理单元。块等物理单元。
