数据库基础

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基本概念

常见的数据库产品有：关系型数据库MySQL，非关系型mongoDB，时序型InfluxDB,图型Neo4j；

这些数据库需要解决的共性问题如下：

  1. 数据模型、规范化理论：组织数据
  2. 数据定义和操作语言：存取数据
  3. 安全性控制：用户的操作数据的权限
  4. 并发性控制：多人操作同一数据
  5. 数据恢复：故障的补救
  6. 数据仓库、 数据挖掘 ：分析和发现有价值的数据

数据

数据是一种符号序列，它的内容是事物特性的反映。

数据是对现实世界的事物采用计算机能够识别、存储和处理的方式进行描述，或者说是计算机化的信息。

  • 不仅包括数字、字母、文字和其他特殊字符；
  • 而且还包括图形、图像、声音等多媒体数据。

数据库

数据库(Database,简称DB)是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合。

  • 数据按一定的数据模型组织、描述和储存
  • 可为各种用户共享
  • 冗余度较小
  • 数据独立性较高
  • 易扩展

数据库系统

数据库系统（Database System，简称DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。
在不引起混淆的情况下常常把数据库系统简称为数据库。组成如下：

  • 硬件系统
  • 数据库集合
  • 数据库管理系统及相关软件
  • 数据库管理员（DBA）
  • 用户

表

表是二维结构，它包括行和列。一个表包括一组相关的实体——实体集。有时，术语实体集和表经常互换使用。

数据库系统使用关系来组织数据元素的，因此称关系就是表也不过分；每一个表对应于一个应用实体集，而每行则代表实体的一个事例。

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数据库管理系统

DBMS：一个能够让用户定义、创建和维护数据库以及控制对数据库访问的软件系统。

  • 查询处理器主要有四部分：
    • DDL编译器：
    • DML 编译器；
    • 嵌入式DML的预编译器；
    • 查询运行核心程序；
  • 存储管理器主要有四个部分：
    • 授权和完整性管理器；
    • 事务管理器；
    • 文件管理器；
    • 缓冲区管理器；

根据这些组件的功能，可以总结出DBMS的功能：

  1. 数据库定义功能：提供数据定义语言（DDL，Data Define Language）对各级数据模式精确定义。
  2. 数据操纵功能：提供对数据库中的数据进行追加、插入、修改、删除、检索等操作。
  3. 数据库运行控制功能：提供数据控制语言（DCL，Data Control Language）。数据库的恢复、并发控制、完整性控制、安全性控制；
  4. 数据库的维护功能：包括数据库的初始数据的载入、转换功能、数据库的转储功能、数据库的重组织功能和性质监视、分析功能等。
  5. 数据字典：数据字典(Data Dictionary，记为DD)。DD中存放着数据库三级结构的描述。对于数据库的操作都要通过查阅DD进行。

数据管理技术体系

根据计算机系统的结构不同，数据库系统结构可分为：

  • 集中式
  • 客户机/服务器式
  • 并行式
  • 分布式
  • 基于互联网

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三级结构模式

型，值

型（Type）：对某一类数据的结构和属性的说明，类似于表头
值（Value）：是型的一个具体赋值，是表里的某项数据；
例如：学生记录
记录型：（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）
该记录型的一个记录值：（900201，李明，男，计算机，22，江苏）

模式，实例

模式（Schema）

  • 是型的描述
  • 反映的是数据的结构及其联系
  • 模式是相对稳定的

实例（Instance）

  • 模式的一个具体值
  • 反映数据库某一时刻的状态
  • 同一个模式可以有很多实例
  • 实例随数据库中的数据的更新而更新

数据库中的三级模式结构包括以下三个层次：外模式、概念模式和内模式。这个结构旨在将数据库系统中的物理存储和逻辑设计分离开来，以提高数据的独立性和安全性

内模式

  • 定义：内模式是数据库的物理存储结构，描述了数据在存储设备上的具体存储方式。
  • 作用：内模式处理数据的物理存储和访问方法，优化数据库性能。
  • 特点：
    • 包括数据存储格式、索引、访问路径、数据压缩等物理细节。
    • 提供数据的物理独立性，逻辑设计的改变不会影响物理存储。
    • 关注性能优化、数据安全性和数据完整性。

概念模式

  • 定义：概念模式是数据库的全局逻辑结构，描述了所有数据及其关系。它是数据库设计者和管理员所用的模式。
  • 作用：概念模式独立于物理存储，提供一个全局的数据模型，确保数据的一致性和完整性。
  • 特点：
    • 包含所有数据实体、属性、数据类型、关系、约束等的定义。
    • 独立于应用程序和物理存储。
    • 逻辑上组织了整个数据库，提供了数据视图的一致性。

外模式

  • 定义：外模式是数据库的用户视图，它定义了用户如何看待数据库中的数据。每个用户或应用程序可以有一个或多个外模式。
  • 作用：外模式屏蔽了数据库的复杂性，提供了定制化的数据视图，确保用户只访问他们需要的数据。这提高了数据的安全性和使用的便捷性。
  • 特点：
    • 可以包括部分的数据库数据。
    • 可以对数据进行重新组织和格式化以适应特定的应用需求。
    • 不影响数据库的物理存储结构。

三层模式体系结构如下：

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用户访问数据库的过程

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