Introduction

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Purpose of Database Systems

数据库系统用来解决这些问题

• data redundancy (数据冗余) and inconsistency

• data isolation (数据孤立，数据孤岛)

• difficulty in accessing data

• Integrity problems (完整性问题)

  • 完整的约束条件被藏在数据和代码中，而不是显式地声明。 e.g. "account balance≥1"

• Atomicity problems (原子性问题)

  • Failures may leave database in an inconsistent state with partial updates carried out e.g. 从 A 账户转账到 B, 我们必须保证 A 转出 B 转入这两件事同时进行，不能被打断。

• Concurrent access anomalies (并发访问异常)

  • Uncontrolled concurrent accesses can lead to inconsistencies

• Security problems

  • Authentication (认证), Priviledge (权限), Audit (审计)

数据视图

数据模型

• 数据库结构的基础是数据模型(data model)，描述了data, data relationships, data semantics, data constrains，可划分为四类：

  • 关系模型(relational model)：经典的二维表

  • 实体-联系模型(entity-relationship model)：E-R模型用于数据库设计

    E-R图示例

    +----------------+          +----------------+
    |    Student     |          |     Course     |
    |----------------|          |----------------|
    | StudentID      |          | CourseID       |
    | Name           |          | CourseName     |
    | Age            |          | Credits        |
    +----------------+          +----------------+
            |                          |
            |                          |
            +----------Enrolls---------+
    

  • 半结构化数据模型(semi-structured data model)

  • 基于对象的数据模型(object-based data model)

数据抽象

• 物理层(physical level)：最低层次的抽象，描述数据实际上是如何存储的

• 逻辑层(logical level)：描述数据库存储什么数据以及数据间的联系

• 视图层(view level)：最高层次的抽象，只描述整个数据库的某个部分。很多用户并不需要所有的信息，只需要访问数据库的一部分，视图层的存在让用户与系统的交互更简单。

数据库语言

• 数据库系统提供数据定义语言(data-definition language, DDL)来定义数据库模式，同时提供数据操纵语言(data-manipulation language, DML)来表达数据库的查询和更新。这两个并不是互相分离的语言，是单一SQL语言的不同部分

DDL

• DDL语言提供了指明一些约束的工具

  • 域约束(domain constraint)：

  • 引用完整性(referential integrity)

  • 授权(authorization)

DML

• 基本上有两种类型的DML：

  • 过程化的DML(procedural)：要求用户制定需要什么数据以及如何获得

  • 声明式的DML(declarative/non-procedural)：只要求用户制定需要什么数据，不需要指明如何获得

SQL

• SQL查询语言是non-procedural