計算機等級考試四級數(shù)據(jù)庫重點難點分析
引言
1. 數(shù)據(jù)是描述現(xiàn)實世界事物的符號記錄，是用物理符號記錄下來的可以識別的信息。
數(shù)據(jù)是信息的符號表示，是載體;信息是數(shù)據(jù)的語義解釋，是內(nèi)涵。
2. 數(shù)據(jù)模型是對現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征的抽象，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的形式框架，用來描述數(shù)據(jù)的一組概念和定義，包括描述數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)聯(lián)系、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)語義以及數(shù)據(jù)一致性的概念工具。
滿足三條件：比較真實地模擬現(xiàn)實世界;易于人們理解;易于計算機實現(xiàn)
三個組成要素：數(shù)據(jù)結構(靜態(tài)，數(shù)據(jù)對象本身結構及之間的聯(lián)系)、數(shù)據(jù)操作(對數(shù)據(jù)對象操作及操作規(guī)則的集合)和完整性約束(語義約束：數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)內(nèi)部及之間聯(lián)系)
3. 模式是對數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，也稱為邏輯模式或概念模式。
外模式是對數(shù)據(jù)庫用戶能夠看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述，是與某一應用有關的數(shù)據(jù)的邏輯表示，也稱為子模式、用戶模式或用戶視圖。
內(nèi)模式是對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的物理結構和存儲方式的描述，也稱為物理模式或存儲模式。
當數(shù)據(jù)庫模式發(fā)生變化時，通過調(diào)整外模式/模式間的映像關系，使得應用程序不必隨之修改，從而保證數(shù)據(jù)與應用程序間的邏輯獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。
當數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的物理存儲結構改變時，通過調(diào)整模式/內(nèi)模式映像關系，保持數(shù)據(jù)庫模式不變，使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的外模式和應用程序不隨之改變，保證數(shù)據(jù)與應用程序間的物理獨立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨立性。
4. 數(shù)據(jù)庫是存儲在計算機內(nèi)的共享數(shù)據(jù)集合，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是一種數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)軟件。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)則是在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的軟硬件系統(tǒng)構成，包括了數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫應用程序。
5. DBMS的主要功能有數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)庫運行管理與控制、數(shù)據(jù)庫建立與維護。
DBMS包括查詢處理器和存儲管理器。查詢處理器實現(xiàn)面向用戶的查詢分析處理和優(yōu)化功能。存儲管理器為用戶和應用程序提供了訪問存儲在數(shù)據(jù)庫文件中的應用數(shù)據(jù)的接口。
6.關系模型 用二維表表示實體及實體之間的聯(lián)系，現(xiàn)實世界中的每個客觀對象對應表中的一行叫做一條記錄，表中的每個列(屬性)描述對象類的某一特征，列的值(屬性的取值)刻畫和描述客觀對象的某一具體的特征。
優(yōu)缺點：建立在“集合”“關系”上，嚴格成熟的理念基礎;用關系表示實體及之間聯(lián)系，簡單易懂;存儲路徑透明，較好的數(shù)據(jù)獨立性和安全保密性;查詢效率低于非關系模型。
數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)生命周期
2.1 軟件生命周期是指軟件產(chǎn)品從考慮其概念開始，到該產(chǎn)品不再使用的整個時期。一般包括概念階段、需求階段、設計階段、實現(xiàn)階段、測試階段、安裝部署及交付階段、運行階段與維護階段。數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)需求是指用戶對數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)在功能、性能、行為、設計約束等方面的期望和要求：數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理、業(yè)務、性能、其他存儲安全備份與恢復等。
2.2 數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)生命周期模型
1.瀑布模型原理，項目規(guī)劃、需求分析、系統(tǒng)設計、實現(xiàn)與部署、運行管理與維護五部分
2.快速原型模型和增量模型原理，允許漸進、迭代地開發(fā)DBAS。
3.根據(jù)DBAS的軟件組成和各自功能，細化DBAS需求分析和設計階段，引入了數(shù)據(jù)組織與存儲設計、數(shù)據(jù)訪問與處理設計、應用設計三條設計主線，分別用于設計DBAS中的數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫事務和應用程序。
4.設計階段細分為概念設計、邏輯設計、物理設計三個步驟，每一步涵蓋三條設計主線。
需求分析及功能建模方法
3.1 數(shù)據(jù)元素(列)是數(shù)據(jù)處理中的最小單位。
3.2 DFD圖：數(shù)據(jù)流(標有名字的箭頭)、處理、數(shù)據(jù)存儲(橫圓柱)、數(shù)據(jù)源/終點(棱形)
3.3 IDEF0圖：更好地理解需求;ICOM(輸入、控制、輸出、機制)碼;至少一個控制和輸出箭頭。A-0;A0(頂層圖);A1;A11
3.4 DFD與IDEF0的比較：結構化分析思想：自頂而下逐級細化
1.DFD圖用箭頭也叫數(shù)據(jù)流來描述數(shù)據(jù)移動的方向、數(shù)據(jù)處理之間的數(shù)據(jù)依賴關系，IDEF0圖也用箭頭表示數(shù)據(jù)流，但不強調(diào)流或順序，強調(diào)數(shù)據(jù)約束，箭頭語義更豐富。
2.DFD模型有四種元素，IDEF0圖只有兩種：箭頭和活動
3.IDEF0圖更加規(guī)范。其概念、建模方法、畫圖規(guī)則等均有說明和規(guī)定
4.IDEF0模型結構更清楚，便于理解和溝通
3.5 結構化分析及建模方法的優(yōu)點：
1)不過早陷入具體的細節(jié)，從整體或宏觀入手分析問題，如業(yè)務系統(tǒng)的總體結構，系統(tǒng)及子系統(tǒng)的關系。
2)通過圖形化的模型對象直觀地表示系統(tǒng)完成什么功能，方便系統(tǒng)分析員理解和描述系統(tǒng)。
3)模型對象不涉及太多技術術語，便于用戶理解模型。
數(shù)據(jù)庫概念設計與數(shù)據(jù)建模
4.1 概念設計的目的和任務：面向現(xiàn)實世界，理解和描述應用領域中的數(shù)據(jù)需求，分析確定系統(tǒng)需要存儲和處理什么數(shù)據(jù)。過程：確定實體集;確定聯(lián)系和聯(lián)系類型;建立由信息模型表示的業(yè)務模型;確定實體集屬性;優(yōu)化信息模型。
4.2 實體集描述具有相同屬性特征和性質(zhì)的事物集合;屬性描述實體集具有的某一特征或性質(zhì)
4.3 IDEF1X：標定型(子依父實例才標定)(確定型);非標定型(確定型);分類;不確定
關系數(shù)據(jù)庫邏輯設計
5.1 關系數(shù)據(jù)庫：按照二維表格組織和存儲的相互關聯(lián)的關系(表)的集合。
關系數(shù)據(jù)庫采用關系模型在計算機中組織、存儲、處理和管理數(shù)據(jù)。
5.2 主碼約束：惟一性;最小性，不能取空值，并且取值要唯一
外碼約束：如果兩個關系R和S，X是R的屬性或屬性組，且X不是R的碼，但X是S的碼，則稱X是R的外碼。或者取空值，或者等于S中某個元組的主碼的值。
5.3 邏輯設計的內(nèi)容：定義和描述數(shù)據(jù)庫的全局邏輯結構、數(shù)據(jù)之間的關系、數(shù)據(jù)的完整性等
目的：得到實際數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)可以處理的數(shù)據(jù)庫模式。
步聚：ER圖轉化關系模式;優(yōu)化關系模式;數(shù)據(jù)完整性設計;外模式設計
5.4 關系模式描述關系的靜態(tài)結構，由模式名、屬性、完整性約束組成，關系是一個表中記錄的集合，關注和強調(diào)的是值(模式實例)的集合，也是關系模式在某一時刻狀態(tài)的反映。
5.5 關系的完整性(完整性約束)：對關系所滿足條件的定義。作用：限定和檢查數(shù)據(jù)庫所含實例的合法性和正確性。靜態(tài)：主碼、外碼、域(用戶定義);動態(tài)：基于業(yè)務規(guī)則
5.6 偽傳遞規(guī)則：X-Y，YW-Z，則XW-Z成立。
5.7 規(guī)范化設計理論的主要內(nèi)容是范式，即關系模式滿足的條件，它是數(shù)據(jù)庫邏輯設計的指南，也是衡量關系模式設計優(yōu)劣的標準。目的：消除數(shù)據(jù)冗余及避免操作異常，基本過程：對關系進行分解。一個低級范式的關系模式通過分解(投影)方法可轉換成多個高一級范式的關系模式的集合，這個過程叫規(guī)范化。
5.8 1NF：R的每一屬性均不可再分;
2NF：是1NF且每個非主屬性完全依賴于主碼。在1上消除非主屬性對主碼的部分函數(shù)依賴;
3NF：是1NF且每個非主屬性只依賴于主碼。在2上消除非主屬對主碼的傳遞函數(shù)依賴。
5.9 ER模型轉換關系模型：實體集轉為同名關系;聯(lián)系轉為一個關系，各實體集的碼及聯(lián)系的屬性轉為關系的屬性(1：1均可、1：n取n、m：n取集);合并具有相同碼的關系。
存儲技術與數(shù)據(jù)庫物理設計
6.1 物理設計是在具體的硬件環(huán)境、OS、DBMS約束下，基于邏輯設計，設計具體數(shù)據(jù)存儲結構和存取方式。目的：占用空間少、訪問效率高、維護代價低。主要步驟有數(shù)據(jù)庫邏輯模式調(diào)整、文件組織與存取設計、數(shù)據(jù)分布設計、安全模式設計、確定系統(tǒng)配置、物理模式評估。
6.2 索引技術(Indexing)是一種快速文件訪問技術，它將文件記錄在某個或某些域(或稱為屬性)上的取值與該記錄的物理地址直接聯(lián)系起來，提供了一種根據(jù)記錄域的取值快速訪問文件記錄的機制。索引文件是一種利用索引技術支持快速文件訪問的文件組織和存取方法。
索引加快了查詢記錄卻減慢了數(shù)據(jù)更新速度，本身還占用一定的存儲空間。
6.3 文件組織：如何將關系數(shù)據(jù)庫中的關系映射為操作系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫文件，及管理文件。
文件結構：如何將DB文件中的邏輯記錄映射到物理文件的中磁盤塊。
文件存取：針對某種結構的DB文件，如何查、添刪改其中的邏輯記錄
6.4 數(shù)據(jù)字典：數(shù)據(jù)庫各類對象的描述信息、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的控制信息。包括關系模式信息、與視圖描述有關的信息、關系的存儲結構和存取方法信息、完整性約束、安全性有關的信息、數(shù)據(jù)庫運行統(tǒng)計信息。
作用：DBA用來監(jiān)視DBMS的使用情況并協(xié)助完成管理工作;一般用戶可用于查閱部分數(shù)據(jù)庫結構信息;DBS運行時各子系統(tǒng)頻繁使用以完成相應的存儲和查詢處理功能。
6.5 DBMS的三種完整性控制機制：CHECK子句、斷言、觸發(fā)器
斷言語句：Create assertion 斷言約束名 check (…)
6.6 堆文件：數(shù)據(jù)量少且操作頻繁;批量加載數(shù)據(jù)(先選為堆文件再調(diào)整文件結構)
順序文件：查詢條件定義在查找碼上;快速的二分查找
散列文件：基于散列域值的等值匹配，特別是訪問順序是隨機的。非精確查詢;非散列域
B-樹和B+-樹：大數(shù)據(jù)量基本表;聚焦文件：多表連接操作
6.7有序索引技術利用索引文件實現(xiàn)查找碼取值到記錄物理地址間的映射關系。索引文件由索引記錄組成，每個記錄中的索引項記錄了某個特定的查找碼值和具有該值的數(shù)據(jù)文件記錄的物理地址。
當需要訪問數(shù)據(jù)文件中某個數(shù)據(jù)記錄時，先根據(jù)查找碼值查閱索引文件，找到對應的索引項，然后從索引項中找出數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)文件中的物理地址.根據(jù)這個地址訪問數(shù)據(jù)記錄。
6.8散列技術是一種快速文件訪問技術，它利用散列函數(shù)實現(xiàn)文件記錄域取值到記錄物理地址間的直接映射關系。當需要訪問數(shù)據(jù)文件中查找碼值為si的某個或某些文件記錄時，將si作為散列函數(shù)h的輸入計算得出的散列函數(shù)輸出值h(si)就是文件記錄在數(shù)據(jù)文件中的物理地址。
6.9 權限：允許用戶對一給定的數(shù)據(jù)庫對象可執(zhí)行的操作(查詢、添刪改、新建、備份等)。
數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)功能設計
7.1軟件體系結構：軟件架構={構件，連接件，約束}
7.2 軟件設計包括系統(tǒng)的總體結構設計、系統(tǒng)的過程設計、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)設計三方面內(nèi)容(+人機界面設計)，從工程管理的角度，分為概要設計、詳細設計
7.3 應用軟件分為數(shù)據(jù)庫事務和應用程序。后者一方面可以與數(shù)據(jù)庫事務協(xié)調(diào)合作，另一方面還可實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫訪問無關的功能，如通信、人機交互。
7.4 事務：具有邏輯獨立功能的一系列操作的集合，實現(xiàn)了某些特定的業(yè)務規(guī)則。
7.5 事務概要設計的核心是辨識和設計事務自身的事務處理邏輯，采用面向數(shù)據(jù)流的程序設計方法設計事務內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理流程和結構。
7.6 C/S結構特點：數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)處理被分在客戶端和服務器上;服務器可支持多個客戶端;客戶端也可訪問多個服務器;客戶端=人機交互+數(shù)據(jù)處理
B/S結構特點：表示層，WEB瀏覽器;功能層，WEB應用服務器;數(shù)據(jù)層，DBMS服務
優(yōu)點：實現(xiàn)人面交互、應用業(yè)務邏輯處理、數(shù)據(jù)管理三層分離，提高了系統(tǒng)的可維護性;用WEB瀏覽器可訪問多個異構應用平臺，解決了跨平臺數(shù)據(jù)管理問題。
sql
8.1 sql=structured query language，結構化查詢語言
8.2 二進制字符串是用十六進制表示的，0x前綴
8.3 創(chuàng)建表：create table table_card
#p#
事務高度與并發(fā)控制
9.1 調(diào)度：定義在多個事務上的調(diào)度是這些事務的所有操作的一個執(zhí)行序列，代表了這些操作的執(zhí)行順序;沖突操作：事務Ti 的操作Ii與事務Tj的操作Ij是沖突的，當且僅當Ii 和 Ij訪問數(shù)據(jù)庫中同一個數(shù)據(jù)項Q，并且Ii 和 Ij中至少有一個是寫操作write(Q);沖突可串行：一個并發(fā)調(diào)度沖突等價于某個串行調(diào)度(判斷一個并行調(diào)度是否正確)
死鎖是指數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中部分或全部事務由于無法獲得對需要訪問的數(shù)據(jù)項的控制權而處于等待狀態(tài)，并且將一直等待下去的一種系統(tǒng)狀態(tài)。
9.2 ACID：Atomicity原子性;Consistency一致性;Isolation隔離性;Durability持久性
9.3 1級加鎖協(xié)議要求事務T在修改數(shù)據(jù)項Q之前必須先對Q加X鎖，直到事務結束才釋放該鎖。事務結束包括正常結束(commit)和非正常結束(rollback)。但事務如果是只讀Q而不對其進行修改，是不需要對Q加鎖的。
2級加鎖協(xié)議是在1級加鎖協(xié)議基礎上，要求事務T在讀取數(shù)據(jù)項Q之前必須先對其加S鎖，讀完Q后可以立即釋放S鎖。
3級加鎖協(xié)議則是在1級加鎖協(xié)議基礎上，要求事務T在讀取數(shù)據(jù)項Q之前必須先對其加S鎖，但是需要等到事務結束時才釋放該S鎖。
9.4 2階段鎖協(xié)議將每個事務的執(zhí)行過程分為加鎖階段和解鎖階段。在加鎖階段，事務可以申請獲得數(shù)據(jù)項上的任何類型的鎖，但不允許釋放任何鎖。在解鎖階段，事務可以釋放任何數(shù)據(jù)項上的任何類型的鎖，但不能再申請任何鎖。每個事務開始執(zhí)行后就進入了加鎖階段。當?shù)谝淮吾尫沛i后，即轉入解鎖階段。
9.5解決死鎖主要采用死鎖預防和死鎖檢測與恢復兩類方法。
死鎖預防利用死鎖預防協(xié)議，通過破壞死鎖產(chǎn)生的必要條件來避免系統(tǒng)進入死鎖狀態(tài)。
一次性加鎖法;順序加鎖法
死鎖檢測與恢復則是允許系統(tǒng)進入死鎖狀態(tài)，并且定期檢查系統(tǒng)是否發(fā)生死鎖。當發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)生死鎖后，采取相應的恢復機制使系統(tǒng)擺脫死鎖狀態(tài)。
9.6活鎖產(chǎn)生的原因是在系統(tǒng)非死鎖狀態(tài)下，某些事務由于始終無法獲得對所需訪問的數(shù)據(jù)項的控制權而長期等待下去，無法繼續(xù)執(zhí)行。
9.7 鎖粒度大：被加鎖數(shù)據(jù)項少、事務并發(fā)執(zhí)行度低、系統(tǒng)開銷小;鎖粒度小則反之
9.8 基于鎖的并發(fā)控制技術的原理
數(shù)據(jù)庫的實施、運行和維護
10.1 試運行：功能測試;性能測試
10.2 數(shù)據(jù)庫維護：數(shù)據(jù)庫的轉儲和恢復;數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性控制;數(shù)據(jù)庫性能的檢測和改善;數(shù)據(jù)庫的重組和重構
10.3 數(shù)據(jù)庫安全：行政手段制定規(guī)范;權限管理、口令等;維護多個數(shù)據(jù)副本;防及除毒
10.4 數(shù)據(jù)庫重組：按照系統(tǒng)設計要求對數(shù)據(jù)庫存儲空間進行全面調(diào)整;數(shù)據(jù)庫重構：業(yè)務小范圍變化需對數(shù)據(jù)庫邏輯結構作必要改變。
10.5 數(shù)據(jù)庫監(jiān)控分析：DBA借助相應工具監(jiān)測數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運行情況，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，評估整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，為系統(tǒng)的安全運行和性能優(yōu)化提供依據(jù)。
10.6 數(shù)據(jù)庫空間管理：數(shù)據(jù)量增加和碎片使性能降低;空間溢出會帶來災難性停機故障。
包括：創(chuàng)建修改刪除數(shù)據(jù)庫空間、新建移動關聯(lián)數(shù)據(jù)文件等。
10.7 數(shù)據(jù)庫參數(shù)調(diào)整：外部調(diào)整：CPU、網(wǎng)絡;調(diào)整內(nèi)存分配(改善程度大);調(diào)整磁盤I/O(I/O時間是響應時間的最大組成部分);調(diào)整競爭
10.8 數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化：合理使用索引;避免或簡化排序(Order by、Group by，磁盤排序比內(nèi)存排序開銷大速度慢);避免相關子查詢、外連接(左右連接比內(nèi)連接消耗大);存儲過程
10.9 屬于Oracle 但不屬于SQL Server的邏輯和物理空間結構：表空間、段、區(qū)
故障管理
11.1 故障種類：事務內(nèi)部故障(事務回滾撤消修改)、系統(tǒng)故障(影響事務不壞數(shù)據(jù))、介質(zhì)故障(軟件容錯、硬件容錯)、病毒
11.2 系統(tǒng)故障對策：重啟，撤消(UNDO)未提交的事務，重做(REDO)已提交的事務
11.3 軟件容錯：備份、日志文件，利用恢復技術;硬件容錯：雙物理存儲設備
11.4 恢復基本原理：冗余，即所有數(shù)據(jù)均可通過存儲在別處的冗余數(shù)據(jù)來重建。
11.5 對于經(jīng)常進行數(shù)據(jù)操作的數(shù)據(jù)庫：完全轉儲+差異轉儲
11.6 以記錄為單位的日志文件：開始標記(Ti BEGIN TRANSACTION)、結束標記(Ti COMMIT或者Ti ROLLBACK)、每個事務的所有操作(Ti，A，50，80)
11.7 以數(shù)據(jù)塊為單位的日志文件：存放更新前和更新后的整個數(shù)據(jù)塊。只有事務標識和被更新的數(shù)據(jù)塊，沒有操作類型和操作對象。
11.8 日志的作用：用來進行業(yè)務故障和系統(tǒng)故障恢復;協(xié)助后備副本進行介質(zhì)故障恢復(動態(tài)轉儲必用);記錄操作監(jiān)視行為分析問題
登記原則：登記次序嚴格按并行事務執(zhí)行次序;必須先寫日志文件再寫數(shù)據(jù)庫
11.9 檢查點：最大限度減少數(shù)據(jù)庫完全恢復時所必須執(zhí)行的日志部分(針對系統(tǒng)故障)。
11.10 數(shù)據(jù)庫鏡像：提高數(shù)據(jù)庫可用性的解決方案(比如介質(zhì)故障，兩臺服務器相互備份)
優(yōu)點：提供完整或幾近完整的數(shù)據(jù)冗余，增強數(shù)據(jù)保護;發(fā)生介質(zhì)故障時，數(shù)據(jù)不會丟失且服務不會中斷，提高數(shù)據(jù)庫可用性;提高鏡像數(shù)據(jù)庫在升級期間的可用性。
雙機互備援模式(均為主);雙機熱備份模式(一主一備份機)。數(shù)據(jù)庫鏡像可用于并發(fā)操作。
11.11 RAID廉價冗余磁盤陣列：(鏡像冗余、)校驗冗余：對成員磁盤上的數(shù)據(jù)執(zhí)行異或(XOR)操作得到其校驗值并存放在另外的校驗磁盤上。當某個磁盤發(fā)生故障時，只須計算其他磁盤上的校驗數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的異或便可重新得到該磁盤的值。
sql server2000數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)
12.1 四個服務：sql server 核心服務;
sql server agent：代理服務，代理定期進行的管理工作;
dtc:distributed transaction coordinator，分布式事務協(xié)調(diào)器，同一事務訪問多個服務器
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