數據庫系統概論課后習題及參考答案(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 　　答： 數據抽象是對實際的人、物、事和概念進行人為處理，抽取所關心的共同特性，忽略非本質的細節，并把這些特性用各種概念精確地加以描述，這些概念組成了某種模型。 　　如分類這種抽象是：定義某一類概念作為現實世界中一組對象的類型。這些對象具有某些共同的特性和行為。它抽象了對象值和型之間的 “is member of”的語義。在ER模型中，實體型就是這種抽象。例如在學校環境中，李英是老師，表示李英是教師類型中的一員，則教師是實體型，李英是教師實體型中的一個實體值，具有教師共同的特性和行為：在某個系某個專業教學，講授某些課程，從事某個方向的科研。 。 　　答： 　　重要性： 　　數據庫概念設計是整個數據庫設計的關鍵，將在需求分析階段所得到的應用需求首先抽象為概念結構，以此作為各種數據模型的共同基礎，從而能更好地、更準確地用某一 DBMS實現這些需求。 　　設計步驟： 　　概念結構的設計方法有多種，其中最經常采用的策略是自底向上方法，該方法的設計步驟通常分為兩步：第 1步是抽象數據并設計局部視圖，第2步是集成局部視圖，得到全局的概念結構 ？構成ER圖的基本要素是什么？ 　　答： ER圖為實體聯系圖，提供了表示實體型、屬性和聯系的方法，用來描述現實世界的概念模型。 　　構成 ER圖的基本要素是實體型、屬性和聯系，其表示方法為： 　　 實體型：用矩形表示，矩形框內寫明實體名； 　　 屬性：用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應的實體連接起來； 　　 聯系：用菱形表示，菱形框內寫明聯系名，并用無向邊分別與有關實體連接起來，同時在無向邊旁標上聯系的類型（ 1 : 1，1 : n或m : n）。 11. 為什么要視圖集成？視圖集成的方法是什么？ 　　答：在對數據庫系統進行概念結構設計時一般采用自底向上的設計方法，把繁雜的大系統分解子系統。首先設計各個子系統的局部視圖，然后通過視圖集成的方式將各子系統有機的融合起來，綜合成一個系統的總視圖。這樣設計清晰，由簡到繁。由于數據庫系統是從整體角度看待和描述數據的，因此數據不再面向某個應用而是整個系統。因此必須進行視圖集成，使得數據庫能被全系統的多個用戶、多個應用共享使用。 　　一般說來，視圖集成可以有兩種方式： 　　 多個分 ER圖一次集成； 　　 逐步集成，用累加的方式一次集成兩個分 ER圖。 　　無論采用哪種方式，每次集成局部 ER圖時都需要分兩步走： 　?。?1）合并。解決各分ER圖之間的沖突，將各分ER圖合并起來生成初步ER圖。 　?。?2）修改和重構。消除不必要的冗余，生成基本ER圖。 12. 什么是數據庫的邏輯結構設計？試述其設計步驟。 　　答：數據庫的邏輯結構設計就是把概念結構設計階段設計好的基本 ER圖轉換為與選用的DBMS產品所支持的數據模型相符合的邏輯結構。 　　設計步驟為： 　　（ 1）將概念結構轉換為一般的關系、網狀、層次模型； 　　（ 2）將轉換來的關系、網狀、層次模型向特定DBMS支持下的數據模型轉換； 　?。?3）對數據模型進行優化。 第七章 數據庫恢復技術 （教材261頁） 。 　　答：事務是用戶定義的一個數據庫操作序列，這些操作要么全做要么全不做 ,是一個不可分割的工作單位。 　　事務具有四個特性：原子性（ Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）和持續性（Durability）。這個四個特性也簡稱為ACID特性。 　　原子性：事務是數據庫的邏輯工作單位，事務中包括的諸操作要么都做，要么都不做。 　　一致性：事務執行的結果必須是使數據庫從一個一致性狀態變到另一個一致性狀態。 　　隔離性：一個事務的執行不能被其他事務干擾。即一個事務內部的操作及使用的數據對其他并發事務是隔離的，并發執行的各個事務之間不能互相干擾。 　　持續性：持續性也稱永久性（ Permanence），指一個事務一旦提交，它對數據庫中數據的改變就應該是永久性的。接下來的其他操作或故障不應該對其執行結果有任何影響。 ，請列舉一例說明之。 　　答：事務執行的結果必須是使數據庫從一個一致性狀態變到另一個一致性狀態。如果數據庫系統運行中發生故障，有些事務尚未完成就被迫中斷，這些未完成事務對數據庫所做的修改有一部分已寫入物理數據庫，這時數據庫就處于一種不正確的狀態，或者說是不一致的狀態。 　　例如某工廠的庫存管理系統中，要把數量為 Q的某種零件從倉庫1移到倉庫2存放。 　　則可以定義一個事務 T，T包括兩個操作；Q1=Q1Q，Q2=Q2+Q。如果T非正常終止時只做了第一個操作，則數據庫就處于不一致性狀態，庫存量無緣無故少了Q。 ？它的功能是什么？ 　　答：因為計算機系統中硬件的故障、軟件的錯誤、操作員的失誤以及惡意的破壞是不可避免的，這些故障輕則造成運行事務非正常中斷，影響數據庫中數據的正確性，重則破壞數據庫，使數據庫中全部或部分數據丟失，因此必須要有恢復子系統。 恢復子系統的功能是：把數據庫從錯誤狀態恢復到某一已知的正確狀態（亦稱為一致狀態或完整狀態）。 4．數據庫運行中可能產生的故障有哪幾類？哪些故障影響事務的正常執行？哪些故障破壞數據庫數據？ 　　答：數據庫系統中可能發生各種各樣的故障，大致可以分以下幾類： 　?。?1）事務內部的故障； 　?。?2）系統故障； 　?。?3）介質故障； 　?。?4）計算機病毒。 事務故障、系統故障和介質故障影響事務的正常執行；介質故障和計算機病毒破壞數據庫數據。 5．據庫恢復的基本技術有哪些？ 　　答：數據轉儲和登錄日志文件是數據庫恢復的基本技術。 　　當系統運行過程中發生故障，利用轉儲的數據庫后備副本和日志文件就可以將數據庫恢復到故障前的某個一致性狀態。 6. 數據庫轉儲的意義是什么？ 試比較各種數據轉儲方法。 　　答：數據轉儲是數據庫恢復中采用的基本技術。所謂轉儲即 DBA定期地將數據庫復制到磁帶或另一個磁盤上保存起來的過程。當數據庫遭到破壞后可以將后備副本重新裝入，將數據庫恢復到轉儲時的狀態。 　　靜態轉儲：在系統中無運行事務時進行的轉儲操作。靜態轉儲簡單，但必須等待正運行的用戶事務結束才能進行。同樣，新的事務必須等待轉儲結束才能執行。顯然，這會降低數據庫的可用性。 　　動態轉儲：指轉儲期間允許對數據庫進行存取或修改。動態轉儲可克服靜態轉儲的缺點，它不用等待正在運行的用戶事務結束，也不會影響新事務的運行。但是，轉儲結束時后援副本上的數據并不能保證正確有效。因為轉儲期間運行的事務可能修改了某些數據，使得后援副本上的數據不是數據庫的一致版本。 　　為此，必須把轉儲期間各事務對數據庫的修改活動登記下來，建立日志文件（ log file）。這樣，后援副本加上日志文件就能得到數據庫某一時刻的正確狀態。 　　轉儲還可以分為海量轉儲和增量轉儲兩種方式。 　　海量轉儲是指每次轉儲全部數據庫。增量轉儲則指每次只轉儲上一次轉儲后更新過的數據。從恢復角度看，使用海量轉儲得到的后備副本進行恢復一般說來更簡單些。但如果數據庫很大，事務處理又十分頻繁，則增量轉儲方式更實用更有效。 7. 什么是日志文件？為什么要設立日志文件？ 　　答：（ 1）日志文件是用來記錄事務對數據庫的更新操作的文件。 　?。?2）設立日志文件的目的是： 進行事務故障恢復；進行系統故障恢復；協助后備副本進行介質故障恢復。 8. 登記日志文件時為什么必須先寫日志文件，后寫數據庫？ 　　答：把對數據的修改寫到數據庫中和把表示這個修改的日志記錄寫到日志文件中是兩個不同的操作。有可能在這兩個操作之間發生故障，即這兩個寫操作只完成了一個。 　　如果先寫了數據庫修改，而在運行記錄中沒有登記這個修改，則以后就無法恢復這個修改了。如果先寫日志，但沒有修改數據庫，在恢復時只不過是多執行一次 UNDO操作，并不會影響數據庫的正確性。所以一定要先寫日志文件，即首先把日志記錄寫到日志文件中，然后寫數據庫的修改。 9. 針對不同的故障，試給出恢復的策略和方法。（即如何進行事務故障的恢復？系統故障的恢復？介質故障恢復？） 　　答：事務故障的恢復： 　　事務故障的恢復是由 DBMS自動完成的，對用戶是透明的。 DBMS執行恢復步驟是： 　?。?1）反向掃描文件日志（即從最后向前掃描日志文件），查找該事務的更新操作。 　?。?2）對該事務的更新操作執行逆操作。即將日志記錄中“更新前的值”寫入數據庫。 　?。?3）繼續反向掃描日志文件，做同樣處理。 　　（ 4）如此處理下去，直至讀到此事務的開始標記，該事務故障的恢復就完成了。 　　系統故障的恢復： 　　系統故障可能會造成數據庫處于不一致狀態： 　　一是未完成事務對數據庫的更新可能已寫入數據庫； 　　二是已提交事務對數據庫的更新可能還留在緩沖區，沒來得及寫入數據庫。 　　因此恢復操作就是要撤銷 (UNDO)故障發生時未完成的事務，重做(REDO)已完成的事務。 　　系統的恢復步驟是： 　?。?1）正向掃描日志文件，找出在故障發生前已經提交的事務隊列（REDO隊列）和未完成的事務隊列（UNDO隊列）。 　　（ 2）對撤銷隊列中的各個事務進行UNDO處理。 　　進行 UNDO處理的方法是，反向掃描日志文件，對每個UNDO事務的更新操作執行逆操作，即將日志記錄中“更新前的值”（Before Image）寫入數據庫。 　?。?3）對重做隊列中的各個事務進行REDO處理。 　　進行 REDO處理的方法是：正向掃描日志文件，對每個REDO事務重新執行日志文件登記的操作。即將日志記錄中“更新后的值”（After Image）寫入數據庫。 　　介質故障的恢復： 　　介質故障是最嚴重的一種故障。 　　恢復方法是重裝數據庫，然后重做已完成的事務。具體過程是： 　　（ 1）DBA裝入最新的數據庫后備副本（離故障發生時刻最近的轉儲副本），使數據庫恢復到轉儲時的一致性狀態。 　?。?2）DBA裝入轉儲結束時刻的日志文件副本 　?。?3）DBA啟動系統恢復命令，由DBMS完成恢復功能，即重做已完成的事務。 10. 具有檢查點的恢復技術有什么優點？ 　　答：利用日志技術進行數據庫恢復時，恢復子系統必須搜索日志，確定哪些事務需要 REDO，哪些事務需要UNDO。一般來說，需要檢查所有日志記錄。這樣做有兩個問題： 　　一是搜索整個日志將耗費大量的時間。 　　二是很多需要 REDO處理的事務實際上已經將它們的更新操作結果寫到數據庫中了，恢復子系統又重新執行了這些操作，浪費了大量時間。 　　檢查點技術就是為了解決這些問題。 11. 試述使用檢查點方法進行恢復的步驟。 　　答：① 從重新開始文件中找到最后一個檢查點記錄在日志文件中的地址，由該地址在日志文件中找到最后一個檢查點記錄。 　　② 由該檢查點記錄得到檢查點建立時刻所有正在執行的事務清單 ACTIVELIST。 　　這里建立兩個事務隊列 : 　　 UNDOLIST: 需要執行undo操作的事務集合； 　　 REDOLIST: 需要執行redo操作的事務集合； 　　把 ACTIVELIST暫時放入UNDOLIST隊列，REDO隊列暫為空。 　?、?從檢查點開始正向掃描日志文件 　　 如有新開始的事務 Ti，把Ti暫時放入UNDOLIST隊列； 　　 如有提交的事務 Tj，把Tj從UNDOLIST隊列移到REDOLIST隊列，直到日志文件結束； 　?、?對 UNDOLIST中的每個事務執行UNDO操作, 對REDOLIST中的每個事務執行REDO操作。 12. 什么是數據庫鏡像？它有什么用途？ 　　答：數據庫鏡像即根據 DBA的要求，自動把整個數據庫或者其中的部分關鍵數據復制到另一個磁盤上。每當主數據庫更新時，DBMS自動把更新后的數據復制過去，即DBMS自動保證鏡像數據與主數據的一致性。 　　數據庫鏡像的用途有： 　　一是用于數據庫恢復。當出現介質故障時，可由鏡像磁盤繼續提供使用，同時 DBMS自動利用鏡像磁盤數據進行數據庫的恢復，不需要關閉系統和重裝數據庫副本。 　　二是提高數據庫的可用性。在沒有出現故障時，當一個用戶對某個數據加排它鎖進行修改時，其他用戶可以讀鏡像數據庫上的數據，而不必等待該用戶釋放鎖。 第八章 數據庫并發控制 （教材280頁） 1. 在數據庫中為什么要并發控制？ 　　答：數據庫是共享資源，通常有許多個事務同時在運行。 　　當多個事務并發地存取數據庫時就會產生同時讀取和 /或修改同一數據的情況。若對并發操作不加控制就可能會存取和存儲不正確的數據，破壞數據庫的一致性。所以數據庫管理系統必須提供并發控制機制。 2. 并發操作可能會產生哪幾類數據不一致？用什么方法能避免各種不一致的情況？ 　　答：并發操作帶來的數據不一致性包括三類：丟失修改、不可重復讀和讀 “臟”數據。 　?。?1）丟失修改（Lost Update） 　　兩個事務 T1和T2讀入同一數據并修改，T2提交的結果破壞了（覆蓋了）T1提交的結果，導致T1的修改被丟失。 　?。?2）不可重復讀（NonRepeatable Read） 　　不可重復讀是指事務 T1讀取數據后，事務T2執行更新操作，使T1無法再現前一次讀取結果。 　　（ 3）讀“臟”數據（Dirty Read） 　　讀 “臟”數據是指事務T1修改某一數據，并將其寫回磁盤，事務T2讀取同一數據后，T1由于某種原因被撤銷，這時T1已修改過的數據恢復原值，T2讀到的數據就與數據庫中的數據不一致，則T2讀到的數據就為“臟”數據，即不正確的數據。 　　避免不一致性的方法和技術就是并發控制。最常用的并發控制技術是封鎖技術。 　　也可以用其他技術，例如在分布式數據庫系統中可以采用時間戳方法來進行并發控制。 3. 什么是封鎖？ 　　答：封鎖就是事務 T在對某個數據對象例如表、記錄等操作之前，