數據庫知識培訓資料(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 次封鎖法要求每個事務必須一次將所有要使用的數據全部加鎖，否則就不能繼續執行。一次封鎖法雖然可以有效地防止死鎖的發生，但也存在問題，一次就將以后要用到的全部數據加鎖，勢必擴大了封鎖的范圍，從而降低了系統的并發度。順序封鎖法：順序封鎖法是預先對數據對象規定一個封鎖順序，所有事務都按這個順序實行封鎖。順序封鎖法可以有效地防止死鎖，但也同樣存在問題。事務的封鎖請求可以隨著事務的執行而動態地決定，很難事先確定每一個事務要封鎖哪些對象，因此也就很難按規定的順序去施加封鎖。 可見，在操作系統中廣為采用的預防死鎖的策略并不很適合數據庫的特點，因此DBMS在解決死鎖的問題上普遍采用的是診斷并解除死鎖的方法。2. 死鎖的診斷與解除① 超時法 如果一個事務的等待時間超過了規定的時限，就認為發生了死鎖。超時法實現簡單，但其不足也很明顯。一是有可能誤判死鎖，事務因為其他原因使等待時間超過時限，系統會誤認為發生了死鎖。二是時限若設置得太長，死鎖發生后不能及時發現。②等待圖法 事務等待圖是一個有向圖G=(T,U)。 T為結點的集合，每個結點表示正運行的事務；U為邊的集合，每條邊表示事務等待的情況。若T1等待T2 ,則TT2之間劃一條有向邊，從T1指向T2。事務等待圖動態地反映了所有事務的等待情況。并發控制子系統周期性地（比如每隔1分鐘）檢測事務等待圖，如果發現圖中存在回路，則表示系統中出現了死鎖。 DBMS的并發控制子系統一旦檢測到系統中存在死鎖，就要設法解除。通常采用的方法是選擇一個處理死鎖代價最小的事務，將其撤消，釋放此事務持有的所有的鎖，使其它事務得以繼續運行下去。當然，對撤消的事務所執行的數據修改操作必須加以恢復。如果一個事務運行過程中沒有其他事務同時運行，也就是說它沒有受到其他事務的干擾，那么就可以認為該事務的運行結果是正常的或者預想的。因此將所有事務串行起來的調度策略一定是正確的調度策略。雖然以不同的順序串行執行事務可能會產生不同的結果，但由于不會將數據庫置于不一致狀態，所以都是正確的。定義：多個事務的并發執行是正確的，當且僅當其結果與按某一次序串行地執行它們時的結果相同。我們稱這種調度策略為可串行化（Serializable）的調度。另外，在封鎖技術方面，SQL提供事務的四種一致性級別，從高到低分別是：u serializable（可串行化）u repeatable read（可重復讀）u read mitted（讀提交數據）u read unmitted（可讀未提交數據）數據庫安全：數據庫的安全性是指保護數據庫以防止不合法的使用所造成的數據泄露、更改或破壞。為降低進而消除對系統的安全攻擊，尤其是彌補原有系統在安全保護方面的缺陷，在計算機安全技術方面逐步建立了一套可信標準。在目前各國所引用或制定的一系列安全標準中，最重要的當推1985年美國國防部（DoD）正式頒布的《DoD可信計算機系統評估標準》（Trusted Computer System Evaluation Criteria，簡記為TCSEC)[1]或DoD85）。制定這個標準的目的主要有：⑴提供一種標準，使用戶可以對其計算機系統內敏感信息安全操作的可信程度做出評估。⑵給計算機行業的制造商提供一種可循的指導規則，使其產品能夠更好的滿足敏感應用的安全需求。 TCSEC又稱桔皮書，1991年4月美國NCSC（國家計算機安全中心）頒布了《可信計算機系統評估標準關于可信數據庫系統的解釋》（ Trusted Database Interpretation 簡記為TDI，即紫皮書）。將TCSEC擴展到數據庫管理系統。TDI中定義了數據庫管理系統的設計與實現中需滿足和用以進行安全性級別評估的標準。在TCSEC中建立的安全級別之間具有一種偏序向下兼容的關系，即較高安全性級別提供的安全保護要包含較低級別的所有保護要求，同時提供更多或更完善的保護能力。下面，我們簡略地對各個等級作一介紹。D級： D級是最低級別。保留D級的目的是為了將一切不符合更高標準的系統，統統歸于D組。如DOS就是操作系統中安全標準為D的典型例子。它具有操作系統的基本功能，如文件系統，進程調度等等，但在安全性方面幾乎沒有什么專門的機制來保障。C1級：只提供了非常初級的自主安全保護。能夠實現對用戶和數據的分離，進行自主存取控制（DAC），保護或限制用戶權限的傳播。現有的商業系統往往稍作改進即可滿足要求。C2級：實際是安全產品的最低檔次，提供受控的存取保護，即將C1級的DAC進一步細化，以個人身份注冊負責，并實施審計和資源隔離。很多商業產品已得到該級別的認證。達到C2級的產品在其名稱中往往不突出“安全”(Security)這一特色，如操作系統中Microsoft的Windows NT ，數字設備公司的Open VMS VAX 。數據庫產品有Oracle公司的Oracle 7，Sybase公司的 SQL Server 等。B1級：標記安全保護。對系統的數據加以標記，并對標記的主體和客體實施強制存取控制（MAC）以及審計等安全機制。B1級能夠較好地滿足大型企業或一般政府部門對于數據的安全需求，這一級別的產品才認為是真正意義上的安全產品。滿足此級別的產品前一般多冠以“安全”(Security)或“可信的”(Trusted)字樣，作為區別于普通產品的安全產品出售。例如，操作系統方面，典型的有數字設備公司的SEVMS VAX Version ，惠普公司的HPUX BLS release + 。數據庫方面則有Oracle公司的Trusted Oracle 7，Sybase公司的Secure SQL Server version ，Informix公司的Incorporated INFORMIXOnLine / Secure 。B2級：結構化保護。建立形式化的安全策略模型并對系統內的所有主體和客體實施DAC和MAC。 從互連網上的最新資料看，經過認證的、B2級以上的安全系統非常稀少。例如，符合B2標準的操作系統只有Trusted Information Systems公司的Trusted XENIX一種產品，符合B2標準的網絡產品只有Cryptek Secure Communications公司的LLC VSLAN一種產品，而數據庫方面則沒有符合B2標準的產品。B3級：安全域。該級的TCB必須滿足訪問監控器的要求，審計跟蹤能力更強，并提供系統恢復過程。A1級：驗證設計，即提供B3級保護的同時給出系統的形式化設計說明和驗證以確信各安全保護真正實現。 B2以上的系統標準更多地還處于理論研究階段，產品化以至商品化的程度都不高，其應用也多限于一些特殊的部門如軍隊等。但美國正在大力發展安全產品，試圖將目前僅限于少數領域應用的B2安全級別或更高安全級別下放到商業應用中來，并逐步成為新的商業標準。 可以看出，支持自主存取控制的DBMS大致屬于C級，而支持強制存取控制的DBMS則可以達到B1級。當然，存取控制僅是安全性標準的一個重要方面（即安全策略方面）不是全部。為了使DBMS達到一定的安全級別，還需要在其它三個方面提供相應的支持。例如審計功能就是DBMS達到C2以上安全級別必不可少的一項指標。下面介紹Oracle的安全性措施。 Oracle的安全性措施主要有三個方面：一是用戶標識和鑒定；二是授權和檢查機制；三是審計技術；除此之外Oracle還允許用戶通過出發器靈活定義自己的安全性措施。用戶標識和鑒定 授權與檢查機制 系統權限 數據庫對象的權限 ⑴表級安全性⑵行級安全性⑶列級安全性審計技術 用戶定義的安全性措施隨著計算機特別是計算機網絡的發展，數據的共享日益加強，數據的安全保密越來越重要。DBMS是管理數據的核心，因而其自身必須具有一整套完整而有效的安全性機制。 《可信計算機系統評測標準》TCSEC/TDI是目前各國所引用或制定的一系列安全標準中最重要的一個。 TCSEC/TDI從安全策略、責任、保證和文檔四個方面描述了安全性級別的指標。按照這些指標，目前許多大型DBMS 達到了C2級，其安全版本達到了B1。 實現數據庫系統安全性的技術和方法有多種，最重要的是存取控制技術和審計技術。C2級的DBMS必須具有自主存取控制功能和初步的審計功能，B1的DBMS必須具有強制存取控制和增強的審計功能。自主存取控制功能一般是通過SQL 的GRANT語句和REVOKE語句來實現的。數據倉庫：隨著計算機技術的飛速發展和企業界不斷提出新的需求，數據倉庫技術應運而生。傳統的數據庫技術是單一的數據資源，即數據庫為中心，進行從事事務處理、批處理到決策分析等各種類型的數據處理工作。近年來，隨著計算機應用，,網絡計算，開始向兩個不同的方向拓展，一是廣度計算，一是深度計算，廣度計算的含義是把計算機的應用范圍盡量擴大，同時實現廣泛的數據交流，互聯網就是廣度計算的特征，另一方面就是人們對以往計算機的簡單數據操作，提出了更高的要求，希望計算機能夠更多的參與數據分析與決策的制定等領域。特別是數據庫處理可以大致地劃分為兩大類：操作型處理和分析型處理（或信息型處理）。這種分離，劃清了數據處理的分析型環境與操作型環境之間的界限，從而由原來的以單一數據庫為中心的數據環境發展為一種新環境：體系化環境。 數據庫系統作為數據管理手段，從它的誕生開始，就主要用于事務處理。經過數十年的發展，在這些數據庫中已經保存了大量的日常業務數據。傳統的業務系統一般是直接建立在這種事務處理環境上的。隨著技術的進步，人們試圖讓計算機擔任更多的工作，而數據庫技術也一直力圖使自己能勝任從事務處理、批處理到分析處理的各種類型的信息處理任務。后來人們逐漸認識到，在目前的計算機處理能力上，根本無法實現這種功能，而且，另一方面，事物處理和分析處理具有極不相同的性質，直接使用事務處理環境來支持決策是行不通的。事務處理環境不適宜DSS應用的原因主要有以下五條：（1）事務處理和分析處理的性能特性不同。在事務處理環境中，用戶的行為特點是數據的存取操作頻率高而每次操作處理的時間短；在分析處理環境中，用戶的行為模式與此完全不同，某個DSS應用程序可能需要連續幾個小時，從而消耗大量的系統資源。將具有如此不同處理性能的兩種應用放在同一個環境中運行顯然是不適當的。（2）數據集成問題。DSS需要集成的數據。全面而正確的數據是有效的分析和決策的首要前提，相關數據收集得月完整，得到的結果就越可靠。當前絕大多數企業內數據的真正狀況是分散而非集成的。造成這種分散的原因有多種，主要有事務處理應用分散、“蜘蛛網”問題、數據不一致問題、外部數據和非結構化數據。（3）數據動態集成問題。靜態集成的最大缺點在于，如果在數據集成后數據源中數據發生了變化，這些 變化將不能反映給決策者，導致決策者使用的是過時的數據。集成數據必須以一定的周期（例如24小時）進行刷新，我們稱其為動態集成。顯然，事務處理系統不具備動態集成的能力。（4）歷史數據問題。事務處理一般只需要當前數據，在數據庫中一般也是存儲短期數據，切不同數據的保存期限也不一樣，即使有一些歷史數據保存下來了，也被束之高閣，未得到充分利用。但對于決策分析而言，歷史數據是相當重要的，許多分析方法必須一大量的歷史數據為依托。沒有歷史數據的詳細分析，是難以把握企業的發展趨勢的。DSS對數據在空間和時間的廣度上都有了更高的要求，而事務處理環境難以滿足這些要求。（5）數據的綜合問題。在事務處理系統中積累了大量的細節數據，一般而言，DSS并不對這些細節數據進行分析。在分析前，往往需要對細節數據進行不同程度的綜合。而事務處理系統不具備這種綜合能力，根據規范化理論，這種綜合還往往因為是一種數據冗余而加以限制。要提高分析和決策的效率和有效性，分析型處理及其數據必須與操作型處理及其數據相分離。必須把分析型數據從事務處理環境中提取出來，按照DSS處理的需要進行重新組織，建立單獨的分析處理環境，數據倉庫正是為了構建這種新的分析處理環境而出現的一種數據存儲和組織技術。分布式數據庫：分布式數據庫系統是在集中式數據庫系統的基礎上發展起來的，是數據庫技術與計算機網絡技術的產物。分布式數據庫系統是具有管理分布數據庫功能的計算機系統。一個分布式數據庫是由分布于計算機網絡上的多個邏輯相關的數據庫組成的集合，網絡中的每個結(一般在系統中的每一臺計算機稱為結點node)具有獨立處理的能力(稱為本地自治),可執行局部應用,同時,每個結點通過網絡通訊系統也能執行全局應用。所謂局部應用即僅對本結點的數據庫執行某些應用。所謂全局應用(或分布應用)是指對兩個以上結點的數據庫執行某些應用。支持全局應用的系統才能稱為分布式數據庫系統。對用戶來說，一個分布式數據庫系統邏輯上看如同集中式數據庫系統一樣，用戶可在任何一個場地執行全局應用。 分布式數據庫系統是由分布式數據庫管理系統和分布式數據庫組成。分布式數據庫管理系統(簡稱DDBMS)是建立、管理和維護分布式數據庫的一組軟件。 分布式數據庫系統適合于單位分散的部門，系統的結點可反映公司的邏輯組織，允許各部門將其常用數據存貯在本地，實施就地存放就地使用，降低通訊費用，并可提高響應速度。分布式數據庫可將數據分布在多個結點上，增加適當的冗余，可提高系統的可靠性，只要一個數據庫和網絡可用，那么全局數據庫可一部分可用。不會因一個數據庫的故障而停止全部操作或引起性能瓶頸。故障恢復通常在單個結點上進行。結點可獨立地升級軟件。每個局部數據庫存在一個數據字典。由于分布式數據庫系統結構的特點，它和集中式數據庫系統相比具有可擴展性，為擴展系統的處理能力提供了較好的途徑。 理想的分布式系統使用時應該精確地像一個非分布式系統的樣子。. Date為理想的分布式系統創立了12條細則，這12條全功能分布式數據庫系統的規則和目標具體是：(1) 局部結點自治性,網絡中的每個結點是獨立的數據庫系統,它有自己的數據庫,運行它的局部DBMS,執行局部應用,具有高度的自治性。(2) 不依賴中心結點,即每個結點具有全局字典管理、查詢處理、并發控制和恢復控制等功能。(3) 能連續操作,該目標使中斷分布式數據庫服務情況減至最少,當一個新場地合并到現有的分布式系統、或將分布式系統中撤離一場地不會導致任何不必要的服務中斷；在分布式系統中可動態地建立和消除片段，而不中止任何組成部分的場地或數據庫；應盡可能在不使整個系統停機的情況下對組成分布式系統的場地的DBMS進行升級。(4) 具有位置獨立性(或稱位置透明性),用戶不必知道數據的物理存儲地,可工作得像數據全部存儲在局部場地一樣。一般位置獨立性需要有分布式數據命名模式和字典子系統的支持。(5) 分片獨立性(或稱分片透明性),分布式系統如果可將給定的關系分成若干塊或片,可提高系統的處理性能。利用分片將數據存儲在最頻繁使用它的位置上，使大部分操作是局部操作，減少網絡的信息流量。如果系統支持分片獨立性，用戶工作起來就像數據全然不是分片的一樣。(6) 數據復制獨立性,是指將給定的關系(或片段)可在物理級用許多不同存儲副本或復制品在許多不同場地上存儲。支持數據復制的系統應當支持復制獨立性，用戶工作可像它全然沒有存儲副本一樣地工作。(7) 支持分布式查詢處理,在分布數據庫系統中有三類查詢:局部查詢、遠程查詢和全局查詢。局部查詢和遠程查詢僅涉及單個結點的數據(本地的或遠程的)，查詢優化采用的技術是集中式數據庫的查詢優化技術。全局查詢涉及多個結點上的數據，其查詢處理和優化要復雜得多。(8) 支持分布事務管理,事務管理有兩個主要方面:恢復控制和并發控制。在分布式系統中，單個事務會涉及到多個場地上的代碼執行，會涉及到多個場地上的更新，可以說每個事務是由多個“代理”組成，每個代理代表在給定場地上的給定事務上執行的過程。在分布式系統中須保證事務的代理集，或者全部一致交付，或者全部一致回滾。(9) 具有硬件獨立性,希望在不同硬件系統上運行同樣的DBMS。(10) 具有操作系統獨立性,希望在不同的操作系統上運行DBMS。(11) 具有網絡獨立性,如果系統能夠支持多個不同的場地,每個場地有不同的硬件和不同的操作系統,則要求該系統能支持各種不同的通信網絡。(12) 具有DBMS獨立性,實現對異構型分布式系統的支持。理想的分布式系統應該提供DBMS獨立性。 上述的全功能分布式數據庫系統的準則和目標起源于：一個分布式數據庫系統，對用戶來說，應當看上去完全像一個非分布式系統。DDBS的基本特點 u 物理分布性：數據不是存儲在一個場地上，而是存儲在計算機網絡的多個場地上。u 邏輯整體性：數據物理分布在各個場地，但邏輯上是一個整體，它們被所有用戶（全局用戶）共享，并由一個DDBMS統一管理。u 場地自治性：各場地上的數據由本地的DBMS管理，具有自治處理能力，完成本場地的應用（局部應用）。u 場地之間協作性：各場地雖然具有高度的自治性，但是又相互協作構成一個整體。分布式數據庫的體系結構分布式數據庫與集中式數據庫的對比：分布式DBMS集中式DBMS①存取方式用戶→DDBMS→分布式網絡OS→網絡通信→局部DBMS→局部OS→DB用戶→DBMS→OS→DB②數據冗余性有控制的冗余最小的冗余③數據表示級別（四級）用戶試圖，全局視圖，分片視圖，分配視圖（三級）外部視圖，概念視圖，內部視圖④數據存放方式復制在多個場地，模式分散化，處理程序也分散化集中在一個地點⑤DBA分布在各場地，進行局部控制集中在一起⑥同步由全局DBMS和網絡OS組成由OS完成⑦封鎖分散控制集中控制⑧實際資源多個CPU，多個DBMS一個CPU，一個DBMS⑨操作方式當前方式，響應方式兩種一種方式（當前方式）⑩數據一致性所有主場地的邏輯結果是一致的，但各個場地的復制中數據可能不一致任何時候都需要保持數據的一致性： 數據庫管理系統（DBMS）數據庫管理系統（DBMS）是指DBS中對數據進行管理的軟件系統，它是DBS的核心成分。DBS中所有與數據庫打交道的操作，包括建庫、查詢、更新及數據控制，都是通過DBMS進行的。數據庫管理系統總是基于某種數據庫模型，可分為網狀型、層次型、關系型和面