20xx年全國計算機等級考試四級數據庫工程師教程各章節重點總結完整版-資料下載頁

【導讀】是對事物之間相互聯系、相互作用的描述。信息具有可感知、可存儲、可加工、可傳遞和可再生的自然屬性。不同的物理符號體現出數據的不同表現形式。儲，進而從已數據出發，抽取或推導出新的數據，這些數據表示了新的信息。存儲、檢索和維護，是數據處理業務的重要環節。還可通過數據管理得到的數據進一步深加工，從中獲取新的數據和信息。主要為用戶提供數據存儲和查詢、插入、修改、刪除、更新等數據管理功能。領域，提供了更為復雜的數據處理功能。允許執行的操作和操作規則組成的集合。語義約束，也規定了數據庫中數據內部及數據之間聯系所必須滿足的語義約束。它限定了數據庫的狀態以及狀態的變化，以便維護數據的正確性、有效性。與設計人員交沆的語言，主要用于數據庫設計。某方面特征，而忽略其他特征。

　　

【正文】 間 作為數據庫磁盤文件直接管理， DB的所有關系表都存儲在該文件中： (1)關系表在邏輯上由一系列元組組成，元組由多個屬性組成，每個元組可 以用磁盤文件中的一個邏輯記錄來存儲，記錄包括多個域，對應元組的多今屬性： 式： 文件記錄格式： (1)數據庫文件通常采用兩種邏輯記錄格式：定長記錄格式和變長記錄格 文件結構與存取 堆文件 l、堆文件也稱無序文件，記錄隨機在存儲在文件物理空間是，新插入的記 錄存儲在文件的末尾： 堆文件常常用作存儲那些將來使用，但目前不清楚如何使用的記 錄，為 了實現文件記錄的有效存取，堆文件經常與附加的存取路徑一起使用： 查找操行平均需要搜索 (B+I)／ 2 個磁盤塊，效率比較低： 插入操作十分簡單，先讀文件頭，找到最末磁盤地址，將最末磁盤塊讀 入內存，將需插入的新記錄寫入磁盤塊的末端，最后將修改過的磁盤塊寫回磁盤： 刪除比較復雜，可以先找到被刪除記錄所在的磁盤塊，讀入內存后在內 存緩沖區刪除記錄，最后再寫回磁盤：也可以在每個記錄的磁盤空間增加一個刪 除標志位，當需要刪除記錄時，將標示位置 1： 順序文件 順序 文件按照文件記錄在查詢碼上的取值的大小順序排列各個記錄： 順序文件的每個記錄中有一個指針字段，根據查詢碼大小用指針將各個 記錄按序連接起來： 文件建立時，應盡量使記錄的物理順序與查找碼的順序一致，以減少訪 問磁盤塊的次數： 根據查詢條件對順序文件進行查詢時，如查詢條件定義在查找碼上，則 使用二分法查找技術快速找到記錄，如條件不在查找碼上，則必須從頭到尾依次 掃描磁盤塊，與堆文件一致．所以順序文件的訪問效率也不高： 順序文件插入工作包括定位和插入： (1)定位：在指針鏈 中找到插入的位置，即插入記錄在哪個記錄的前面： (2)插入：如有自由空間，則在該位置插入新記錄，如沒有自由空間，則只 能插入溢出塊中，重新調整記錄指針鏈關系，保證記錄順序： 聚集文件 l、聚集文件是一種具有多種記錄類型文件，存儲了來自多個關系表的數據， 每個關系表對應文件中的一種記錄類型： 當數據庫中數據量效大時，對數據庫查詢需要多次訪問磁盤文件，嚴重 影響性能指標，為了降低多表操作時的磁盤訪問次數，提高多表查詢速度，可采 用聚集文件： 聚集文件將不同關系表 中有關聯關系的記錄存儲在同一磁盤塊內，從而 減少多表查詢時磁盤塊的訪問次數，提高處理速度： 索引文件 是一種利用索引技術技術快速文件訪問的文件組織和存取方法： 散列文件 是一種利用散列函數支持快速文件訪問的文件組織和存取方法： 索引技術 基本概念 l、索引技術：是一種快速文件訪問技術，它將一個文件的每個記錄在某個 或某些域（屬性）上的取值與該記錄的物理地址直接聯系起來，提供了一種根據記 錄域的取值快速訪問文件記錄的機制；它的關鍵是建立取值域到記錄的物理地址 劉的映 射關系，這種映射關系叫索引： 索引技術分類： (1)有序索引技術：利用索引文件實現記錄域（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，每個記錄中記載一個索引項，索引項 記錄了某個特定的查找碼值和具有該值的數據文件記錄的物理地址： (2)散列技術：利用一個散列函數實現記錄域取值到記錄物理地址間的直接 映射關系： (3)有序索引：有序索引作為基于索引文件的索引技術，需要考慮兩個問題： (1)如何組織索引文件中的索引記錄： (2)如何從索引文件出發，訪問數據文件 中 的數據記錄： (A)當需耍采用有序索引機制快速訪問數據文件時，首先要為該數據文件建 立一個索引文件，它是索引記錄和索引項的集合： (B)索引文件建立的方法：首先選定某些記錄域作為查找碼，然后建立數據 記錄在查找碼上的取值與物理地址間的映射關系，組成索引項。所有索引項作為 索引記錄存儲在索引文件中，索引文件根據某個特定的查找碼值的順序組織為順 序文件： (C) 個數據文件可以有多個查找碼和索引文件： 有序索引的分類及特點 聚集索引與非聚集索弓 (1)對數據文 件和它的一個特定的索引文件，如果數據文件中數據記錄的排 列順序與索引文件中索引項的排列順序相一致，則該索引文件稱為聚集索引，否 則稱為非聚集索引： 引： (2)在一個數據文件上除了建立一個聚集索引外，還可建立多個非聚集索 稠密索引和稀疏索弓 如果數據文件中的每個查找碼都在索引文件中都對應一個索引記錄，稱為稠 密索引，如果只一部分對應，則稱為稀疏索引： 主索引和輔索引 在數據文件包含主碼的屬性集上建立索引稱為主索引，在非主碼屬性上建立 的索引稱為輔索引： 單層索引和多層索引 (1)單層索引（線性索引）：索引項根據鍵值在索引文件中順序排列，組織成 一維線性結構，每個索引項直接指向數據文件中的數據記錄： (2)當數據文件很大時，即使采用稀疏索引，建成的索引文件也很大，導致 效率低下，為解決該問題，可對索引文件中的索引項本身再建立一級稀疏索引， 組成 2 層索引結構：進一步地，可建立多層樹型索引結構來快速定位： 散列技術 散列文件 散列是一種快速查找技術，它利用定義在文件記錄上的查找碼，通過計 算一個散列函數，以散列函數值作為記錄的物理地址，實現 對文件記錄直接快速 訪閥。 首先指定文件記錄的一個域作為查找碼（散列域），然后定義一個查找碼 上的函數（散列函數），函數的輸入為查找碼值，輸出為物理地址： 一般使用桶作為基本的存儲單位，一個桶可存放多個文件記錄，物理地 址可以是記錄所在的桶號，散列函數的輸出可以是桶號： 散列函數 散列方法依賴于好的散列函數，它應該盡可能均勻地將查找碼分布到各 個桶中，具體要滿足如下兩個條件： (1)地址的分布是均勻的： (2)地址的分布是隨機的： 桶溢出 產生桶溢 出的兩個原因： (1)文件初始設計時，為文件記錄預留的存儲空間不足： (2)散列函數的均勻分布性不好： 設計散列函數時，應根據文件大小決定物理空間，一般應有 20%余量， 再設計合適的桶數目和桶大小，盡可能留有一些空閑桶，降低桶溢出的可能性： 桶溢出的現象是難免的，需要 DBS 采用相應的桶溢出處理機制： 散列方法的缺點：為了避免桶溢出。必須選一合適的散列函數，但這比 較復雜，而且不象索引文件那樣可以據數據記錄變化動態調整。 數據字典 l、 數據字典（系統目錄） 中存儲了數據庫對象的各類描述信息和 DBMS 所需 的控制信息，全稱數據庫元數據： 數據庫對象的各類描述信息：包括外模式、模式、內模式以及它們之間 的映射的描述： DBMS 所需的控制信息：包括查詢優化、安全性檢查、用戶權限驗證等： 數據字典主要包括： (1)關系模式信息： (2)與視圖描述有關的信息： (3)關系的存儲結構和存取方法信息： (4)完整性約束信息： (5)安全性有關信息： (6)數據庫運行統計信息 數據庫物理設計 設計步驟和內容 l、 數據庫物理結 構設計：在具體的硬件環境、 OS、 DBMS 約束下，根據數 據庫邏輯設計結果，設計合適的數據庫物理結構。目標是存儲空間占用少、訪問 效率高和維護代價低： 一旦選定了硬件平臺、 OS 和 DBMS，數據庫的數據存儲和存取方式等可 用的物理模式也就隨之確定了： 數據庫物理設計主要包括以下步驟： (1)數據庫邏輯模式調整：將數據庫邏輯模式及其視圖轉換為 DBMS 支持的 基本表和視圖，并利用 DBMS 提供的完整性機制設計業務規則： (2)文件組織與存取設計：配置基本表的文件組織形式，據實際 情況為基本 表設計合適的存取方法和路徑： (3)數據分布設計： (4)安全模式設計： (5)確定系統配置： (6)物理模式評估： 數據庫邏輯模式調整 l、 物理數據庫設計首先需要根據數據庫邏輯結構信息，設計目標 DBMS 平 臺支持的基本表的模式信息，這些模式信息代表了所要開發的具體目標數據庫的 結構，這個過程稱為數據庫邏輯模式調整，主要包括如下設計內容： (1)實現目標數據庫基本表和視圖：采用目標 DBMS 所支持的建表方法，設 計基本表及其面向模型的完整性約束： (2)設計基本表業務 規則： DB文件組級與存取設計 分析事務的數據訪問特性 (1)使用事務一基本表交叉引用矩陣，分析系統內數據庫事務對各個基本表 的訪問情況，確定事務訪問了哪些基本表，對這些基本表執行了何種操作，并進 一步分析各操作涉及到的基本表屬性： (2)估計各事務的執行頻率： (3)對每張基本表，匯總所有作用于該表上的各事務的操作頻率信息： 了解并選擇數據庫文件結構 (1)如果數據庫中的一個基本表中的數據量很少，并且操作非常頻繁，該基 本表可采用堆文件組織方式； (2)順序文件支持 基于查找碼的順序訪問，也支持快速二分查找： (3)如果用戶查詢是基于散列域值的等值匹配，特別是如果訪問順序是隨機 的，散列文件比較合適。但散列文件組織不適合以下情況： (A)基于散列值域的非精確查詢： (B)基于非散列域進行查詢時： (4) B樹和 B+樹文件是實際數據庫系統中使用非常廣泛的索引文件結構， 適合于定義在大數據量基本表上、基于查找碼的等值查詢等： (5)如果某此重要而頻繁的用戶查詢經常需要進行多表連接操作，可考慮將 這些基本表組織為聚集文件： 設計存取路徑： (1)為數據庫文件設計合理的物理存儲位置： (2)為基本表設計索引機制：索引可以提高文件存取速度，改善訪問性能， 但索引由 DBMS 管理，它的建立、維護需要一定的系統開銷，數據的操作會引起 索引的重新調整，還占用一定的存儲空間，可根據如下原則決定是否為一個基本 表建立索引： (A)對于經常需要查詢、連接、統計操作，且教據量大的基本表可考慮建立 索引，而對于經常執行插入、刪除、更新操作或小數據量的基本表應盡量不建立 索引： (B) 個基本表上除了可以建立一個聚集索引外，還可以建立多個非聚 集索 引，但索引越多，對表內數據更新所需的開銷越大，對于一個更新頻繁的表應少 建或不建索引： (C)索引可以由用戶根據需要隨時創建或刪除，以提高數據查詢性能： 數據分布設計 l、不同類型數據的物理分布 (1)各種數據在系統中的作用不同，使用的頻率也不一樣，應根據實際使用 情況放在合適的物理介質上： (2)使用頻率低但數據量大的，可以放在磁帶中，而使用頻繁，要求響應時 間短的，必須放在支持直接存取的磁盤存儲介質上： 應用數據的劃分和分布 (1)根據數據的使用特征劃分： 可將基本表劃分為頻繁使用分區和非頻繁使 用分區，分別存放在不同的磁盤上，對前者可考慮建立 B+樹等多層索引，而后 者不建立或只建立單層索引： (2)根據時間、地點劃分： (3)分布式數據庫系統中的數據劃分： 派生屬性數據分布 (1)派生屬性指該屬性的取值可根據表中其他屬性的取值惟一確定： (2)對帶有派生屬性的基本表可采用兩種實現方式： (A)將派生屬性作為基本表內單獨一列，稱為派生列： (B)派生屬性不出現在基本表中： 關系模式的去規范化 (1)在數據庫物理設計階段，可以對考慮數據庫中某 些 3NF、 BCNF 模式是否 可以降低其規范化程度，以提高查詢效率，這稱為關系模式的去規范化處理，但 不滿足 3NF 的關系模式又可能導致數據庫訪問異常，因此，設計基本表時，需在 規范化和查詢效率間權衡； 安全模式設計 系統安全設計 (1)是指為數據庫服務器合法周戶分配用戶名和口令，使其能夠正常登錄服 務器訪問所需的數據，還可采用基于 CA認證的系統安全控制機制： 數據安全設計 (1)是指通過數據庫系統視圖機制和授權機制為用戶對數據庫對象訪問的 權限： (2)引用數據視圖機 制，只給用戶需求的那部分數據訪問權限，防止由合法 用戶造成信息泄密，另外數據視圖還可以防止基本表發生改變時，影響用戶的訪 問； (3)權限是允許用戶對一給定的數據庫對象可執行的操作： (4)數據庫安全設計需要根據用戶需求，采用授權機制，為用戶分配合法訪 問的權限： 確定系統配置 要根據實際應用系統的運行情況配置系統參數： 物理模式評估 在設計過程中，通過對時間效率、空間效率、維護代價和用戶要求權衡 考慮，擇優采用：