数据库系统

《数据库系统》学习文档大纲

5.1 数据库基础概念与体系结构

链接：数据库基础概念与体系结构 - 软考备战（二十九）-CSDN博客

5.1.1 核心概念辨析

概念范围递增：数据 → 数据库 (DB) → 数据库管理系统 (DBMS) → 数据库系统 (DBS)

数据库系统的核心特点（对比文件系统）：数据结构化、共享性高/冗余度低、数据独立性高、DBMS统一管理控制（安全性、完整性、并发控制、恢复）

5.1.2 数据管理技术的演进

第一代：非关系型（层次模型、网状模型）

第二代：关系模型 (RDBMS，当前主流)

第三代：对象-关系模型 (ORDBMS)

5.1.3 数据库系统三级模式与两级映像

三级模式结构

外模式（用户视图层）：一个数据库可有多个

模式（全局逻辑层）：一个数据库仅一个

内模式（物理存储层）：一个数据库仅一个

两级映像与数据独立性

外模式/模式映像：保证逻辑独立性

模式/内模式映像：保证物理独立性

5.2 数据模型与关系理论

链接：数据模型与关系理论 - 软考备战（三十）-CSDN博客

5.2.1 数据模型的层次

概念数据模型（面向现实，如 E-R 模型：实体、属性、联系）

逻辑数据模型（面向系统，如关系模型）

物理数据模型（面向机器底层）

5.2.2 关系模型的基本概念

基本术语：域、笛卡尔积、关系、元组、属性、分量

“码（键）”的深度辨析：超码 → 候选码 → 主码 / 外码

主属性 vs 非主属性

关系模式（型/表头） vs 关系（值/表体）

5.2.3 关系代数

传统集合运算（并、差、交、笛卡尔积，需并相容）

专门的关系运算：选择(行过滤)、投影(列过滤)、等值连接、自然连接、外连接、除(全部包含查询)

5.2.4 关系规范化理论

存储异常剖析（数据冗余、更新异常、插入异常、删除异常）

函数依赖：完全依赖、部分依赖、传递依赖

范式升级路径与拆表准则：

1NF：属性不可再分

2NF：消除非主属性的部分函数依赖

3NF：消除非主属性的传递函数依赖

BCNF：所有属性（含主属性）均不产生部分与传递依赖

模式分解的黄金准则：无损连接性、保持函数依赖

5.3 关系数据库标准语言（SQL）

链接：关系数据库标准语言（SQL）- 软考备战（三十一）-CSDN博客

1. 数据定义 (DDL)：CREATE, ALTER, DROP, TRUNCATE

表约束：PRIMARY KEY, FOREIGN KEY, UNIQUE, NOT NULL, CHECK

索引：底层原理(B+树)、优缺点权衡（以空间换时间、降低更新速度）

2. 数据查询 (DQL)

完整语法与执行顺序：FROM → WHERE → GROUP BY → HAVING → SELECT → ORDER BY

基础查询：DISTINCT, AS 别名

条件查询：AND/OR, BETWEEN, IN, LIKE, IS NULL

分组聚合：GROUP BY, 聚合函数(COUNT/SUM/AVG/MAX/MIN), HAVING

排序与分页：ORDER BY (ASC/DESC), LIMIT/OFFSET/ROWNUM 等不同数据库语法

连接查询：内连接(INNER JOIN)、左外连接(LEFT JOIN)、右外连接(RIGHT JOIN)

嵌套查询：标量子查询、列子查询(IN)、表子查询、EXISTS 及其与 IN 的效率对比

3. 数据操纵 (DML)：INSERT, UPDATE, DELETE

DELETE vs TRUNCATE 的本质区别（DML vs DDL、回滚、触发器、自增计数器）

4. 视图

虚拟表的本质、作用（安全、简化查询）、不可更新的视图限制条件

5. 数据控制 (DCL)：GRANT, REVOKE

权限转授：WITH GRANT OPTION

级联收回：REVOKE ... CASCADE

5.4 数据库事务与并发控制

链接：数据库事务与并发控制 - 软考备战（三十二）-CSDN博客

1. 事务的 ACID 特性

原子性 (靠 Undo Log)、一致性 (目的)、隔离性 (靠锁)、持久性 (靠 Redo Log)

2. 并发操作带来的问题

丢失修改、脏读、不可重复读、幻读

3. 封锁技术

共享锁(S锁/读锁)、排他锁(X锁/写锁) 及其相容性

4. 封锁协议

一级(防丢失修改)、二级(防脏读)、三级(防不可重复读)、两段锁协议(2PL，保证可串行化但可能死锁)

5. SQL 标准隔离级别

Read Uncommitted → Read Committed → Repeatable Read → Serializable

6. 死锁与封锁粒度

死锁预防、诊断（超时法、等待图法）与解除（撤销代价最小的事务）

封锁粒度权衡：表级锁(开销小/并发低) vs 行级锁(开销大/并发高)

5.5 数据库安全性与完整性

链接：数据库安全性与完整性 - 软考备战（三十三）-CSDN博客

1. 完整性（防止不合语义的脏数据）

实体完整性（主码非空唯一）

参照完整性（外码规则及违约处理：拒绝、级联CASCADE、设为空SET NULL）

用户定义完整性（CHECK、NOT NULL等）

触发器：超越CHECK约束的复杂完整性“终极武器”（BEFORE/AFTER）

2. 安全性（防止非法访问与越权）

五层防御体系：用户标识与鉴别 → 存取控制(DAC自主/MAC强制) → 视图机制(物理隔离) → 审计(专抓内鬼) → 数据加密(物理兜底)

5.6 数据库恢复技术

链接：数据库恢复技术 - 软考备战（三十四）-CSDN博客

1. 故障类型

事务内部故障、系统故障(软故障)、介质故障(硬故障)

2. 恢复策略底层支撑

日志文件：日志先写原则、记录内容(旧值Undo/新值Redo)

转储（备份）：静态转储 vs 动态转储

3. 恢复机制：Undo 与 Redo

Undo（撤销未提交的事务，保原子性）

Redo（重做已提交未落盘的事务，保持久性）

4. 检查点技术

原理：周期性强制刷盘并记录活跃事务列表（类似游戏存档）

基于检查点的恢复策略：大幅缩短日志扫描范围

5.7 数据仓库与数据挖掘

链接：数据仓库与数据挖掘 - 软考备战（三十五）-CSDN博客

1. 数据仓库 (DW) 四大基本特征

面向主题、集成、相对稳定（非易失）、随时间变化

OLTP（传统事务库） vs OLAP（分析型数仓）的本质对比

2. 数据挖掘 (DM) 核心功能

关联分析（如 Apriori 购物篮分析）

分类与预测（有监督学习：离散标签 vs 连续数值）

聚类（无监督学习：物以类聚）

偏差检测（找异类/欺诈检测）

标准流程：CRISP-DM（理数建模评展）

5.8 分布式数据库

链接：分布式数据库 - 软考备战（三十六）-CSDN博客

1. 定义与核心特征

物理分散存储，逻辑统一整体

对比辨析：DDBS vs 多机集群 vs 联邦数据库

2. 数据分片（切）

水平分片（按行）、垂直分片（按列，必须保留主码）、导出分片（跨表）

分片完备性条件：完备性、可重构性、不相交性

3. 数据分配（放）

集中式、分割式（非冗余）、全复制式（完全冗余）、混合式（部分冗余，工程首选）

4. 分布透明性分层（由高到低）

分片透明性（最高级，当单表用）→ 位置透明性 → 局部映像透明性（最低级）

5. 分布式数据库体系结构

六层映射图解：全局外模式 → 全局概念模式 → 分片模式 → 分配模式 → 局部概念模式 → 局部内模式

6. 核心技术问题

分布式事务管理：两阶段提交协议 (2PC) 及其同步阻塞致命缺陷

分布并发控制：全局死锁检测（集中式等待图、超时机制）

分布式查询优化：选择下推、半连接技术（极致压缩网络传输量）