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第 2 章 - 数据库
在信息处理畛域，因为数据量宏大，如何无效组织、存储数据对实现高效率的信息处理至关重要。数据库技术是目前最无效的数据管理技术。数据库 (DataBase,DB) 是指长期存储在计算机内、有组织的、对立治理的相干数据的汇合。它不仅形容事物的数据自身，而且还包含相干事物之间的分割。数据库能够直观地了解为存放数据的仓库，只不过这个仓库是在计算机的存储设备上，而且数据是按肯定格局寄存的，具备较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，可为多个用户共享。
晚期数据库品种有 3 种，别离是档次式数据库、网络式数据库和关系型数据库。目前最常见的数据库品种是关系型数据库和非关系型数据库。依据数据库存储体系分类，还可分为关系 型数据库、键值 (Key-Value) 数据库、列存储数据库、文档数据库和搜索引擎数据库等类型。
- 关系型数据库。这种类型的数据库是最传统的数据库类型，关系型数据库模型是把简单的数据结构归结为简略的二元关系，在数据库中，对数据的操作简直全副建设在一个或多个关系表格上。在大型零碎中通常有多个表，且表之间有各种关系。理论应用就是通过对这些关联的表格进行分类、合并、连贯或选取等运算来实现数据库的治理。
- 键值数据库。键值数据库是一种非关系型数据库，它应用简略的键值办法来存储数据。键值数据库将数据存储为键值对汇合，其中键作为惟一标识符。
- 列存储数据库。列式存储 (Column-Based) 是绝对于传统关系型数据库的行式存储 (Row-Basedstorage) 来说的。简略来说两者的区别就是对表中数据的存储模式的差别。
- 文档数据库。此类数据库可寄存并获取文档，能够是 XML、JSON、BSON 等格局，这些文档具备可述性(Self-Describing), 出现分层的树状构造 (Hierarchical Tree Data Structure), 能够蕴含映射表、汇合和纯量值。数据库中的文档彼此类似，但不用完全相同。文档数据库所寄存的文档，就相当于键值数据库所寄存的“值”。文档数据库可视为其值可查的键值数据库。
- 搜索引擎数据库。搜索引擎数据库是利用在搜索引擎畛域的数据存储模式，因为搜索引擎会爬取大量的数据，并以特定的格局进行存储，这样在检索的时候能力保障性能最优。
上面简要介绍罕用的关系数据库和分布式数据库。
- 关系数据库
数据模型是数据特色的形象，它是对数据库组织形式的一种模型化示意，是数据库系统的外围与根底。它具备数据结构、数据操作和完整性约束条件三要素。
关系能够了解为二维表。一个关系模型就是指用若干关系示意实体及其分割，用二维表的模式存储数据。例如，对某高校学生的选课(不同年级甚至同一年级学生所选课程能够不同) 进行治理，能够用二维表示意，如图 2 - 4 所示。用关系示意如下，其中带下画线的属性为主码，主码能惟一确定某个实体，如学号能惟一 确定某个学生。
学生 (学号，姓名，年龄，系别)
课 程 (课程号，课程名，学分)
选 课 (学 号，课程号，分数)
- 关系数据库设计的特点及办法
数据库设计是指对于一个给定的应用环境结构最优的数据库，建设数据库及其利用零碎，使之能无效地存储数据，满足各种用户的需要。数据库设计包含构造个性和行为个性的设计两 方面的内容。
数据库设计的很多阶段都能够和软件工程的各阶段对应起来，数据库设计的特点有：从数据结构即数据模型开始，并以数据模型为外围开展，这是数据库设计的一个次要特点；动态结构设计与动静行为设计拆散；试探性；反复性和多步性。
目前已有的数据库设计办法可分为 4 类，即直观设计法、标准设计法、计算机辅助设计法和自动化设计法。罕用的有基于 3NF 的设计办法、基于实体联 (E-R) 模型的数据库设计办法、基于视图概念的数据库设计办法、面向对象的关系数据库设计办法、计算机辅助数据库设计办法、麻利数据库设计办法等。 - 关系数据库设计的根本步骤
数据库设计分为需要剖析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、利用程序设计和运行保护 6 个阶段，如图 2 - 5 所示。需要分析阶段的工作是对事实世界要解决的对象 (组织、部门和企业等) 进行具体考察，在理解现行零碎的详情和确定新零碎性能的过程中，收集支持系统指标的根底数据及其解决方 法。需要剖析是在用户考察的根底上，通过剖析逐渐明确用户对系统的需要，包含数据需要和围绕这些数据的业务解决需要。
数据库概念结构设计是在需要剖析的根底上，按照需要剖析中的信息需要，对用户信息加以分类、汇集和概括，建设信息模型，并按照选定的数据库治理系统软件，把它们转换为数据的逻辑构造，再按照软硬件环境，最终实现数据的正当存储。这一过程也称为数据建模。
设计数据库概念模型的最驰名、最罕用的办法是 E - R 办法。采纳 E - R 办法的数据库概念结构设计可分为三步：设计部分 E - R 模型、设计全局 E - R 模型以及全局 E - R 模型的优化。
逻辑结构设计是在概念结构设计根底上进行的数据模型设计，能够是档次、网状模型和关系模型。逻辑构造设计阶段的次要工作是确定数据模型，将 E - R 图转换为指定的数据模型，确定完整性束缚，确定用户视图。
数据库在物理设施上的存储构造与存取方法称为数据库的物理构造。数据库的物理结构设计是对已确定的数据库逻辑构造，利用 DBMS 所提供的办法、技术，以较优的存储构造和数据 存取门路、正当的数据寄存地位以及存储调配，设计出一个高效的、可实现的数据库物理构造。
数据库利用零碎开发是 DBMS 的二次开发，一方面是对用户信息的存储；另一方面就是对用户解决要求的实现。
数据库利用程序设计要做的工作有抉择设计办法、制订开发计划、抉择零碎架构和设计安全性策略。在利用程序设计阶段，设计办法有结构化设计办法和面向对象设计办法两种。安全性策略次要是指硬件平台、操作系统、数据库系统、网络及利用零碎的平安。
数据库的失常运行和优化也是数据库设计的内容之一。在数据库运行维护阶段要做的工作次要有数据库的转储和复原，数据库的安全性和完整性管制，数据库性能的监督、剖析和革新，数据库的重组和重构等。
- 分布式数据库
分布式数据库系统 (Distributed DataBase System,DDBS) 是针对天文上扩散，而治理上又须要不同水平集中管理的需要而提出的一种数据管理信息系统。满足散布性、逻辑相关性、地透明性和场地自治性的数据库系统被称为齐全分布式数据库系统。
分布式数据库系统的特点是数据的集中控制性、数据独立性、数据冗余可控性、场地自治性和存取的有效性。
- 分布式数据库体系结构
我国在多年钻研与开发分布式数据库及制订《分布式数据库系统规范》中，提出了把分布式数据库形象为 4 层的构造模式，如图 2 - 6 所示。这种构造模式失去了国内外肯定水平的反对和认同。4 层模式划分为全局外层、全局概念层、部分概念层和部分内层，在各层间还有相应的层 间映射。这种 4 层模式实用于同构型分布式数据库系统，也实用于异构型分布式数据库系统。
- 分布式数据库的利用
分布式数据库的应用领域有分布式计算、Internet 利用、数据仓库、数据复制以及寰球联网查问等，Sybase 公司的 Replication Server 即是一种典型的分布式数据库系统。
- 罕用数据库管理系统
计算机科学技术一直倒退，数据库管理系统也一直倒退进化，MySQLAB 公司(2009 年被 Oracle 公司收买)MySQL、Microsoft 公司的 Access 等是小型关系数据库管理系统的代表，Oracle 公司的 Oracle、Microsoft 公司的 SQL Server、IBM 公司的 DB2 等是功能强大的大型关系数据库管理系统的代表。
- Oracle
Oracle 是一种实用于大型、中型和微型计算机的关系数据库管理系统。Oracle 的构造包含数据库的内部结构、外存储构造、内存储构造和过程构造。在 Oracle 中，数据库不仅指物理上的数据，还包含解决这些数据的程序，即 DBMS 自身。Oracle 应用 PL/SQL(ProceduralLanguage/SQL)语言执行各种操作。Oracle 除了以关系格局存储数据外，Oracle8 以上的版本还反对面向对象的构造(如抽象数据类型)。
Oracle 产品次要包含数据库服务器、开发工具和连贯产品三类。Oracle 还提供了一系列的工具产品，如逻辑备份工具 Export、Import 等。 - IBM DB2
DB2 是 IBM 的一种分布式数据库解决方案。简略地说，DB2 就是 IBM 开发的一种大型关系型数据库平台，它反对多用户或应用程序在同一条 SQL 语句中查问不同 Database 甚至不同 DBMS 中的数据。
DB2 外围数据库的特色有反对面向对象编程，反对多媒体应用程序，反对备份和复原性能，反对存储过程和触发器，反对 SQL 查问，反对异构分布式数据库拜访，反对数据复制。
DB2 采纳多过程多线索体系结构，可运行于多种操作系统之上。IBM 还提供了 Visualizer、Visualage、Visualgen 等开发工具。 - Sybase
Sybase 是美国 SYBASE 公司在 20 世纪 80 年代中期推出的客户机 / 服务器 (Client/Server,C/S) 构造的关系数据库系统，也是世界上第一个真正的基于客户机 / 服务器构造的 RDBMS 产品。
Sybase 数据库次要由三局部组成：进行数据库治理和保护的联机关系数据库管理系统 Sybase SQLServer, 反对数据库利用零碎建设与开发的一组前端工具 Sybase SQLToolset, 可把异构环境下其余厂商的应用软件和任何类型的数据连贯在一起的接口 Sybase OpenClient/OpenServer。
Sybase 提供了 Sybase Adaptive Server Enterprise 高性能企业智能型关系数据库管理系统、EAServer 电子商务解决方案应用服务器、系统分析设计工具 PowerDesigner 和利用开发工具 PowerBuilder。 Microsoft SQL Server
Microsoft SQL Server 是一种典型的关系型数据库管理系统，可运行于多个操作系统上，它应用 Transact-SQL 语言实现数据操作。
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