數據庫系統原理

第1 章 概述 ....................................................................................................................... 1
1.1 數據庫實例 ........................................................................................................................ 1
1.1.1 學生選課數據庫 ..................................................................................................... 1
1.1.2 網上書店數據庫 ..................................................................................................... 2
1.2 基本知識 ............................................................................................................................ 4
1.2.1 數據 ......................................................................................................................... 4
1.2.2 數據庫 ..................................................................................................................... 5
1.2.3 數據庫管理系統 ..................................................................................................... 5
1.2.4 數據庫系統 ............................................................................................................. 6
1.2.5 數據庫管理員 ......................................................................................................... 7
1.3 數據模型 ............................................................................................................................ 8
1.3.1 數據模型的概念 ..................................................................................................... 8
1.3.2 數據模型的組成要素 ............................................................................................. 8
1.3.3 數據模型的分類 ..................................................................................................... 9
1.4 數據庫系統的結構 .......................................................................................................... 15
1.4.1 數據庫系統的模式結構 ....................................................................................... 16
1.4.2 數據庫系統的體系結構 ....................................................................................... 18
1.5 數據庫發展歷史 .............................................................................................................. 22
1.5.1 中國數據庫發展 ................................................................................................... 22
1.5.2 國外數據庫發展 ................................................................................................... 24
1.6 小結 .................................................................................................................................. 25
基於生成式人工智能的課堂知識鞏固與課後知識拓展........................................................ 26
習題1 ........................................................................................................................................ 34
第2 章 關系運算 ............................................................................................................. 35
2.1 關系形式化定義 .............................................................................................................. 35
2.2 關系數據語言 .................................................................................................................. 38
2.3 基本集合運算 .................................................................................................................. 39
2.3.1 笛卡兒積 ............................................................................................................... 40
2.3.2 並集 ....................................................................................................................... 40
2.3.3 差集 ....................................................................................................................... 41
2.3.4 交集 ....................................................................................................................... 41
2.4 專用關系運算 .................................................................................................................. 42
2.4.1 選擇 ....................................................................................................................... 42
2.4.2 投影 ....................................................................................................................... 43
2.4.3 連接 ....................................................................................................................... 45
2.4.4 除 ........................................................................................................................... 49
2.5 更新運算 .......................................................................................................................... 52
2.6 綜合實例 .......................................................................................................................... 54
2.7 小結 .................................................................................................................................. 57
基於生成式人工智能的課堂知識鞏固與課後知識拓展........................................................ 57
習題2 ........................................................................................................................................ 62
第3 章 數據完整性 .......................................................................................................... 64
3.1 數據完整性概覽 .............................................................................................................. 64
3.2 數據完整性內涵 .............................................................................................................. 65
3.2.1 實體完整性 ........................................................................................................... 65
3.2.2 參照完整性 ........................................................................................................... 66
3.2.3 用戶定義完整性 ................................................................................................... 67
3.3 完整性控制機制 .............................................................................................................. 68
3.4 數據完整性實現 .............................................................................................................. 70
3.4.1 實體完整性的實現 ............................................................................................... 71
3.4.2 參照完整性的實現 ............................................................................................... 72
3.4.3 用戶定義完整性的實現 ....................................................................................... 74
3.4.4 觸發器 ................................................................................................................... 76
3.5 小結 .................................................................................................................................. 77
基於生成式人工智能的課堂知識鞏固與課後知識拓展........................................................ 78
數據庫建立實驗 ....................................................................................................................... 81
習題3 ........................................................................................................................................ 82
第4 章 關系數據庫標準語言SQL .................................................................................... 84
4.1 SQL ................................................................................................................................... 84
4.1.1 ANSI SQL ............................................................................................................. 84
4.1.2 SQL 特點 ............................................................................................................... 85
4.1.3 MySQL .................................................................................................................. 85
4.2 創建數據庫及表 .............................................................................................................. 86
4.2.1 創建數據庫 ........................................................................................................... 86
4.2.2 創建表 ................................................................................................................... 87
4.3 數據查詢 .......................................................................................................................... 92
4.3.1 集合查詢 ............................................................................................................... 93
4.3.2 單表查詢 ............................................................................................................... 95
4.3.3 多表查詢 ............................................................................................................. 102
4.4 視圖 ................................................................................................................................ 109
4.5 小結 ................................................................................................................................ 114
基於生成式人工智能的課堂知識鞏固與課後知識拓展...................................................... 114
查詢實驗 ................................................................................................................................. 119
習題4 ...................................................................................................................................... 121
第5 章 概念模型和邏輯模型 .......................................................................................... 123
5.1 概念模型 ........................................................................................................................ 123
5.1.1 概念模型的表示方法 ......................................................................................... 123
5.1.2 概念模型的實例分析 ......................................................................................... 125
5.2 邏輯模型 ........................................................................................................................ 129
5.2.1 實體轉換 ............................................................................................................. 129
5.2.2 聯系轉換 ............................................................................................................. 130
5.3 小結 ................................................................................................................................ 135
基於生成式人工智能的課堂知識鞏固與課後知識拓展...................................................... 136
習題5 ...................................................................................................................................... 138
第6 章 關系規範化 ........................................................................................................ 141
6.1 函數依賴 ........................................................................................................................ 142
6.1.1 完全函數依賴和部分函數依賴 ......................................................................... 143
6.1.2 傳遞函數依賴 ..................................................................................................... 143
6.2 數據依賴公理系統 ........................................................................................................ 143
6.2.1 Armstrong 公理 ................................................................................................... 143
6.2.2 函數依賴集閉包 ................................................................................................. 144
6.2.3 屬性集閉包 ......................................................................................................... 145
6.2.4 最小函數依賴集 ................................................................................................. 146
6.3 範式 ................................................................................................................................ 148
6.3.1 第一範式 ............................................................................................................. 149
6.3.2 第二範式 ............................................................................................................. 149
6.3.3 第三範式 ............................................................................................................. 152
6.3.4 BC 範式 ............................................................................................................... 157
6.3.5 更高範式 ............................................................................................................. 158
6.4 關系模式分解 ................................................................................................................ 159
6.4.1 關系模式分解理論 ............................................................................................. 159
6.4.2 關系模式的分解算法 ......................................................................................... 162
6.5 小結 ................................................................................................................................ 166
基於生成式人工智能的課堂知識鞏固與課後知識拓展...................................................... 167
習題6 ...................................................................................................................................... 174
第7 章 數據安全 ........................................................................................................... 176
7.1 數據安全標準和數據安全模型 .................................................................................... 176
7.1.1 數據安全標準 ..................................................................................................... 176
7.1.2 數據安全模型 ..................................................................................................... 177
7.2 數據安全控制 ................................................................................................................ 177
7.2.1 用戶鑒別 ............................................................................................................. 177
7.2.2 數據存取控制 ..................................................................................................... 179
7.2.3 視圖 ..................................................................................................................... 182
7.2.4 審計與數據加密 ................................................................................................. 184
7.3 SQL 註入攻擊 ................................................................................................................ 187
7.3.1 Web 應用程序與數據庫交互模型 ..................................................................... 188
7.3.2 SQL 註入攻擊原理 ............................................................................................. 189
7.3.3 SQL 註入攻擊防禦措施 ..................................................................................... 190
7.4 小結 ................................................................................................................................ 190
基於生成式人工智能的課堂知識鞏固與課後知識拓展...................................................... 191
安全實驗 ................................................................................................................................. 194
習題7 ...................................................................................................................................... 195
第8 章 並發控制 ........................................................................................................... 196
8.1 事務管理 ........................................................................................................................ 196
8.1.1 事務的概念 ......................................................................................................... 196
8.1.2 事務的特性 ......................................................................................................... 199
8.2 並發控制概述 ................................................................................................................ 201
8.3 封鎖和封鎖粒度 ............................................................................................................ 203
8.3.1 封鎖 ..................................................................................................................... 203
8.3.2 封鎖粒度 ............................................................................................................. 205
8.4 封鎖協議 ........................................................................................................................ 206
8.4.1 一級封鎖協議 ..................................................................................................... 207
8.4.2 二級封鎖協議 ..................................................................................................... 207
8.4.3 三級封鎖協議 ..................................................................................................... 208
8.4.4 兩段鎖協議 ......................................................................................................... 209
8.5 並發事務的可串行化 .................................................................................................... 209
8.5.1 並發事務調度 ..................................................................................................... 209
8.5.2 並行調度與串行調度的執行結果一致性 ......................................................... 210
8.6 活鎖和死鎖 .................................................................................................................... 211
8.6.1 活鎖 ..................................................................................................................... 212
8.6.2 死鎖 ..................................................................................................................... 212
8.7 小結 ................................................................................................................................ 214
基於生成式人工智能的課堂知識鞏固與課後知識拓展...................................................... 214
並發控制實驗 ......................................................................................................................... 216
習題8 ...................................................................................................................................... 219
第9 章 數據恢復 ........................................................................................................... 221
9.1 故障管理 ........................................................................................................................ 221
9.2 建立冗余數據 ................................................................................................................ 222
9.2.1 數據轉儲 ............................................................................................................. 222
9.2.2 日誌文件 ............................................................................................................. 223
9.3 恢復技術 ........................................................................................................................ 225
9.4 檢查點機制 .................................................................................................................... 227
9.5 小結 ................................................................................................................................ 229
基於生成式人工智能的課堂知識鞏固與課後知識拓展...................................................... 229
數據恢復實驗 ......................................................................................................................... 231
習題9 ...................................................................................................................................... 231
第10 章 數據庫設計 ...................................................................................................... 233
10.1 數據庫設計的方法與步驟 .......................................................................................... 233
10.1.1 數據庫設計方法 ............................................................................................... 233
10.1.2 數據庫設計步驟 ............................................................................................... 234
10.2 需求分析 ...................................................................................................................... 235
10.2.1 需求分析任務 ................................................................................................... 235
10.2.2 需求分析的方法和步驟 ................................................................................... 236
10.2.3 數據字典 ........................................................................................................... 236
10.3 概念結構設計 .............................................................................................................. 238
10.3.1 概念結構設計方法 ........................................................................................... 238
10.3.2 概念結構設計步驟 ........................................................................................... 239
10.4 邏輯結構設計 .............................................................................................................. 242
10.4.1 邏輯結構設計的內容 ....................................................................................... 242
10.4.2 外模式設計 ....................................................................................................... 242
10.5 物理結構設計 .............................................................................................................. 243
10.5.1 物理結構設計的內容 ....................................................................................... 244
10.5.2 存取方法 ........................................................................................................... 244
10.5.3 存儲結構 ........................................................................................................... 246
10.5.4 評價物理結構 ................................................................................................... 246
10.6 數據庫實施 .................................................................................................................. 246
10.6.1 數據庫引擎和數據源配置 ............................................................................... 246
10.6.2 存儲過程和函數 ............................................................................................... 247
10.6.3 流程控制 ........................................................................................................... 249
10.6.4 遊標 ................................................................................................................... 253
10.6.5 設計應用程序 ................................................................................................... 254
10.6.6 數據庫測試與試運行 ....................................................................................... 258
10.7 系統運行與維護 .......................................................................................................... 258
10.8 小結 .............................................................................................................................. 259
基於生成式人工智能的課堂知識鞏固與課後知識拓展...................................................... 260
數據庫設計實驗 ..................................................................................................................... 262
習題10 .................................................................................................................................... 263
第11 章 openGauss 數據庫 .......................................................................................... 265
11.1 系統架構 ...................................................................................................................... 265
11.2 優勢特點 ...................................................................................................................... 266
11.3 運行環境和技術指標 .................................................................................................. 267
11.4 基本功能 ...................................................................................................................... 268
11.5 安裝部署 ...................................................................................................................... 269
11.5.1 獲取安裝包 ....................................................................................................... 269
11.5.2 配置安裝環境 ................................................................................................... 270
11.5.3 安裝數據庫 ....................................................................................................... 272
11.6 數據庫連接 .................................................................................................................. 275
11.6.1 gsql 客戶端連接 ................................................................................................ 275
11.6.2 應用程序接口 ................................................................................................... 276
11.7 創建和管理數據庫 ...................................................................................................... 278
11.8 數據庫遷移 .................................................................................................................. 280
11.9 小結 .............................................................................................................................. 280
基於生成式人工智能的課堂知識鞏固與課後知識拓展...................................................... 280
數據庫遷移實驗 ..................................................................................................................... 282
習題11 .................................................................................................................................... 282
第12 章 數據庫管理系統設計 ........................................................................................ 283
12.1 DBMS ........................................................................................................................... 283
12.1.1 DBMS 的功能 ................................................................................................... 283
12.1.2 DBMS 的系統結構 ........................................................................................... 284
12.1.3 DBMS 的工作過程 ........................................................................................... 288
12.1.4 DBMS 的設計 ................................................................................................... 290
12.2 DBVAS 的設計與實現 ................................................................................................ 293
12.2.1 DBVAS 的系統結構 ......................................................................................... 294
12.2.2 DBVAS 的文件系統 ......................................................................................... 297
12.2.3 DBVAS 的DDL 設計 ....................................................................................... 304
12.2.4 DBVAS 的DML 設計 ...................................................................................... 310
12.2.5 DBVAS 的DCL 設計 ....................................................................................... 314
12.2.6 DBVAS 的GUI 設計 ........................................................................................ 315
12.2.7 DBVAS 的實現 ................................................................................................. 322
12.3 小結 .............................................................................................................................. 324
DBMS 設計實驗 ..................................................................................................................... 324
習題12 .................................................................................................................................... 324
第13 章 在虛擬機上安裝CentOS ................................................................................. 326
13.1 虛擬機VirtualBox 下載及安裝 ................................................................................... 326
13.2 CentOS 鏡像文件下載 ................................................................................................. 327
13.3 在VirtualBox 下安裝CentOS 操作系統 .................................................................... 327