數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用 課件 孟凡榮 第5、6章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫保護(hù)

第五章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)1數(shù)據(jù)庫原理TheTheoryofDatabaseSystem需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的實(shí)施數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)主要內(nèi)容2

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用需求。5.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述3

信息需求：數(shù)據(jù)庫內(nèi)容及結(jié)構(gòu)的要求，靜態(tài)

處理需求：數(shù)據(jù)庫要進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理，動態(tài)1、計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)知識和程序設(shè)計(jì)技術(shù)2、DB基本知識和DB設(shè)計(jì)技術(shù)3、軟件工程的原理和方法4、應(yīng)用領(lǐng)域的知識數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員應(yīng)具備的技術(shù)和知識45.1.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的內(nèi)容5現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)分析功能分析概念模型設(shè)計(jì)邏輯數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)子模式設(shè)計(jì)建立數(shù)據(jù)功能模型事務(wù)設(shè)計(jì)程序說明應(yīng)用程序設(shè)計(jì)程序編碼調(diào)試結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行為設(shè)計(jì)三分技術(shù)、七分管理、十二分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)直觀設(shè)計(jì)法規(guī)范設(shè)計(jì)法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法自動化設(shè)計(jì)法。5.1.3、數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法基于實(shí)體聯(lián)系的設(shè)計(jì)方法、基于3NF的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法、基于視圖概念的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法等。

6需求分析：是整個設(shè)計(jì)過程的基礎(chǔ)。

(1)信息需求分析(2)操作需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：將需求分析的結(jié)果用一種工具進(jìn)行形式化的定義和描述，是整個DB設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。如：E-R圖邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：概念模型→數(shù)據(jù)模型根據(jù)需求分析和概念設(shè)計(jì)的結(jié)果，選擇合適的數(shù)據(jù)模型，并選用某一設(shè)計(jì)方法構(gòu)造一數(shù)據(jù)庫模式。5.1.4、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的基本步驟74、物理設(shè)計(jì)：選擇合適的物理結(jié)構(gòu)。

包括存儲結(jié)構(gòu)和存取方法5、實(shí)施階段：根據(jù)邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)建立數(shù)據(jù)庫；編制和調(diào)試應(yīng)用程序；試運(yùn)行；6、DB運(yùn)行和維護(hù)階段

根據(jù)運(yùn)行記錄對DB進(jìn)行評價根據(jù)評價對DB調(diào)整和修改85.1.4、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的基本步驟需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫實(shí)施運(yùn)行維護(hù)9數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的基本步驟需求分析的任務(wù)是通過詳細(xì)調(diào)查現(xiàn)實(shí)世界要處理的對象，充分了解原系統(tǒng)（手工系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）工作概況，明確用戶的各種需求，然后在此基礎(chǔ)上確定新系統(tǒng)的功能。新系統(tǒng)必須充分考慮今后可能的擴(kuò)充和改善，不能僅僅按當(dāng)前應(yīng)用需求來設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫。5.2需求分析10信息要求：DB中需存儲的數(shù)據(jù)處理要求：用戶要求的處理功能對各處理的響應(yīng)時間的要求安全性與完整性要求5.2.1、需求分析的任務(wù)11確定用戶的最終需求是非常困難的！1.調(diào)查用戶需求的具體步驟：分析用戶活動，產(chǎn)生業(yè)務(wù)流程圖。確定系統(tǒng)范圍，產(chǎn)生業(yè)務(wù)范圍圖。分析用戶活動及所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)流圖分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)字典5.2.2、需求分析的方法和過程12

跟班作業(yè)開調(diào)查會請專人介紹詢問調(diào)查表查閱記錄2、需求分析的常用方法強(qiáng)調(diào)：數(shù)據(jù)的收集要盡可能詳盡，全面反映用戶需求。要考慮可能的擴(kuò)充和改變。必須強(qiáng)調(diào)用戶的參與。135.2.3、需求分析常用工具1.數(shù)據(jù)流圖（DFD）

DFD由四種基本符號組成。如下圖所示。數(shù)據(jù)加工（P）外部項(xiàng)（S）數(shù)據(jù)流（F）數(shù)據(jù)存儲（D）14F3帳簿F2明細(xì)帳F1付款單D總帳打印帳簿P2帳務(wù)處理P1S1客戶S2會計(jì)

下圖是一個簡單的DFD。它表示數(shù)據(jù)流“付款單”從外部項(xiàng)“客戶”（源點(diǎn)）流出，經(jīng)加工“帳務(wù)處理”轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)流“明細(xì)帳”，再經(jīng)加工“打印帳簿”轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)流“帳簿”，最后流向外部項(xiàng)“會計(jì)”（終點(diǎn)），加工“打印帳簿”在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時，從數(shù)據(jù)存儲“總帳”中讀取數(shù)據(jù)。15繪制數(shù)據(jù)流圖的過程a關(guān)聯(lián)圖….3.2圖0BQRLSMABCABCDEFG1235631NMPBL圖2b頂層圖d三層圖c二層圖繪制數(shù)據(jù)流圖過程示意圖F1617頂層數(shù)據(jù)流圖購書單缺書單教材管理系統(tǒng)教材存量表學(xué)生F1缺書登記表F3書庫保管員進(jìn)書通知領(lǐng)書單學(xué)生用書表F217無效書單0層數(shù)據(jù)流圖購書單缺書單單據(jù)審查庫存

管理12教材存量表學(xué)生F1缺書登記表F3書庫保管員進(jìn)書通知入庫信息領(lǐng)書單學(xué)生用書表F218缺書信息無效書單“單據(jù)審查”1層數(shù)據(jù)流圖購書單領(lǐng)書信息領(lǐng)書單審查開領(lǐng)書單學(xué)生1.11.2學(xué)生用書表學(xué)生教材存量表無效書單F1F219“庫存管理”1層數(shù)據(jù)流圖

按書號匯總?cè)睍?.12.3書庫保管員進(jìn)書通知入庫信息教材存量表F12.2按出版社統(tǒng)計(jì)缺書修改教材庫存F3缺書登記表缺書單20教材存量表F1缺書單缺書信息缺書信息數(shù)據(jù)字典是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，它是對數(shù)據(jù)流程圖上各個元素作出詳細(xì)的定義和說明。2.數(shù)據(jù)字典（DD）數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)存儲處理過程21數(shù)據(jù)項(xiàng)是不可再分的數(shù)據(jù)單位。數(shù)據(jù)項(xiàng)的描述={數(shù)據(jù)項(xiàng)名，含義說明，別名，數(shù)據(jù)類型，長度，取值范圍，取值含義，與其他數(shù)據(jù)項(xiàng)的邏輯關(guān)系，數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的聯(lián)系}（1）.數(shù)據(jù)項(xiàng)22數(shù)據(jù)項(xiàng)名:學(xué)號別名:學(xué)生編號取值：8{數(shù)字}8注釋:

*例如:20110101*數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)反應(yīng)了數(shù)據(jù)之間的組合關(guān)系。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述={數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名，含義說明，組成{數(shù)據(jù)項(xiàng)或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)}}（2）.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)23數(shù)據(jù)流名:領(lǐng)書單別名:購書發(fā)票組成:(學(xué)號)＋姓名＋書號＋單價＋數(shù)量＋總價數(shù)據(jù)流是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)耐緩?。?shù)據(jù)流的描述={數(shù)據(jù)流名，說明，數(shù)據(jù)流來源，數(shù)據(jù)流去向，組成：{數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)}，平均流量，高峰期流量}（3）.數(shù)據(jù)流24數(shù)據(jù)流名:領(lǐng)書信息數(shù)據(jù)流來源：審查數(shù)據(jù)流去向：開領(lǐng)書單組成:(學(xué)號)＋姓名＋書號＋單價＋數(shù)量＋總價數(shù)據(jù)量:100次/天高峰值：開學(xué)期間400次/天數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)停留或保存的地方，也是數(shù)據(jù)流的來源和去向之一。它可以是手工文檔或手工憑單，也可以是計(jì)算機(jī)文檔。數(shù)據(jù)存儲描述={數(shù)據(jù)存儲名，說明，編號，輸入的數(shù)據(jù)流，輸出的數(shù)據(jù)流，組成{數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)}，數(shù)據(jù)量，存取頻度，存取方式}（4）數(shù)據(jù)存儲25文件名:學(xué)生用書表輸入的數(shù)據(jù)流：學(xué)生用書申請信息輸出的數(shù)據(jù)流：學(xué)生用書信息組成：{系編號＋專業(yè)和班編號＋年級＋{書號}}存取要求:關(guān)鍵字是專業(yè)和班編號處理過程的具體處理邏輯一般用判定表或判定樹來描述。數(shù)據(jù)字典只描述處理過程的說明性信息。數(shù)據(jù)存儲描述={數(shù)據(jù)過程名，說明，輸入：{數(shù)據(jù)流}，輸出：{數(shù)據(jù)流}，處理：{簡要說明}}（5）.處理過程26加工名:開領(lǐng)書單編號:2.0加工激活條件:得到圖書采購員采購操作命令加工邏輯:2.0采購={2.1按書號匯總?cè)睍?/p>

+2.2按出版社統(tǒng)計(jì)缺書

+2.3修改教材庫存和待購量}執(zhí)行頻率:隨時27需求分析概念設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫實(shí)施運(yùn)行維護(hù)用戶需求分析用戶環(huán)境、調(diào)查組織結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)活動、確定系統(tǒng)目標(biāo)

設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)、建立局部E-R模型、建立總體E-R模型設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型優(yōu)化設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)性能評價和預(yù)測符合要求物理實(shí)現(xiàn)試運(yùn)行使用和維護(hù)NYNY符合要求數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程需求分析實(shí)例學(xué)校管理信息系統(tǒng)28學(xué)校管理信息系統(tǒng)研究生院人事處學(xué)科辦學(xué)生工作處教務(wù)處科技處財(cái)務(wù)處學(xué)校組織結(jié)構(gòu)圖29教務(wù)管理系統(tǒng)學(xué)籍管理專業(yè)建設(shè)選課管理教務(wù)管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖30頂層數(shù)據(jù)流圖學(xué)籍管理系統(tǒng)頂層數(shù)據(jù)流圖學(xué)籍管理0學(xué)生學(xué)生卡片輔導(dǎo)員獎懲信息教務(wù)處學(xué)籍變動信息統(tǒng)計(jì)表有關(guān)部門310層數(shù)據(jù)流圖學(xué)籍管理系統(tǒng)一級細(xì)化數(shù)據(jù)流圖學(xué)籍變動管理1學(xué)籍變動信息基本信息管理2學(xué)生卡片獎懲管理3獎懲信息學(xué)籍變動表D1基本信息表D2獎勵表D3懲罰表D4統(tǒng)計(jì)查詢4打印報(bào)表53233降級1.1學(xué)籍變動信息學(xué)籍變動表D1退學(xué)1.2學(xué)籍管理系統(tǒng)二級細(xì)化數(shù)據(jù)流圖基本信息表D21層數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)字典—數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)項(xiàng)學(xué)號含義說明唯一標(biāo)識某個學(xué)生別名學(xué)生編號類型字符型長度8取值范圍00000000至99999999取值含義前兩位表示該學(xué)生所在院系，3、4位表示所在年級，5、6位表示班級、后2位按順序標(biāo)號34數(shù)據(jù)字典—數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學(xué)生含義說明是學(xué)籍管理模塊的主體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，定義了一個學(xué)生的有關(guān)信息組成學(xué)號，姓名，性別，年齡，院系，年級，專業(yè)3536數(shù)據(jù)字典—數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流學(xué)籍變動信息含義說明學(xué)籍變化的相關(guān)信息數(shù)據(jù)流來源教務(wù)人員數(shù)據(jù)流去向?qū)W籍變動管理組成{{學(xué)生}，變動內(nèi)容}37數(shù)據(jù)字典—數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲基本信息表含義說明學(xué)生學(xué)籍基本信息流入的數(shù)據(jù)流新的學(xué)籍信息流出的數(shù)據(jù)流查詢的學(xué)籍信息組成學(xué)生學(xué)號，學(xué)生姓名，性別，入學(xué)年份、學(xué)院、宿舍存取方式順序存取存取量每年4000個新記錄數(shù)據(jù)字典—處理過程處理過程基本信息管理含義說明實(shí)現(xiàn)新生在校學(xué)籍信息的增刪改輸入數(shù)據(jù)流學(xué)生卡片輸出數(shù)據(jù)流學(xué)生在?；拘畔⑻幚硇律鷪?bào)到后，根據(jù)錄取專業(yè)，為所有新生錄入宿舍，院系，專業(yè)，班級等在校信息385.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)實(shí)世界信息世界39不同DBMS基于不同的數(shù)據(jù)模型，而現(xiàn)實(shí)應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜多變，將現(xiàn)實(shí)世界中的事物直接轉(zhuǎn)換為機(jī)器中的對象，非常不方便。概念模型是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一個中間層次，使用接近計(jì)算機(jī)存儲的方式表示數(shù)據(jù)，同時又不涉及具體的DBMS。

5.3.1、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的定義概念模型的描述工具通常是E_R模型，該模型不依賴于具體的硬件環(huán)境和DBMS。405.3.2、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法1、自頂向下（集中模式設(shè)計(jì)）：先定義全局，然后再逐步細(xì)化。2、自底向上（視圖集成法）：先定義局部，然后再集成起來。3、混合策略：自底向上和自頂向下相結(jié)合。4141需求全局概念模式

需求分析（自頂向下）

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（自底向上）424、逐步擴(kuò)張（由內(nèi)向外法）：先定義核心，然后再逐步向外擴(kuò)充。核心需求需求核心概念結(jié)構(gòu)全局概念結(jié)構(gòu)選擇局部應(yīng)用。一般而言，中層數(shù)據(jù)流圖能較好反應(yīng)系統(tǒng)各局部應(yīng)用的子系統(tǒng)組成，因此通常以中層數(shù)據(jù)流圖作為設(shè)計(jì)分E-R圖的依據(jù)。從數(shù)據(jù)字典中抽取數(shù)據(jù)。依據(jù)數(shù)據(jù)流圖，標(biāo)定局部應(yīng)用中的實(shí)體、實(shí)體屬性、標(biāo)識實(shí)體的碼，確定聯(lián)系及類型。5.3.3、局部（分）E_R圖設(shè)計(jì)4344（1）標(biāo)定局部應(yīng)用中的實(shí)體

實(shí)體ismemberof（2）標(biāo)定實(shí)體的屬性、標(biāo)識實(shí)體的碼

實(shí)體ispartof（3）確定實(shí)體之間的聯(lián)系45學(xué)校管理信息系統(tǒng)應(yīng)用舉例教務(wù)管理系統(tǒng)學(xué)籍管理專業(yè)建設(shè)選課管理教務(wù)管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖學(xué)籍管理0學(xué)生學(xué)生卡片輔導(dǎo)員獎懲信息教務(wù)處學(xué)籍變動信息統(tǒng)計(jì)表有關(guān)部門學(xué)籍管理頂層數(shù)據(jù)流圖局部視圖設(shè)計(jì)在“學(xué)籍管理模塊”中，涉及到的實(shí)體有哪些？學(xué)生，班級，學(xué)院，專業(yè)，宿舍，班主任請分析各個實(shí)體的屬性有哪些？請分析實(shí)體之間的聯(lián)系及類型。46局部應(yīng)用中的實(shí)體及屬性學(xué)生：{學(xué)號，姓名，性別，年齡，出生日期，院系，專業(yè)，班級，宿舍}班級：{班級編號，班級備注信息}宿舍：{宿舍編號，地址，電話}學(xué)院：{學(xué)院編號，學(xué)院名稱，院長，辦公電話}專業(yè)：{專業(yè)編號，專業(yè)名稱}

班主任：｛職工號，姓名，性別｝教師：{職工號，姓名，性別，職稱}47實(shí)體之間的聯(lián)系及類型學(xué)生班級所在n1學(xué)生學(xué)院屬于n1學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)n1學(xué)生宿舍住宿n1學(xué)籍管理子系統(tǒng)分E_R圖4849班主任班級管理11教師學(xué)生指導(dǎo)nm專業(yè)學(xué)院設(shè)置n1班級專業(yè)包含n1學(xué)籍管理子系統(tǒng)分E_R圖5.3.4集成全局視圖50視圖集成要解決的問題（1）確定模式之間的對應(yīng)和沖突

屬性沖突（屬性域沖突取值單位沖突）

命名沖突（同名異議異名同義）

結(jié)構(gòu)沖突（2）修改視圖使得相互一致（3）合并視圖（4）重構(gòu)(可選）5.3.4集成全局視圖需求分析DFDDD數(shù)據(jù)抽象、局部視圖的設(shè)計(jì)分E_R圖視圖集成總E_R圖用戶是否滿意N邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)51Y52應(yīng)用舉例——消除沖突

學(xué)生：{學(xué)號，姓名，性別，年齡，出生日期，院系，專業(yè)，班級，宿舍}班級：{班級編號，班級信息備注}宿舍：{宿舍編號，地址，電話}學(xué)院：{學(xué)院編號，學(xué)院名稱，院長，辦公電話}專業(yè)：{專業(yè)編號，專業(yè)名稱}

班主任：{職工號，姓名，性別}命名沖突學(xué)籍管理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)沖突53應(yīng)用舉例——消除沖突教師：｛職工號，姓名，性別，職稱｝班主任：｛職工號，姓名，性別｝教師：｛職工號，教師姓名，性別，職稱｝統(tǒng)一結(jié)構(gòu)沖突54消除冗余屬性和聯(lián)系學(xué)生：{學(xué)號，姓名，性別，年齡，出生日期，學(xué)院編號，專業(yè)編號，班級編號，宿舍編號}出生日期年齡學(xué)生：{學(xué)號，姓名，性別，出生日期，學(xué)院編號，專業(yè)編號，班級編號，宿舍編號}班級編號專業(yè)編號學(xué)生：{學(xué)號，姓名，性別，出生日期，學(xué)院編號，班級編號，宿舍編號}視圖集成學(xué)籍管理子系統(tǒng)總E-R圖55班級所在n學(xué)生1屬于學(xué)院1n1宿舍住宿n專業(yè)包含1n設(shè)置1n教師管理11指導(dǎo)mn學(xué)習(xí)1n數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成特定DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，需要考慮具體的DBMS的性能、具體的數(shù)據(jù)模型特點(diǎn)。5.4

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)E_R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，實(shí)質(zhì)就是將實(shí)體和聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。56將概念模型轉(zhuǎn)化為等價的關(guān)系模式按需要對關(guān)系模式進(jìn)行規(guī)范化對規(guī)范化后的模式進(jìn)行評價

根據(jù)局部應(yīng)用的需要，設(shè)計(jì)用戶外模式5.4.1

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)和步驟57學(xué)籍管理子系統(tǒng)總E-R圖58班級所在n學(xué)生1屬于學(xué)院1n1宿舍住宿n專業(yè)包含1n設(shè)置1n教師管理11指導(dǎo)mn學(xué)習(xí)1n

實(shí)體：一個實(shí)體轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。實(shí)體的屬性就是關(guān)系的屬性，實(shí)體的碼就是關(guān)系的碼。5.4.2

E_R圖向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換的原則學(xué)生學(xué)生（學(xué)號，姓名，出生日期，學(xué)院編號，班級編號，宿舍編號）學(xué)號，59班級學(xué)院專業(yè)宿舍教師類型為1:1聯(lián)系的轉(zhuǎn)換規(guī)則類型為1:n聯(lián)系的轉(zhuǎn)換規(guī)則類型為n:m聯(lián)系的轉(zhuǎn)換規(guī)則5.4.2

E_R圖向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換的原則60615.4.2

E_R圖向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換的原則

聯(lián)系類型為1:1可以將聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個新的關(guān)系。與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的碼以及聯(lián)系本身的屬性構(gòu)成新關(guān)系的屬性，每個實(shí)體的碼均是該關(guān)系的候選碼。管理（教師號，班級號）管理（教師號，班級號）管理（教師號，班級號）班級教師管理11625.4.2

E_R圖向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換的原則聯(lián)系類型為1:1可以與任意一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。在該關(guān)系模式中加入另一關(guān)系的碼和聯(lián)系的屬性，該關(guān)系的碼不變。班級教師管理11教師：｛職工號，教師姓名，性別，職稱｝，班級號}班級：{班級編號，班級信息備注}，職工號}635.4.2

E_R圖向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換的原則

聯(lián)系類型為1:n可以將聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個新的關(guān)系。將聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個新的關(guān)系模式：與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的碼以及聯(lián)系本身的屬性構(gòu)成新關(guān)系的屬性，該關(guān)系的碼是n端關(guān)系模式的碼。學(xué)生班級所在n1所在（學(xué)號，班級號）645.4.2

E_R圖向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換的原則

聯(lián)系類型為1:n可以與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。在n端關(guān)系模式中加入1端關(guān)系模式的碼和聯(lián)系的屬性，關(guān)系的碼仍為n端關(guān)系的碼。學(xué)生班級所在n1學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，班級號）

聯(lián)系類型為n:m只能將聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個新的關(guān)系。與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的碼以及聯(lián)系本身的屬性構(gòu)成新關(guān)系的屬性，該關(guān)系的碼是兩端關(guān)系模式碼的組合。5.4.2

E_R圖向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換的原則65指導(dǎo)（學(xué)號，教師號，獲獎內(nèi)容）教師學(xué)生指導(dǎo)nm獲獎內(nèi)容學(xué)籍管理子系統(tǒng)的關(guān)系模式

學(xué)生：{學(xué)號，姓名，性別，出生日期，院系編號，班級編號，宿舍編號}班級：{班級編號，班級信息備注}宿舍：{宿舍編號，地址，電話}學(xué)院：{學(xué)院編號，學(xué)院名稱，院長，辦公電話}專業(yè)：{專業(yè)編號，專業(yè)名稱}教師：｛職工號，教師姓名，性別，職稱｝6667

管理：（教師編號，班級編號）

所在：（學(xué)號，班級編號）

住宿：（學(xué)號，宿舍編號）屬于：（學(xué)號，學(xué)院編號）

學(xué)習(xí)：（學(xué)號，專業(yè)編號）

包含：（班級編號，專業(yè)編號）設(shè)置：（專業(yè)編號，學(xué)院編號）

指導(dǎo)：（教師編號，學(xué)號，獲獎內(nèi)容）1:1和1：n關(guān)系采用生成一個新關(guān)系的策略681:1和1：n關(guān)系采用生成一個新關(guān)系的策略消除冗余學(xué)生：（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，學(xué)院編號，班級編號，宿舍編號}學(xué)生：（學(xué)號，姓名，性別，出生日期,學(xué)院編號，班級編號）學(xué)習(xí)：（學(xué)號，專業(yè)編號）

包含：（班級編號，專業(yè)編號）所在：（學(xué)號，班級編號）69學(xué)生：（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，學(xué)院編號，班級編號）班級：（班級編號，班級信息備注）宿舍：（宿舍編號，地址，電話）學(xué)院：（學(xué)院編號，學(xué)院名稱，院長，辦公電話）專業(yè)：（專業(yè)編號，專業(yè)名稱）

教師：（教師編號，教師姓名，性別，職稱）

所在：（學(xué)號，班級編號）

住宿：（學(xué)號，宿舍編號）屬于：（學(xué)號，學(xué)院編號）

管理：（教師編號，班級編號）包含：（班級編號，專業(yè)編號）設(shè)置：（專業(yè)編號，學(xué)院編號）

指導(dǎo)：（教師編號，學(xué)號，獲獎內(nèi)容）70

學(xué)生：（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，學(xué)院編號，班級編號，宿舍編號）班級：（班級編號，班級信息備注，教師編號，專業(yè)編號）宿舍：（宿舍編號，地址，電話）學(xué)院：（學(xué)院編號，學(xué)院名稱，院長，辦公電話）專業(yè)：（專業(yè)編號，專業(yè)名稱，學(xué)院編號）

教師：（教師編號，教師姓名，性別，職稱）

指導(dǎo)：（教師編號，學(xué)號，獲獎內(nèi)容）1:1和1：n關(guān)系采用合并的策略確定數(shù)據(jù)依賴對于各關(guān)系模式間的數(shù)據(jù)依賴進(jìn)行極小化處理，消除冗余的聯(lián)系。規(guī)范化5.4.3

邏輯結(jié)構(gòu)的優(yōu)化7172

學(xué)生：（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，學(xué)院編號，班級編號，宿舍編號）班級：（班級編號，班級信息備注，教師編號，專業(yè)編號）宿舍：（宿舍編號，地址，電話）學(xué)院：（學(xué)院編號，學(xué)院名稱，院長，辦公電話）專業(yè)：（專業(yè)編號，專業(yè)名稱，學(xué)院編號）

教師：（教師編號，教師姓名，性別，職稱）

指導(dǎo)：（教師編號，學(xué)號，獲獎內(nèi)容）1:1和1：n關(guān)系采用合并的策略735.4.4設(shè)計(jì)用戶外模式使用更符合用戶習(xí)慣的別名。對于不同級別的用戶定義不同的外模式，以滿足系統(tǒng)對安全性的要求。

view1(學(xué)號，姓名，教師編號，獲獎內(nèi)容）view2(學(xué)號，姓名，教師編號，教師姓名，職稱，獲獎內(nèi)容簡化用戶對系統(tǒng)的使用。745.5物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)就是為給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用要求的物理結(jié)構(gòu)的過程。通常分為兩步：確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中主要指存取方法和存儲結(jié)構(gòu)對物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價，評價的重點(diǎn)是時間和空間效率755.6-5.7數(shù)據(jù)庫的實(shí)施和維護(hù)數(shù)據(jù)的載入和應(yīng)用程序的調(diào)試數(shù)據(jù)庫的試運(yùn)行數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行和維護(hù)76醫(yī)院管理信息系統(tǒng)5.8數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)實(shí)例77

實(shí)例

醫(yī)院管理信息系統(tǒng)1需求分析醫(yī)院有若干科室，科室包括科編號、名稱、人數(shù)、地點(diǎn)、負(fù)責(zé)人。醫(yī)院每一個科室有若干名醫(yī)生，醫(yī)生包括醫(yī)生編號、姓名、職務(wù)、學(xué)歷、職稱、簡歷，每個醫(yī)生的簡歷包括開始時間、終止時間、單位、擔(dān)任職務(wù)、證明人。一個醫(yī)生要負(fù)責(zé)幾個病房病人的醫(yī)療工作，每個病房又可以有多個醫(yī)生為病人治療，但一個病人只能由一個醫(yī)生負(fù)責(zé)。對于病人，醫(yī)院關(guān)心病人編號、姓名、性別、年齡、住院時間、出院時間、病因等信息，對于病房關(guān)心病房號、床位數(shù)、床位號、床位是否為空等信息。782概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科室醫(yī)生簡歷病人醫(yī)院病房79醫(yī)院每一個科室有若干名醫(yī)生一個醫(yī)生要負(fù)責(zé)幾個病房病人的醫(yī)療工作，每個病房又可以有多個醫(yī)生為病人治療一個病人只能由一個醫(yī)生負(fù)責(zé)科室醫(yī)生屬于1n病房醫(yī)生負(fù)責(zé)mn病人醫(yī)生治療n12概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)80科室病房包含1n病人病房住在n1簡歷醫(yī)生擁有n1813邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)醫(yī)生（醫(yī)生編號，姓名，職稱，職務(wù)，學(xué)歷）科室（科室編號，名稱，人數(shù)，地點(diǎn)，負(fù)責(zé)人）簡歷（簡歷編號，醫(yī)生姓名，單位，擔(dān)任職務(wù)，開始時間，終止時間，證明人）病人（病人編號，姓名，性別，年齡，住院時間，出院時間，病因）病房（病房號，床位號，病床數(shù)，床位是否為空）82治療（病人編號，醫(yī)生編號）擁有（簡歷編號，醫(yī)生編號）屬于（醫(yī)生編號，科室編號）包含（病房號，科室編號）住在（病人編號，病房編號）

負(fù)責(zé)（病房號，醫(yī)生編號）1:1和1：n關(guān)系采用生成一個新關(guān)系的策略83醫(yī)生（醫(yī)生編號，姓名，職稱，職務(wù)，學(xué)歷，科室

編號）科室（科室編號，名稱，人數(shù)，地點(diǎn)，負(fù)責(zé)人）簡歷（簡歷編號，醫(yī)生姓名，單位，擔(dān)任職務(wù)，開

始時間，終止時間，證明人，醫(yī)生編號）病人（病人編號，姓名，性別，年齡，住院時間，

出院時間，病因，醫(yī)生編號，病房編號）病房（病房號，床位號，病床數(shù)，床位是否為空，

科室編號）1:1和1：n關(guān)系采用合并的策略84優(yōu)化病房（病房號，床位號，病床數(shù)，床位是否為空，科室編號）病房號床位數(shù)病房（病房號，床位號，床位是否為空，科室編號）病房信息（病房號，病床數(shù)）第六章數(shù)據(jù)庫保護(hù)85事務(wù)數(shù)據(jù)庫恢復(fù)并發(fā)控制數(shù)據(jù)庫安全性數(shù)據(jù)庫完整性主要內(nèi)容866.1事務(wù)事務(wù)：是一個不可分割的操作序列，該操作序列要么全做，要么全不做。事務(wù)和程序是兩個概念。一個程序中可以包含多個事務(wù)。87隱式控制：由DBMS按缺省規(guī)定自動劃分。顯式控制：

BEGINTRANSACTION

[事務(wù)開始]

COMMIT

[事務(wù)提交，重新改寫數(shù)據(jù)庫]

ROLLBACK

[事務(wù)提交，發(fā)生錯誤撤消]一、事務(wù)的概念88BEGINTRANSACTIONINSERTINTOS(S#,Sname,Sage,Sdept)VALUES(‘10002’,’李娜’,18,‘計(jì)算機(jī)’)COMMIT89BEGINTRANSACTION

讀賬戶甲的余額Balance；Balance=Balance-AmountIf(Balance<0)Then{打印’金額不足，不能轉(zhuǎn)賬’;Rollback；Else{讀賬戶乙的余額Balance1;Balance1=Balance1+Amount;

寫回Balance1;

commint;}90原子性（Atomicity）

事務(wù)是不可分割的工作單位一致性（Consistency）事務(wù)提交后，數(shù)據(jù)庫從一個一致性狀態(tài)變到另一個一致性狀態(tài)。隔離性（Isolation）在事務(wù)完成之前，它對數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生的結(jié)果不能被其它事務(wù)引用。持續(xù)性（Durability）一旦事務(wù)執(zhí)行成功(提交)，其對數(shù)據(jù)產(chǎn)生的效果永久有效。

二、事務(wù)的特性（ACID）91破壞ACID特性的因素（1）多個事務(wù)并行運(yùn)行時，不同事務(wù)交叉執(zhí)行（2）事務(wù)在運(yùn)行過程中被強(qiáng)行停止。92丟失修改不可重復(fù)讀讀“臟”數(shù)據(jù)并發(fā)操作引起的問題93事務(wù)T1事務(wù)T2讀出C，C=500C=C+100C=600讀出C，C=500C=C+200C=700丟失修改94不可重復(fù)讀事務(wù)T1事務(wù)T2

讀出A=50

讀出B=100

求和=150

讀出B=100B=B*2WRITE（B）

讀出A=50

讀出B=200

求和=250（驗(yàn)算不對）95讀臟數(shù)據(jù)事務(wù)T1事務(wù)T2

讀出C=100C=C*2WRITE（C）

讀出C=200

ROLLBACKC恢復(fù)為100966.2

數(shù)據(jù)庫恢復(fù)數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)：

把數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)。3．介質(zhì)故障4．計(jì)算機(jī)病毒6.2.1故障的類型1．事務(wù)故障2．系統(tǒng)故障軟故障硬故障971．事務(wù)故障

是事務(wù)內(nèi)部的故障（不需要重新啟動系統(tǒng)）。預(yù)期故障：通過在程序中加判斷條件來實(shí)現(xiàn)非預(yù)期的故障：如由于死鎖而被迫撤銷的事務(wù)等982．系統(tǒng)故障（需要系統(tǒng)重新啟動）故障類型：硬件錯誤、操作系統(tǒng)故障、DBMS代碼錯誤、突然停電等。特點(diǎn)：故障影響正在運(yùn)行的所有事務(wù)，但不破壞數(shù)據(jù)庫。可能會造成數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的不一致性。其原因：故障發(fā)生時，尚未完成的事務(wù)的結(jié)果可能已送入到物理數(shù)據(jù)庫。故障發(fā)生時，有些已完成的事務(wù)所做的數(shù)據(jù)更改還在緩沖區(qū)中，尚未寫到物理數(shù)據(jù)庫中。993．介質(zhì)故障

是指存儲數(shù)據(jù)庫的磁盤發(fā)生故障。原因：可能是磁盤損壞、磁頭碰撞、瞬時強(qiáng)磁場干擾等。特點(diǎn)：使數(shù)據(jù)庫受到破環(huán)。雖然可能性小，但破壞性最大。4．計(jì)算機(jī)病毒人為的故障或破壞，是一些惡作劇者研制的一種計(jì)算機(jī)程序。1006.2.2數(shù)據(jù)庫恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)兩個關(guān)鍵問題：

1如何建立冗余數(shù)據(jù)

2如何利用這些冗余數(shù)據(jù)實(shí)施數(shù)據(jù)庫恢復(fù)冗余技術(shù)1011．通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲建立冗余轉(zhuǎn)儲：定期將DB復(fù)制到其它外存保存（副本）轉(zhuǎn)儲類型：

靜態(tài)轉(zhuǎn)儲

能保證副本與數(shù)據(jù)庫的一致性；但是效率太低。

動態(tài)轉(zhuǎn)儲

效率高，但不能保證副本與數(shù)據(jù)庫的一致性。轉(zhuǎn)儲運(yùn)行事務(wù)故障發(fā)生點(diǎn)TaTb轉(zhuǎn)儲恢復(fù)重新運(yùn)行事務(wù)裝入后備副本102轉(zhuǎn)儲方式海量轉(zhuǎn)儲：每次轉(zhuǎn)儲數(shù)據(jù)庫中的全部數(shù)據(jù)增量轉(zhuǎn)儲：每次轉(zhuǎn)儲上一次轉(zhuǎn)儲后更新過的數(shù)據(jù)

轉(zhuǎn)儲狀態(tài)動態(tài)轉(zhuǎn)儲靜態(tài)轉(zhuǎn)儲

轉(zhuǎn)儲方式海量轉(zhuǎn)儲動態(tài)海量轉(zhuǎn)儲靜態(tài)海量轉(zhuǎn)儲增量轉(zhuǎn)儲動態(tài)增量轉(zhuǎn)儲靜態(tài)增量轉(zhuǎn)儲1032．通過日志文件建立冗余日志文件記錄對數(shù)據(jù)庫每次更新活動的文件。每次更新活動的內(nèi)容作為一個“記錄”寫入日志文件。主要內(nèi)容包括：事務(wù)標(biāo)識（標(biāo)明是哪個事務(wù)）操作類型及對象（插入、刪除、修改，記錄內(nèi)部標(biāo)識）更新前后的值104事務(wù)標(biāo)識操作類型對象標(biāo)識前像后像日志文件的格式

事務(wù)T開始，日志記錄為（T，START…）事務(wù)T修改對象A，日志記錄為（T，UPDATE，A，前像，后

像）

事務(wù)T插入對象A，日志記錄為（T，INSERT，A，后像）

事務(wù)T刪除對象A，日志記錄為（T，DELETE，A，前像）

事務(wù)T提交，日志記錄為（T，COMMIT…）

事務(wù)T回滾，日志記錄為（T，ROLLBACK…）105日志文件的作用事務(wù)故障恢復(fù)和系統(tǒng)故障恢復(fù)必須用日志文件正常運(yùn)行運(yùn)行事務(wù)登記日志文件TaTb轉(zhuǎn)儲介質(zhì)故障利用日志文件恢復(fù)TaTb重裝后備副本在動態(tài)轉(zhuǎn)儲方式中必須建立日志文件，后備副本和日志文件結(jié)合才能有效恢復(fù)數(shù)據(jù)庫在靜態(tài)轉(zhuǎn)儲方式中，也可以建立日志文件106登記日志文件要遵循兩條原則：

登記的次序必須嚴(yán)格按照并發(fā)事務(wù)執(zhí)行的次序

必須先寫日志，后寫數(shù)據(jù)庫，并且日志文件和數(shù)據(jù)庫文件不能和數(shù)據(jù)庫文件放在同一個磁盤上。1076.2.3．事務(wù)恢復(fù)策略1.事務(wù)故障的恢復(fù)恢復(fù)策略：反向掃描日志文件，將日志中更新前的數(shù)據(jù)寫回到數(shù)據(jù)庫中，直至事務(wù)的開始標(biāo)志。事務(wù)T修改對象A，日志記錄為（T，UPDATE，A，前像，后像）

事務(wù)T插入對象A，日志記錄為（T，INSERT，A，后像）

事務(wù)T刪除對象A，日志記錄為（T，DELETE，A，前像1086.2.3．事務(wù)恢復(fù)策略2、系統(tǒng)故障的恢復(fù)恢復(fù)策略：撤銷故障發(fā)生時未完成的事務(wù)，重做已完成的事務(wù)。方法：（1）正向掃描日志文件；找出故障發(fā)生前已經(jīng)提交的事務(wù)，將該事務(wù)放入REDO隊(duì)列；找出故障發(fā)生前未提交的事務(wù)，將其放入UNDO隊(duì)列。（2）對UNDO隊(duì)列做撤銷操作（3）對REDO隊(duì)列做重做操作1093、介質(zhì)故障的恢復(fù)恢復(fù)策略：利用數(shù)據(jù)庫副本和日志文件副本進(jìn)行恢復(fù)。（需要DBA介入）6.2.3．事務(wù)恢復(fù)策略正常運(yùn)行運(yùn)行事務(wù)登記日志文件TaTb轉(zhuǎn)儲介質(zhì)故障利用日志文件恢復(fù)TaTb重裝后備副本1106.2.4具有檢查點(diǎn)的恢復(fù)策略Ci檢查點(diǎn)記錄地址T1D1T2D2重新開始文件日志文件檢查點(diǎn)記錄日志文件111具有檢查點(diǎn)時，動態(tài)維護(hù)數(shù)據(jù)庫日志的方法

將當(dāng)前日志緩沖區(qū)中的日志記錄寫入磁盤的日志文件

在日志文件中加入一個檢查點(diǎn)記錄

將當(dāng)前數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)記錄寫入磁盤的數(shù)據(jù)庫

將檢查點(diǎn)記錄在日志文件中的地址寫入重新開始文件112Tc（檢查點(diǎn)）Tf（系統(tǒng)故障）T1T2T3T4T5REDOREDOUNDOUNDO113系統(tǒng)使用檢查點(diǎn)進(jìn)行恢復(fù)的步驟

從重新開始文件中找到最后一個檢查點(diǎn)記錄在日志文件中的地址，找到最后一個檢查點(diǎn)

由該檢查點(diǎn)找到檢查點(diǎn)建立時刻所有的動態(tài)事務(wù)清單

從檢查點(diǎn)正向掃描日志文件

如有新開始的事務(wù)，放入UNDO隊(duì)列

如有提交的事務(wù)，將該事務(wù)從UNDO放入REDO隊(duì)列

執(zhí)行UNDO和REDO處理114115本次課程總結(jié)1.事務(wù)的概念，ACID特性2.數(shù)據(jù)庫恢復(fù)，故障類型3.數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)，轉(zhuǎn)儲和日志4.數(shù)據(jù)庫恢復(fù)策略116上次課程回顧1.事務(wù)的概念，ACID特性2.數(shù)據(jù)庫恢復(fù)，故障類型3.數(shù)據(jù)庫恢復(fù)技術(shù)，轉(zhuǎn)儲和日志4.數(shù)據(jù)庫恢復(fù)策略6.3并發(fā)控制丟失修改不可重復(fù)讀讀“臟”數(shù)據(jù)6.3.1并發(fā)操作引發(fā)的問題117事務(wù)T1事務(wù)T2讀出C，C=500C=C+100C=600讀出C，C=500C=C+200C=700丟失修改118不可重復(fù)讀事務(wù)T1事務(wù)T2

讀出A=50

讀出B=100

求和=150

讀出B=100B=B*2WRITE（B）

讀出A=50

讀出B=200

求和=250（驗(yàn)算不對）119讀臟數(shù)據(jù)事務(wù)T1事務(wù)T2

讀出C=100C=C*2WRITE（C）

讀出C=200

ROLLBACKC恢復(fù)為100120并發(fā)控制的任務(wù)2.保證事務(wù)的隔離性3.保證事務(wù)的一致性1.對并發(fā)操作進(jìn)行正確調(diào)度思考：事務(wù)的原子性和持久性由DBMS的哪個子系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)？1216.3.2調(diào)度及其可串行化1、事務(wù)的表示方法：

Ri(X)表示事務(wù)Ti的讀X操作

Wi(X)表示事務(wù)Ti的寫X操作例：

事務(wù)T1(Read(B)；A=B+1；write(A))，事務(wù)T2(Read(A)；B=A+1；write(B))可以表示成：

T1：R1(B)W1(A)T2：R2(A)W2(B)1222、沖突操作定義：如果兩個操作來自不同的事務(wù)，它們對同一數(shù)據(jù)單位進(jìn)行操作，并且其中至少有一個是寫操作，則稱這兩個操作是相互沖突的或沖突操作。例：事務(wù)T0：W0(X)W0(Y)W0(Z)

事務(wù)T1：R1(X)R1(Z)W1(X)

在這兩個事務(wù)中有哪些沖突操作？R1(X)與W0(X)

W1(X)與W0(X)R1(Z)與W0(Z)1233串行調(diào)度調(diào)度S中的任意兩個事務(wù)Ti和Tj，如果Ti的所有操作都先于Tj的所有操作，或者相反，則稱S為串行調(diào)度。串行調(diào)度事務(wù)執(zhí)行的結(jié)果總是正確的.串行調(diào)度不能夠充分利用系統(tǒng)資源.1244并發(fā)調(diào)度如果在一個調(diào)度中，各個事務(wù)交叉地執(zhí)行，這個調(diào)度稱為并發(fā)調(diào)度。5可串行化的調(diào)度如果一個事務(wù)集的并發(fā)調(diào)度與某一串行調(diào)度是等價的，則稱該并發(fā)調(diào)度是可串行化的?？纱谢亲鳛椴l(fā)調(diào)度正確與否的判定準(zhǔn)則!125T1T2Read（A）A:=A-5Write（A）Read（B）B:=B+5Write(B)Read(B)B:=B-5Write(B)串行調(diào)度1T1T2Read（A）A:=A-5Write（A）Read（B）B:=B+5Write(B)Read(B)B:=B-5Write(B)串行調(diào)度2T1T2Read(A)Read(B)B:=B-5A:=A-5Write(A)Write(B)Read(B)B:=B+5Write(B)并發(fā)調(diào)度1T1T2Read(A)Read(B)B:=B-5A:=A-5Write(A)Write(B)Read(B)并發(fā)調(diào)度2B:=B+5Write(B)A=10B=10A=5B=10A=5B=10A=5B=10A=5B=151266沖突可串行化一個調(diào)度Sc在保證沖突操作的次序不變的情況下，通過交換兩個事務(wù)不沖突操作的次序得到另一個調(diào)度Sc’，如果Sc’是串行的稱調(diào)度Sc為沖突可串行化調(diào)度。一個調(diào)度是沖突可串行化的，一定是可串行化調(diào)度，反之則不成立！127調(diào)度Sc1=r1(A)w1(A)r2(A)w2(A)r1(B)w1(B)r2(B)w2(B)判斷Sc1是否是沖突可串行化的調(diào)度。首先把w2(A)和r1(B)w1(B)交換，得到r1(A)w1(A)r2(A)r1(B)w1(B)w2(A)r2(B)w2(B)再把r2(A)和r1(B)w1(B)交換，得到Sc2=r1(A)w1(A)r1(B)w1(B)r2(A)w2(A)r2(B)w2(B)Sc2等價于串行調(diào)度T1T2，所以Sc1是沖突可串行化的例題128沖突可串行化的判定方法：構(gòu)造前驅(qū)圖設(shè)S是若干事務(wù){(diào)T1,T2,…,Tn}的一個調(diào)度，S的前驅(qū)圖G（V，E）是一個有向圖，其構(gòu)成規(guī)則如下：1）V是由所有參加調(diào)度的事務(wù)構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)2）E是圖中的一條有向邊，如果Oi和Oj是沖突操作，且Oi先于Oj執(zhí)行，則在圖中有一條邊Ti→Tj。

事務(wù)Ti讀x在事務(wù)Tj寫x之前

事務(wù)Ti寫x在事務(wù)Tj讀x之前

事務(wù)Ti寫x在事務(wù)Tj寫x之前若一個調(diào)度的前趨圖無環(huán)，則該調(diào)度是調(diào)度可串行化的129T4T2T1T3T1T2T4Read(x)Read(y)Write(y)Write(x)Write(x)Write(z)Read(z)Write(x)一個并發(fā)調(diào)度ST3例題130獲得調(diào)度S的一個等價的串行調(diào)度由于圖中無回路，必有一個節(jié)點(diǎn)無入弧，將這個節(jié)點(diǎn)及其相連的弧刪去，并把該節(jié)點(diǎn)存入先進(jìn)先出的隊(duì)列中。對剩下的圖做同樣的處理，直至所有節(jié)點(diǎn)移入隊(duì)列中。按照隊(duì)列中次序串行安排各事務(wù)的執(zhí)行，就可以得到一個等價的串行調(diào)度前驅(qū)圖的拓?fù)渑判?31T4T2T1T3T1T2T4Read(x)Read(y)Write(y)Write(x)Write(x)Write(z)Read(z)Write(x)一個并發(fā)調(diào)度ST3T1T2T3T4T3T2T4T2T4132有3個事務(wù)的一個調(diào)度R3(B)r1(A)w3(B)r2(B)r2(A)w2(B)r1(B)w1(A)該調(diào)度是沖突可串行化的么？練習(xí)1交換r1(A)和w3(B)r2(B)r2(A)w2(B)R3(B)w3(B)r2(B)r2(A)w2(B)r1(A)r1(B)w1(A)等價于串行調(diào)度T3T2T1133有3個事務(wù)的一個調(diào)度R3(B)r1(A)w3(B)r2(B)r2(A)w2(B)r1(B)w1(A)該調(diào)度是沖突可串行化的么？練習(xí)1（1）找出沖突操作R2(A)和w1(A)R3(B)和w2(B)T2T1T3T2W3(B)和r2(B)W3(B)和w2(B)W3(B)和r1(B)W2(B)和r1(B)T3T2T3T2T3T1T2T1134（2）得到并發(fā)操作的前趨圖T2T1T3（3）由前趨圖判斷是否可串行化，若可串行化，給出等價的串行化調(diào)度T3T2T1135沖突可串行化調(diào)度是可串行化調(diào)度的充分條件，不是必要條件！調(diào)度L1=W1(Y)W1(X)W2(Y)W2(X)W3(X)調(diào)度L2=W1(Y)W2(Y)W2(X)W1(X)W3(X)136設(shè)T1，T2是如下的三個事務(wù)

T1：A：=A*B+2 T2：B：=A*2設(shè)A的初值為2，B的初值為4：（1）若這兩個事務(wù)允許并發(fā)執(zhí)行，討論他們可能實(shí)施的調(diào)度，請一一列舉并求每種調(diào)度的結(jié)果（2）試給出一個可串行化調(diào)度，并給出執(zhí)行結(jié)果練習(xí)2137（1）所有的串行調(diào)度習(xí)題2T1T2T2T1T1：A：=A*B+2T2：B：=A*2設(shè)A的初值為2，B的初值為4A=10，B=20A=10，B=4（2）試給出一個可串行化調(diào)度，并給出執(zhí)行結(jié)果138139調(diào)整次序注意：（1）不能改變沖突操作的先后次序（2）同一事務(wù)的讀寫先后順序不能改變T1T2：R1(A)R1(B)W1(A)R2(A)W2(B)無法改變順序T2T1：R2(A)W2(B)R1(A)R1(B)W1(A)可串行化調(diào)度：R2(A)

R1(A)W2(B)R1(B)W1(A)6.3.3封鎖技術(shù)封鎖：是實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制的一種機(jī)制。所謂封鎖，就是事務(wù)T在對某個數(shù)據(jù)對象操作之前，先對其加鎖。排它鎖（X鎖，寫鎖）若事務(wù)T對數(shù)據(jù)對象A加上排它鎖，則只允許T讀取和修改A，不允許其他任何事務(wù)再對A加鎖，直到T釋放A上的X鎖。2.共享鎖（S鎖，讀鎖）若事務(wù)T對數(shù)據(jù)對象A加上共享鎖，則事務(wù)T可以讀A但不能修改A，其他事務(wù)只能對A加S鎖，而不能加X鎖，直到T釋放A上的S鎖。。1403.封鎖協(xié)議封鎖級別加鎖放鎖一級事務(wù)T在修改數(shù)據(jù)A之前必須先對其加X鎖事務(wù)結(jié)束才釋放X鎖二級一級封鎖協(xié)議加上事務(wù)T在讀取數(shù)據(jù)A之前必須對其加S鎖讀完后即可釋放S鎖三級一級封鎖協(xié)議加上事務(wù)T在讀取數(shù)據(jù)A之前必須對其加S鎖事務(wù)結(jié)束才釋放S鎖141（1）一級封鎖協(xié)議T1T2XlockA讀A=16XlockA等待等待A←A-1等待寫回A=15等待commit等待UnlockAXlockA讀A=15A←A-1寫回A=14commitUnlockAT1T2讀A=16A←A-1寫回A=15A←A-1讀A=16寫回A=15（a）丟失修改T1T2讀A=50求和=150讀B=100B=B*2（b）不可重復(fù)讀讀B=100寫回B=200讀A=50求和=250讀B=200ROOLBACKT1T2讀C=100寫回C=200讀C=200D=C+5（c）讀臟數(shù)據(jù)寫回D=205C←C*2解決丟失修改問題142（2）二級封鎖協(xié)議ROOLBACKT1T2讀C=100寫回C=200讀C=200D=C+5（c）讀臟數(shù)據(jù)寫回D=205C←C*2解決丟失修改和讀臟數(shù)據(jù)問題ROOLBACKT1T2XlockCSlockC等待等待等待等待SlockCcommitUnlockC讀C=100寫回C=200C←C*2UnlockC讀C=200D=C+5寫回D=205T1T2讀A=50求和=150讀B=100B=B*2（b）不可重復(fù)讀讀B=100寫回B=200讀A=50求和=250讀B=200143（3）三級封鎖協(xié)議T1T2讀A=50求和=150讀B=100B=B*2（b）不可重復(fù)讀讀B=100寫回B=200讀A=50求和=250讀B=200解決三種并發(fā)操作引起的問題讀A=50讀B=100求和=150讀A=50求和=150讀B=100T1T2SlockASlockBXlockB等待等待等待等待等待等待等待XlockB讀B=100B=B*2寫回B=200commitUnlockBUlockBUlockA144

操作級別X鎖S鎖一致性保證操作結(jié)束釋放事務(wù)結(jié)束釋放操作結(jié)束釋放事務(wù)結(jié)束釋放不丟失修改不讀臟數(shù)據(jù)可重復(fù)讀一級封鎖協(xié)議二級封鎖協(xié)議三級封鎖協(xié)議√√√√√√√√√√√145兩階段協(xié)議（Two-PhaseLockingProtocol，2PL協(xié)議）某一事務(wù)在對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫之前，先要申請并獲得對該數(shù)據(jù)的封鎖。在釋放一個封鎖之后，事務(wù)不再申請和獲得任何其它封鎖。T1：Lock(A)Lock(B)Lock(C)Unlock(B)Ulock(C)Ulock(A)T1：Lock(A)ULock(A)Lock(B)lock(C)Ulock(C)Ulock(B)√ⅹ擴(kuò)展階段釋放階段（4）兩階段協(xié)議146定理6.1：任何一個遵從2PL協(xié)議的調(diào)度都是可串行化的。說明1：事務(wù)遵守2PL協(xié)議是可串行化調(diào)度的充分條件，而不是必要條件。說明2：事務(wù)遵守2PL協(xié)議可達(dá)到第3級封鎖協(xié)議的要求。147T1：Slock(X),Read(X),Ulock(X)T2:Slock(Y),Read(Y),Unlock(Y),Xlock(X),Write(X),Unlock(X)T3:Xlock(Y),Write(Y),Unlock(Y)T1T2Slock(X)Read(X)Ulock(X)Slock(Y)Read(Y)Ulock(Y)Slock(X)Write(X)Ulock(X)Slock(Y)write(Y)Ulock(Y)T3T1T2T3T1T2T3不遵守2PL協(xié)議的可串行化調(diào)度148149設(shè)T1，T2是如下的三個事務(wù)

T1：A：=A*B+2 T2：B：=A*2基于兩段鎖協(xié)議，試給出一個可串行化調(diào)度設(shè)A的初值為2，B的初值為4A=10B=4T1T2Ulock(A)Slock(A)Read(A)Ulock(A)Xlock(B)Write(B)Ulock(B)Slock(B)等待等待Slock(B)Read(B)Xlock(A)Write(A)Ulock(B)等待6.3.4封鎖導(dǎo)致的問題1.死鎖:事務(wù)T1已經(jīng)封鎖A，而又想申請封鎖B，而此時事務(wù)T2已經(jīng)封鎖B，而又想申請封鎖A，這樣，T1等待T2釋放B，而T2等待T1釋放A，使得T1、T2均無法繼續(xù)執(zhí)行下去，這種情況稱為死鎖。LOCKA…LOCKB…LOCKB…LOCKA…等待等待T1T2150死鎖檢測*超時法：事務(wù)的等待超過了規(guī)定的時限*等待圖法：檢測等待圖中是否有回路存在。死鎖預(yù)防和死鎖檢測1512.活鎖：事務(wù)T1，T2申請數(shù)據(jù)對象A，T1先給A加鎖，T1釋放A上的鎖后，事務(wù)T3又給A加鎖，T2等待，這樣，A始終被其他事務(wù)封鎖，事務(wù)T2可能長時間得不到A，這種情況稱為活鎖。避免活鎖的方法：采用先來先服務(wù)的原則。152153本次課程總結(jié)1.并發(fā)操作引發(fā)的問題2.調(diào)度及其可串行化3.封鎖技術(shù)上次課程總結(jié)1.并發(fā)操作引發(fā)的問題2.調(diào)度及其可串行化3.封鎖技術(shù)1546.4數(shù)據(jù)庫安全性數(shù)據(jù)庫的安全性:就是防止非法用戶使用數(shù)據(jù)庫造成數(shù)據(jù)泄露、更改或破壞，以達(dá)到保護(hù)數(shù)據(jù)庫的目的。

網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)器安全

用戶安全

應(yīng)用程序與服務(wù)安全

數(shù)據(jù)安全計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性問題155計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)TCSEC標(biāo)準(zhǔn)CC標(biāo)準(zhǔn)安全級別

定義A1驗(yàn)證設(shè)計(jì)（VerifiedDesign）B3安全域（SecurityDomains）B2結(jié)構(gòu)化保護(hù)（StructuralProtection）B1標(biāo)記安全保護(hù)（LabeledSecurityProtection）C2受控的存取保護(hù)（ControlledAccessProtection）C1自主安全保護(hù)（DiscretionarySecurityProtection）D最小保護(hù)（MinimalProtection）可靠性逐漸增高向下兼容156B2以上的系統(tǒng)還處于理論研究階段應(yīng)用多限于一些特殊的部門，如軍隊(duì)等美國正在大力發(fā)展安全產(chǎn)品，試圖將目前僅限于少數(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的B2安全級別下放到商業(yè)應(yīng)用中來，并逐步成為新的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)157計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，安全措施是一級一級層層設(shè)置158

用戶標(biāo)識與鑒別

存取控制

視圖機(jī)制

數(shù)據(jù)加密

審計(jì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全措施1596.4.1用戶標(biāo)識與鑒別用戶標(biāo)識與鑒別是系統(tǒng)提供的最外層安全保護(hù)措施。

DBA為數(shù)據(jù)庫用戶創(chuàng)建用戶賬號和密碼。用戶名和口令易被竊取可以重復(fù)多次。1601.存取控制機(jī)制組成定義用戶權(quán)限合法權(quán)限檢查6.4.2存取控制2.用戶權(quán)限定義和合法權(quán)檢查機(jī)制一起組成了DBMS

的安全子系統(tǒng)161常用存取控制方法自主存取控制（DiscretionaryAccessControl，簡稱DAC）C2級靈活強(qiáng)制存取控制（MandatoryAccessControl，簡稱MAC）B1級嚴(yán)格162自主存取控制定義存取權(quán)限稱為授權(quán)

通過SQL的GRANT

語句和REVOKE語句實(shí)現(xiàn)

完成的功能：定義用戶可以在哪些數(shù)據(jù)庫對

象上進(jìn)行哪些類型的操作163GRANTGRANT語句的一般格式：

GRANT<權(quán)限>[,<權(quán)限>]...[ON<對象類型><對象名>]TO<用戶>[,<用戶>]...[WITHGRANTOPTION];將對指定操作對象的指定操作權(quán)限授予指定的用戶164發(fā)出GRANTDBA

數(shù)據(jù)庫對象擁有者

擁有此權(quán)限的用戶接受權(quán)限的用戶一個或多個具體用戶PUBLIC（全體用戶）165不允許循環(huán)授權(quán)!166[例1]把查詢Student表權(quán)限授給用戶U1GRANTSELECTONTABLEStudentTOU1;[例2]把對Student表和Course表的全部權(quán)限授予用戶U2和U3GRANTALLPRIVILIGESONTABLEStudent,CourseTOU2,U3;167[例3]把對表SC的查詢權(quán)限授予所有用戶GRANTSELECTONTABLESCTOPUBLIC;[例4]把查詢Student表和修改學(xué)生學(xué)號的權(quán)限授給用戶U4GRANTUPDATE(Sno),SELECTONTABLEStudentTOU4;168

[例5]把對表SC的INSERT權(quán)限授予U5用戶，并允許他再將此權(quán)限授予其他用戶

GRANTINSERTONTABLESCTOU5

WITHGRANTOPTION;169執(zhí)行例5后，U5不僅擁有了對表SC的INSERT權(quán)限，還可以傳播此權(quán)限：

[例6]

GRANTINSERTONTABLESCTOU6WITHGRANTOPTION;同樣，U6還可以將此權(quán)限授予U7：

[例7]GRANTINSERTONTABLESCTOU7;

170授權(quán)用戶名被授權(quán)用戶名數(shù)據(jù)庫對象名允許的操作類型能否轉(zhuǎn)授權(quán)DBAU1關(guān)系StudentSELECT不能DBAU2關(guān)系StudentALL不能DBAU2關(guān)系CourseALL不能DBAU3關(guān)系StudentALL不能DBAU3關(guān)系CourseALL不能DBAPUBLIC關(guān)系SCSELECT不能DBAU4關(guān)系StudentSELECT不能DBAU4屬性列Student.SnoUPDATE不能DBAU5關(guān)系SCINSERT能U5U6關(guān)系SCINSERT能U6U7關(guān)系SCINSERT不能171授予的權(quán)限可以由DBA或其他授權(quán)者用REVOKE語句收回REVOKEREVOKE語句的一般格式為：

REVOKE<權(quán)限>[,<權(quán)限>]...[ON<對象類型><對象名>]FROM<用戶>[,<用戶>]...;172[例8]把用戶U4修改學(xué)生學(xué)號的權(quán)限收回

REVOKEUPDATE(Sno)ONTABLEStudentFROMU4;[例9]收回所有用戶對表SC的查詢權(quán)限REVOKESELECTONTABLESCFROMPUBLIC;173[例10]把用戶U5對SC表的INSERT權(quán)限收回

REVOKEINSERTONTABLESCFROMU5CASCADE;174授權(quán)用戶名被授權(quán)用戶名數(shù)據(jù)庫對象名允許的操作類型能否轉(zhuǎn)授權(quán)DBAU1關(guān)系StudentSELECT不能DBAU2關(guān)系StudentALL不能DBAU2關(guān)系CourseALL不能DBAU3關(guān)系StudentALL不能DBAU3關(guān)系CourseALL不能DBAU4關(guān)系StudentSELECT不能175數(shù)據(jù)庫角色：被命名的一組與數(shù)據(jù)庫操作相關(guān)的權(quán)限角色是權(quán)限的集合可以為一組具有相同權(quán)限的用戶創(chuàng)建一個角色簡化授權(quán)的過程176角色的創(chuàng)建

CREATEROLE<角色名>給角色授權(quán)

GRANT<權(quán)限>［，<權(quán)限>］…ON<對象類型>對象名

TO<角色>［，<角色>］…177將一個角色授予其他的角色或用戶

GRANT<角色1>［，<角色2>］…TO<受權(quán)者1>［，<受權(quán)者2>］…［WITHADMINOPTION］角色權(quán)限的收回

REVOKE<權(quán)限>［，<權(quán)限>］…ON<對象類型><對象名>FROM<角色>［，<角色>］…178[例11]通過角色來實(shí)現(xiàn)將一組權(quán)限授予一個用戶。

1.首先創(chuàng)建一個角色R1CREATEROLER1

2.然后使用GRANT語句，使角色R1擁有Student表的SELECT、UPDATE、INSERT權(quán)限

GRANTSELECT，UPDATE，INSERTONTABLEStudentTOR1；1793.將這個角色授予王平，張明，趙玲。使他們具有角色R1所包含的全部權(quán)限

GRANTR1TO王平，張明，趙玲；4.可以一次性通過R1來回收王平的這3個權(quán)限

REVOKER1FROM王平；180強(qiáng)制存取控制強(qiáng)制存取控制（MAC)保證更高程度的安全性適用于對數(shù)據(jù)有嚴(yán)格而固定密級分類的部門主體客體label

絕密

機(jī)密

可信公開1816.4.3視圖機(jī)制CREATEVIEWCS_STUDENTASSELECT*FROMSTDUENTWHERESDEPT=‘計(jì)算機(jī)’;GRANTSELECTONCS_STUDENTTO王平；182審計(jì)功能把用戶對數(shù)據(jù)庫的操作自動記錄下來放入審計(jì)日志（Audit

Log），有時也被稱為審計(jì)跟蹤。6.4.4審計(jì)DBA利用審計(jì)日志找出非法存取數(shù)據(jù)的人、時間和

內(nèi)容183XMSJCZ用戶甲02-10-622:32:55進(jìn)入系統(tǒng)用戶甲02-10-820:33:07錄入數(shù)據(jù)用戶乙02-10-98:50:42進(jìn)入系統(tǒng)用戶乙02-10-1111:53:13修改密碼用戶丁02-10-137:19:29進(jìn)入系統(tǒng)用戶丁02-10-288:00:53查詢數(shù)據(jù)6.4.4審計(jì)184［例15］對修改SC表結(jié)構(gòu)或修改SC表數(shù)據(jù)的操作進(jìn)行審計(jì)