《chap數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)》課件

數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)是現(xiàn)代應(yīng)用的關(guān)鍵要素，它負(fù)責(zé)管理和組織數(shù)據(jù)，并確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。課程大綱數(shù)據(jù)模型概述介紹數(shù)據(jù)模型的概念、類型和作用，包括關(guān)系模型、層次模型、網(wǎng)狀模型等。關(guān)系數(shù)據(jù)模型深入講解關(guān)系數(shù)據(jù)模型的基本概念，包括關(guān)系、元組、屬性、鍵等。關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算介紹關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算，并講解其在數(shù)據(jù)庫(kù)查詢中的應(yīng)用。SQL語(yǔ)言介紹介紹SQL語(yǔ)言的基本語(yǔ)法和常用語(yǔ)句，并講解其在數(shù)據(jù)庫(kù)操作中的應(yīng)用。數(shù)據(jù)模型概述數(shù)據(jù)模型是描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)之間關(guān)系的一種抽象方法。它為數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供藍(lán)圖，幫助理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和語(yǔ)義。常見數(shù)據(jù)模型包括關(guān)系模型、層次模型、網(wǎng)狀模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷取ｊP(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系模型簡(jiǎn)介關(guān)系模型是當(dāng)前最流行的數(shù)據(jù)模型之一。它基于集合論和數(shù)學(xué)理論，提供一種結(jié)構(gòu)化的方法來(lái)存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)。關(guān)系模型特點(diǎn)數(shù)據(jù)以表格形式組織，稱為關(guān)系。關(guān)系具有行（元組）和列（屬性）的結(jié)構(gòu)。關(guān)系模型的優(yōu)點(diǎn)包括數(shù)據(jù)的一致性和完整性，以及易于理解和操作。關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算關(guān)系代數(shù)是基于集合論的數(shù)學(xué)模型，它提供了一組運(yùn)算符，用于對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和查詢。關(guān)系演算是基于謂詞邏輯的一種數(shù)據(jù)查詢語(yǔ)言，它利用邏輯表達(dá)式來(lái)描述查詢條件。1關(guān)系演算邏輯表達(dá)式2關(guān)系代數(shù)集合運(yùn)算3數(shù)據(jù)查詢提取信息關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算都是重要的理論基礎(chǔ)，它們奠定了關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為數(shù)據(jù)查詢和操作提供了強(qiáng)大的理論支撐。SQL語(yǔ)言介紹1結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言SQL是一種用于訪問(wèn)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言。2數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言DDL用于創(chuàng)建、修改和刪除數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象。3數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言DML用于插入、更新和刪除數(shù)據(jù)。4數(shù)據(jù)控制語(yǔ)言DCL用于控制對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)權(quán)限。SQL數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)和表定義數(shù)據(jù)庫(kù)名稱、表名、字段名、數(shù)據(jù)類型、約束等信息。修改數(shù)據(jù)庫(kù)和表修改表結(jié)構(gòu)、字段類型、約束條件等。刪除數(shù)據(jù)庫(kù)和表刪除數(shù)據(jù)庫(kù)或表中的所有數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)。其他DDL語(yǔ)句創(chuàng)建索引、視圖、存儲(chǔ)過(guò)程等其他數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象。SQL數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言數(shù)據(jù)插入INSERT語(yǔ)句用于將新數(shù)據(jù)行插入數(shù)據(jù)庫(kù)表中。數(shù)據(jù)更新UPDATE語(yǔ)句用于修改數(shù)據(jù)庫(kù)表中已有數(shù)據(jù)行的值。數(shù)據(jù)刪除DELETE語(yǔ)句用于從數(shù)據(jù)庫(kù)表中刪除數(shù)據(jù)行。數(shù)據(jù)查詢SELECT語(yǔ)句用于從數(shù)據(jù)庫(kù)表中檢索數(shù)據(jù)。SQL數(shù)據(jù)控制語(yǔ)言數(shù)據(jù)訪問(wèn)控制控制用戶訪問(wèn)權(quán)限和數(shù)據(jù)操作權(quán)限，確保數(shù)據(jù)安全。數(shù)據(jù)完整性約束使用約束規(guī)則來(lái)保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性，防止無(wú)效數(shù)據(jù)的輸入。數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)定期備份數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)丟失時(shí)能夠快速恢復(fù)。索引機(jī)制索引是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)用于快速查找數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。它類似于書籍的目錄，幫助我們快速定位到想要的信息。索引可以有效提升查詢性能，尤其是在大型數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)創(chuàng)建索引，我們可以避免掃描整個(gè)數(shù)據(jù)表，從而提高效率。B樹和B+樹索引B樹B樹是一種平衡的多路搜索樹，適合磁盤存儲(chǔ)。它能夠快速查找、插入和刪除數(shù)據(jù)。B樹的每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以包含多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)和子節(jié)點(diǎn)指針，它將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)部節(jié)點(diǎn)中，葉子節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)實(shí)際數(shù)據(jù)。B+樹B+樹是在B樹基礎(chǔ)上改進(jìn)的樹結(jié)構(gòu)，它將所有數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在葉子節(jié)點(diǎn)中，內(nèi)部節(jié)點(diǎn)僅包含索引信息。B+樹更適合用于范圍查詢，因?yàn)槿~子節(jié)點(diǎn)之間是順序排列的，可以有效地遍歷范圍數(shù)據(jù)。哈希索引哈希函數(shù)哈希函數(shù)將鍵值映射到哈希表中的特定位置。鍵值查找直接根據(jù)哈希值定位數(shù)據(jù)，無(wú)需逐一比較。沖突處理當(dāng)多個(gè)鍵值映射到相同位置時(shí)，需要采用沖突解決策略。聚簇索引和非聚簇索引聚簇索引數(shù)據(jù)物理存儲(chǔ)順序與索引順序一致，主鍵索引通常為聚簇索引。非聚簇索引索引數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置不同，指向?qū)嶋H數(shù)據(jù)地址，可以包含多個(gè)非聚簇索引。兩種索引區(qū)別聚簇索引只允許一個(gè)，非聚簇索引可以有多個(gè)，聚簇索引查詢速度快，非聚簇索引查詢速度較慢。數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)概述數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)中執(zhí)行的一系列操作的邏輯單元。事務(wù)是數(shù)據(jù)庫(kù)的基本單元，它是一個(gè)不可分割的工作單位，要么全部成功，要么全部失敗。事務(wù)的原子性、一致性、隔離性和持久性(ACID)保證了數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的一致性和完整性。事務(wù)是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中確保數(shù)據(jù)一致性和完整性的關(guān)鍵概念。ACID特性1原子性事務(wù)中所有操作要么全部成功，要么全部失敗。2一致性事務(wù)執(zhí)行完成后，數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)保持一致。3隔離性并發(fā)事務(wù)之間相互隔離，互不影響。4持久性事務(wù)提交后，數(shù)據(jù)修改永久保存。并發(fā)控制機(jī)制鎖機(jī)制鎖機(jī)制是并發(fā)控制的核心。它保證了在同一時(shí)間只有一個(gè)事務(wù)可以訪問(wèn)共享資源。時(shí)間戳排序時(shí)間戳排序利用每個(gè)事務(wù)開始和結(jié)束的時(shí)間戳來(lái)確定事務(wù)的執(zhí)行順序。多版本并發(fā)控制(MVCC)MVCC允許多個(gè)事務(wù)同時(shí)訪問(wèn)數(shù)據(jù)，即使數(shù)據(jù)正在被其他事務(wù)修改。死鎖問(wèn)題及解決1定義多個(gè)事務(wù)相互等待對(duì)方釋放資源，導(dǎo)致所有事務(wù)都無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行。2原因競(jìng)爭(zhēng)資源不合理的事務(wù)調(diào)度3解決方法死鎖預(yù)防死鎖檢測(cè)與恢復(fù)恢復(fù)機(jī)制概述數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)是指在系統(tǒng)故障或人為錯(cuò)誤導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失后，將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到一致性狀態(tài)的過(guò)程?；謴?fù)機(jī)制是保證數(shù)據(jù)安全和完整性的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）通常提供以下恢復(fù)機(jī)制：日志文件、備份、檢查點(diǎn)。日志文件記錄數(shù)據(jù)庫(kù)操作的順序，例如插入、刪除、更新等。備份是定期創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的副本。檢查點(diǎn)是在特定時(shí)間點(diǎn)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)的快照。這些機(jī)制協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)。備份與恢復(fù)策略定期備份定期備份數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)丟失，可采用全備份、增量備份等策略。異地備份將數(shù)據(jù)備份到遠(yuǎn)離主數(shù)據(jù)中心的異地，提高數(shù)據(jù)安全性和可靠性?；謴?fù)測(cè)試定期進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)測(cè)試，驗(yàn)證備份數(shù)據(jù)的完整性和可恢復(fù)性。并行處理技術(shù)11.并行處理概述并行處理是指同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)或操作，以提高效率和速度。22.并行處理類型常見的類型包括數(shù)據(jù)并行、任務(wù)并行和流水線并行。33.并行處理優(yōu)勢(shì)可以提高系統(tǒng)吞吐量，降低延遲，增強(qiáng)可擴(kuò)展性。44.并行處理挑戰(zhàn)需要解決數(shù)據(jù)分割、任務(wù)分配、同步和通信等問(wèn)題。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)分布在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上。它能提高性能，可用性和擴(kuò)展性，并支持大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。常見類型包括：水平分割，垂直分割和復(fù)制數(shù)據(jù)庫(kù)。NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)是不同于傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的一種數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。它具有靈活的結(jié)構(gòu)，可用于存儲(chǔ)各種類型的數(shù)據(jù)，例如文檔、圖形和時(shí)間序列數(shù)據(jù)。優(yōu)勢(shì)高可擴(kuò)展性高性能數(shù)據(jù)模型靈活應(yīng)用場(chǎng)景適用于高并發(fā)、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的場(chǎng)景，例如社交媒體、電子商務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。云數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)彈性擴(kuò)展按需調(diào)整資源，滿足業(yè)務(wù)需求。安全保障數(shù)據(jù)加密，訪問(wèn)控制，防止數(shù)據(jù)泄露。數(shù)據(jù)備份自動(dòng)備份，快速恢復(fù)，保障數(shù)據(jù)安全。大數(shù)據(jù)時(shí)代的數(shù)據(jù)庫(kù)大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)量激增，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)難以應(yīng)對(duì)。新型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，例如NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)等，提供高擴(kuò)展性、高可用性、低延遲等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，云數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)成為主流，提供彈性擴(kuò)展和便捷管理。數(shù)據(jù)庫(kù)安全性11.訪問(wèn)控制控制用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)資源的權(quán)限，確保敏感信息安全。22.數(shù)據(jù)加密使用加密算法保護(hù)敏感數(shù)據(jù)，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)。33.審計(jì)跟蹤記錄數(shù)據(jù)庫(kù)操作，方便追溯和安全分析。44.漏洞修復(fù)及時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)軟件和系統(tǒng)，修復(fù)安全漏洞，提高安全性。數(shù)據(jù)庫(kù)性能優(yōu)化索引優(yōu)化選擇合適的索引類型和索引策略，提高數(shù)據(jù)檢索效率。查詢優(yōu)化使用高效的查詢語(yǔ)句，避免低效的查詢模式，優(yōu)化查詢計(jì)劃。硬件優(yōu)化選擇合適的硬件配置，例如內(nèi)存、磁盤和網(wǎng)絡(luò)，提高數(shù)據(jù)庫(kù)性能。數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)優(yōu)調(diào)整數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)，例如緩存大小、連接池和事務(wù)隔離級(jí)別，提高數(shù)據(jù)庫(kù)效率。數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展趨勢(shì)云原生數(shù)據(jù)庫(kù)云計(jì)算正在改變數(shù)據(jù)管理方式。云原生數(shù)據(jù)庫(kù)提供可擴(kuò)展性、彈性和成本效益，適應(yīng)快速變化