《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論》PPT課件.ppt

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1、數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用An Introduction to Database System,第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計,主要內(nèi)容,數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 需求分析 概念設(shè)計和ER模型 邏輯設(shè)計和ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換 ER模型實例分析 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 數(shù)據(jù)庫實施 數(shù)據(jù)庫運行和維護,數(shù)據(jù)庫設(shè)計,軟件工程 人們認為，應(yīng)該用科學(xué)知識、工程方面的紀(jì)律指導(dǎo)軟件開發(fā)的過程，以提高軟件質(zhì)量和開發(fā)效率，降低開發(fā)成本 。 軟件生存期 從軟件的規(guī)劃、研制、實現(xiàn)、投入運行后的維護，直到它被新的軟件所取代而停止使用的整個期間。 數(shù)據(jù)庫工程 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)生存期 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)從開始規(guī)劃、設(shè)計、實現(xiàn)、維護到最后被新的系統(tǒng)取代而停止使用的整

2、個期間。 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的輸入輸出,軟件生存期,數(shù)據(jù)庫生存期,,處理需求,DBMS特征,總體信息需求,,,,,,,,,,,第5步 物理設(shè)計,第3步 概念設(shè)計,第4步 邏輯設(shè)計,第1步 規(guī)劃,第2步 需求描述和分析,,,,,,,,,硬件和 OS特征,,物理數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu),需求說明書,信息結(jié)構(gòu)（獨立于硬件、軟件）,邏輯數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)（DBMS能處理的）應(yīng)用程序說明書,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的輸入輸出,數(shù)據(jù)庫設(shè)計----規(guī)劃階段,目標(biāo) 規(guī)劃階段的三個步驟 系統(tǒng)調(diào)查： 對企業(yè)組織作全面的調(diào)查，畫出組織層次圖，以了解企業(yè)的組織結(jié)構(gòu) 可行性分析 從技術(shù)、經(jīng)濟、效益、法律等族方面對建立數(shù)據(jù)庫的可行性進行分析；寫出可行性分析報告

3、；組織專家進行討論其可行性 確定數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的總目標(biāo)和制定項目開發(fā)計劃,數(shù)據(jù)庫設(shè)計----需求分析,目標(biāo) 需求分析工作 分析用戶活動產(chǎn)生，產(chǎn)生業(yè)務(wù)流程圖 確定系統(tǒng)范圍，產(chǎn)生系統(tǒng)范圍圖 分析用戶活動涉及的數(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,數(shù)據(jù)庫設(shè)計----概念設(shè)計,目標(biāo) 為什么需要概念設(shè)計 概念設(shè)計的主要步驟 進行數(shù)據(jù)抽象，設(shè)計局部概念模式 將局部概念模式綜合成全局概念模式 評審,數(shù)據(jù)庫的各級模式,應(yīng)用1,應(yīng)用3,應(yīng)用2,概念模式,概念要求,概念要求,概念要求,應(yīng)用1,應(yīng)用3,應(yīng)用2,,,,邏輯模式,內(nèi)模式,外模式3,外模式2,外模式1,,,,,,,,,,綜合,轉(zhuǎn)換,映像,映像,數(shù)據(jù)

4、庫設(shè)計----邏輯設(shè)計,目標(biāo) 邏輯設(shè)計步驟,導(dǎo)出初始DBMS模式說明,概念模式,,子模式設(shè)計,應(yīng)用程序設(shè)計草圖,模式評價,處理結(jié)束,模式需要修,模式修正,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,進入物理設(shè)計階段,返回到前面階段,邏輯設(shè)計步驟,是,是,否,否,數(shù)據(jù)庫設(shè)計----物理設(shè)計,目標(biāo) 什么是數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu) 物理設(shè)計的步驟 存儲記錄結(jié)構(gòu)設(shè)計 確定數(shù)據(jù)存放位置 存取方法的設(shè)計 完整性和安全性考慮 程序設(shè)計,數(shù)據(jù)庫設(shè)計----數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn),目標(biāo) 實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫應(yīng)做的主要工作 用DDL定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)； 組織數(shù)據(jù)入庫； 對數(shù)據(jù)量不大的小型系統(tǒng)（人工） 主要工作：篩選數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式；輸入數(shù)據(jù)；校驗數(shù)

5、據(jù)。 對大中型系統(tǒng)（自動） 主要工作：篩選數(shù)據(jù)；輸入數(shù)據(jù)；校驗數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；綜合數(shù)據(jù)。 編制與調(diào)試應(yīng)用程序； 數(shù)據(jù)庫試運行。 功能測試 性能測試（時空代價）,數(shù)據(jù)庫設(shè)計----運行與維護工作,數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲和恢復(fù) 數(shù)據(jù)庫安全性、完整性控制 數(shù)據(jù)庫性能的監(jiān)督、分析和改進 數(shù)據(jù)庫的重組織和重構(gòu)造,主要內(nèi)容,數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 需求分析 概念設(shè)計和ER模型 邏輯設(shè)計和ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換 ER模型實例分析 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 數(shù)據(jù)庫實施 數(shù)據(jù)庫運行和維護,需求分析的任務(wù),詳細調(diào)查現(xiàn)實世界要處理的對象（組織、部門、企業(yè)等） 充分了解原系統(tǒng)（手工系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)） 明確用戶的各種需求 確定新系統(tǒng)的功能 充

6、分考慮今后可能的擴充和改變,需求分析的重點,調(diào)查的重點是“數(shù)據(jù)”和“處理”，獲得用戶對數(shù)據(jù)庫要求 信息要求 處理要求 安全性與完整性要求,需求分析的難點,確定用戶最終需求 用戶缺少計算機知識 設(shè)計人員缺少用戶的專業(yè)知識 解決方法 設(shè)計人員必須不斷深入地與用戶進行交流,調(diào)查用戶需求的具體步驟, 調(diào)查組織機構(gòu)情況 調(diào)查各部門的業(yè)務(wù)活動情況。 在熟悉業(yè)務(wù)活動的基礎(chǔ)上，協(xié)助用戶明確對新系統(tǒng)的各種要求。 確定新系統(tǒng)的邊界,常用調(diào)查方法,(1)跟班作業(yè) (2)開調(diào)查會 (3)請專人介紹 (4)詢問 (5)設(shè)計調(diào)查表請用戶填寫 (6)查閱記錄,進一步分析和表達用戶需求,結(jié)構(gòu)化分析方法（Structured

7、Analysis，簡稱SA方法） 從最上層的系統(tǒng)組織機構(gòu)入手 自頂向下、逐層分解分析系統(tǒng),進一步分析和表達用戶需求（續(xù)）,1首先把任何一個系統(tǒng)都抽象為：,進一步分析和表達用戶需求（續(xù)）,2分解處理功能和數(shù)據(jù) (1)分解處理功能 將處理功能的具體內(nèi)容分解為若干子功能 (2)分解數(shù)據(jù) 處理功能逐步分解同時，逐級分解所用數(shù)據(jù)，形成若干層次的數(shù)據(jù)流圖 (3)表達方法 處理邏輯：用判定表或判定樹來描述 數(shù)據(jù)：用數(shù)據(jù)字典來描述 3將分析結(jié)果再次提交給用戶，征得用戶的認可,需求分析過程,需求分析過程,數(shù)據(jù)字典,數(shù)據(jù)字典的用途 進行詳細的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析所獲得的主要結(jié)果 數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容 數(shù)據(jù)項 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)

8、據(jù)流 數(shù)據(jù)存儲 處理過程, 數(shù)據(jù)項,數(shù)據(jù)項是不可再分的數(shù)據(jù)單位 對數(shù)據(jù)項的描述 數(shù)據(jù)項描述 數(shù)據(jù)項名，數(shù)據(jù)項含義說明，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)項的邏輯關(guān)系，數(shù)據(jù) 項之間的聯(lián)系, 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)反映了數(shù)據(jù)之間的組合關(guān)系。 一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以由若干個數(shù)據(jù)項組成，也可以由若干個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成，或由若干個數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)混合組成。 對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述 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)項或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu), 數(shù)據(jù)流,數(shù)據(jù)流是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)穆窂健?對數(shù)據(jù)流的描述 數(shù)據(jù)流描述 數(shù)據(jù)流名，說明，數(shù)據(jù)流

9、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, 數(shù)據(jù)存儲,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。 對數(shù)據(jù)存儲的描述 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, 處理過程,具體處理邏輯一般用判定表或判定樹來描述 處理過程說明性信息的描述 處理過程描述處理過程名，說明，輸入:數(shù)據(jù)流， 輸出:數(shù)據(jù)流，處理:簡要說明,數(shù)據(jù)字典舉例,例：學(xué)生學(xué)籍管理子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典。 數(shù)據(jù)項，以“學(xué)號”為例： 數(shù)據(jù)項：學(xué)號 含義說明：唯一標(biāo)識每個學(xué)生 別名：

10、學(xué)生編號 類型：字符型 長度：8 取值范圍：00000000至99999999 取值含義：前兩位標(biāo)別該學(xué)生所在年級， 后六位按順序編號 與其他數(shù)據(jù)項的邏輯關(guān)系：,處理過程（續(xù)）,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以“學(xué)生”為例 “學(xué)生”是該系統(tǒng)中的一個核心數(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)籍管理子系統(tǒng)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，所在系，年級,處理過程（續(xù)）,數(shù)據(jù)流，“體檢結(jié)果”可如下描述： 數(shù)據(jù)流：體檢結(jié)果 說明：學(xué)生參加體格檢查的最終結(jié)果 數(shù)據(jù)流來源：體檢 數(shù)據(jù)流去向：批準(zhǔn) 組成： 平均流量： 高峰期流量：,處理過程（

11、續(xù)）,數(shù)據(jù)存儲，“學(xué)生登記表”可如下描述： 數(shù)據(jù)存儲：學(xué)生登記表 說明：記錄學(xué)生的基本情況 流入數(shù)據(jù)流： 流出數(shù)據(jù)流： 組成： 數(shù)據(jù)量：每年3000張 存取方式：隨機存取,處理過程（續(xù)）,處理過程“分配宿舍”可如下描述： 處理過程：分配宿舍 說明：為所有新生分配學(xué)生宿舍 輸入：學(xué)生，宿舍 輸出：宿舍安排 處理：在新生報到后，為所有新生分配學(xué)生宿舍。 要求同一間宿舍只能安排同一性別的學(xué)生， 同一個學(xué)生只能安排在一個宿舍中。 每個學(xué)生的居住面積不小于3平方米。 安排新生宿舍其處理時間應(yīng)不超過15分鐘。,數(shù)據(jù)字典,數(shù)據(jù)字典是關(guān)于數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的描述，

12、是元數(shù)據(jù)，而不是數(shù)據(jù)本身 數(shù)據(jù)字典在需求分析階段建立，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中不斷修改、充實、完善,主要內(nèi)容,數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 需求分析 概念設(shè)計和ER模型 邏輯設(shè)計和ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換 ER模型實例分析 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 數(shù)據(jù)庫實施 數(shù)據(jù)庫運行和維護,ER模型概述,什么是ER模型 ER模型的歷史 ER模型的基本元素 實體 聯(lián)系 屬性 例子,,,,實體,聯(lián)系,屬性,ER模型圖例,,屬性的分類,基本屬性和復(fù)合屬性（可否再分） 單值屬性和多值屬性（對一個實體對象是否只能取一個值） 多值屬性的處理 將原來的多值屬性用幾個新的單值屬性來表示。 將原來的多值屬性用一個新的實體類型表示 導(dǎo)出屬性 空值,零件

13、編碼,,聯(lián)系的設(shè)計之一,聯(lián)系集 聯(lián)系集是n（n2）個實體集上的數(shù)學(xué)關(guān)系，這些實體集不必互異。如果E1，E2，，En為n個實體集，那么聯(lián)系集R是(e1，e2，，en）|e1E1 ,e2E2，，enEn的一個子集，而（e1，e2，，en）是一個聯(lián)系。 聯(lián)系的元數(shù) 一個聯(lián)系涉及到的實體集個數(shù) 聯(lián)系的連通詞 聯(lián)系涉及到的實體集之間實體對應(yīng)的方式 實體的基數(shù) 有兩個實體集E1和E2，E1中每個實體與E2中有聯(lián)系實體的數(shù)目的最小值min和最大值max，稱為E1的基數(shù)，用（min，max）形式表示,,,,ER模型的操作包括實體類型、聯(lián)系類型和屬性的分裂、合并、增刪等等,采用ER方法的數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計

14、 之設(shè)計局部ER模式,,三種常用抽象,分類（Classification） 定義某一類概念作為現(xiàn)實世界中一組對象的類型 抽象了對象值和型之間的“is member of”的語義,三種常用抽象,聚集（Aggregation） 定義某一類型的組成成分 抽象了對象內(nèi)部類型和成分之間“is part of”的語義,三種常用抽象,復(fù)雜的聚集，某一類型的成分仍是一個聚集,更復(fù)雜的聚集,數(shù)據(jù)抽象（續(xù)）,概括（Generalization） 定義類型之間的一種子集聯(lián)系 抽象了類型之間的“is subset of”的語義 繼承性,屬性設(shè)計的兩條準(zhǔn)則,（1）屬性不能再具有需要描述的性質(zhì)。即屬性必須是不可分的數(shù)據(jù)

15、項，不能再由另一些屬性組成 （2）屬性不能與其他實體具有聯(lián)系。聯(lián)系只發(fā)生在實體之間,局部模式,現(xiàn)有的教學(xué) 管理系統(tǒng),初步分析系統(tǒng)的對象,,根據(jù)服務(wù)種類分析教師子模塊,,,,局部ER圖,,其他局部模式,現(xiàn)有的教學(xué) 管理系統(tǒng),,初步分析系統(tǒng)的對象,,,根據(jù)服務(wù)種類分析學(xué)生子模塊,,,局部ER圖,,,,其它局部模式,現(xiàn)有的教學(xué) 管理系統(tǒng),,初步分析系統(tǒng)的對象,,,根據(jù)服務(wù)種類分析課程子模塊,,,局部ER圖,,,,,采用ER方法的數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計 之設(shè)計全局 ER模式,采用ER方法的數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計 之全局ER模式的優(yōu)化,實體類型的合并 1:1聯(lián)系的兩個實體類型 具有相同鍵的實體類型

16、冗余屬性的消除 冗余聯(lián)系的消除：利用規(guī)范化理論中函數(shù)依賴的概念消除冗余聯(lián)系,例子：三個局部ER圖合并成一個ER圖,,,,,主要內(nèi)容,數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 需求分析 概念設(shè)計和ER模型 邏輯設(shè)計和ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換 ER模型實例分析 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 數(shù)據(jù)庫實施 數(shù)據(jù)庫運行和維護,ER圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式集的規(guī)則,將每個實體類型轉(zhuǎn)換成一個關(guān)系模式，實體的屬性即為關(guān)系模式的屬性，實體標(biāo)識符即為關(guān)系模式的鍵 二元聯(lián)系類型的轉(zhuǎn)換 若實體間聯(lián)系是1:1，可以在兩個實體類型轉(zhuǎn)換成的兩個關(guān)系模式中任意一個關(guān)系模式的屬性中加入另一個關(guān)系模式的鍵和聯(lián)系類型的屬性。 若實體間聯(lián)系是1:N，則在N端實體類型轉(zhuǎn)換成的關(guān)系

17、模式中加入1端實體類型的鍵和聯(lián)系類型的屬性。 若實體間聯(lián)系是M:N，則將聯(lián)系類型也轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式，其屬性為兩端實體類型的鍵加上聯(lián)系類型的屬性，而鍵為兩端實體鍵的組合 一元聯(lián)系類型的轉(zhuǎn)換:同二元聯(lián)系 三元聯(lián)系類型的轉(zhuǎn)換 總是將三元聯(lián)系類型轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式，其屬性為三端實體類型的鍵加上聯(lián)系類型的屬性，而鍵為三端實體鍵的組合。,ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換實例,運動員（編號，姓名，性別，名次，上一名次編號，下一名次編號）,職工（工號，姓名，年齡，性別，經(jīng)理工號）,,,,,,,,,,,,,ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換實例,零件（零件號，零件名，規(guī)格） 組成（零件號，子零件號，數(shù)量）,倉庫（倉庫號，倉庫名，地址）

18、 商店（商店號，商店名） 商品（商品號，商品名） 進貨（商店號，商品名，倉庫號，日期，數(shù)量）,采用ER方法的邏輯設(shè)計步驟,主要內(nèi)容,數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的全過程 ER模型 ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換 ER模型實例分析 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 數(shù)據(jù)庫實施 數(shù)據(jù)庫運行和維護,ER圖 例子,現(xiàn)有一銀行業(yè)務(wù)管理流程，需要管理客戶和賬戶信息，其中顧客信息包括身份證號、姓名、地址、聯(lián)系電話。賬戶信息包括賬號、存款額、取款額、余額、交易時間。每個客戶可以開多個賬號，請用ER圖表示該業(yè)務(wù)的概念模型，并設(shè)計出系統(tǒng)的關(guān)系模型。,顧客,交易,賬戶,進行,開設(shè),,,,,1,N,1,N,銀行系統(tǒng)ER圖,,顧客(身份證號,

19、姓名,地址，聯(lián)系電話) 賬戶(賬號，余額，身份證號) 交易(交易號，交易時間，交易類型， 額度),實體,,,聯(lián)系,額度,交易類型,交易時間,交易號,余額,賬號,聯(lián)系電話,地址,姓名,身份證號,,,,,,,,,,,庫存銷售信息管理系統(tǒng)的ER模型及轉(zhuǎn)換,庫存系統(tǒng)ER圖,,車間(車間號,車間名,主任名) 產(chǎn)品(產(chǎn)品號，產(chǎn)品名，單價) 倉位(倉位號，地址，主任名) 客戶(客戶號，客戶名，聯(lián)系人，電話， 地址，稅號，賬號) 銷售員(銷售員號,姓名,性別,學(xué)歷,業(yè)績）,實體,,,,入庫（入庫單號,入庫量,入庫日期,經(jīng)手人, 車間號,倉位號,產(chǎn)品名） 出庫（出庫單號，出庫量，出庫日期

20、，經(jīng)手人， 客戶號，產(chǎn)品名，倉位號） 訂單（訂單號，數(shù)量，折扣，總價，訂單日期， 產(chǎn)品號，客戶號，銷售員號） 存儲(倉位號,產(chǎn)品號,核對日期,核對員,存儲量),,聯(lián)系,公司車隊信息系統(tǒng)的ER模型,主要內(nèi)容,數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的全過程 ER模型 ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換 ER模型實例分析 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 數(shù)據(jù)庫實施 數(shù)據(jù)庫運行和維護,什么是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計,數(shù)據(jù)庫在物理設(shè)備上的存儲結(jié)構(gòu)與存取方法稱為數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，它依賴于給定的計算機系統(tǒng)。 為一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)的過程，就是數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計。,數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計的步驟,確定數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu) 對物理結(jié)構(gòu)進

21、行評價，評價的重點是時間和空間效率 如果評價結(jié)果滿足原設(shè)計要求則可進入到物理實施階段，否則，就需要重新設(shè)計或修改物理結(jié)構(gòu)，有時甚至要返回邏輯設(shè)計階段修改數(shù)據(jù)模型。,,,,,邏輯 模型,數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計的內(nèi)容和方法,設(shè)計物理數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)備工作 1. 充分了解應(yīng)用環(huán)境，詳細分析要運行的事務(wù)，以獲得選擇物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計所需參數(shù) 2. 充分了解所用RDBMS的內(nèi)部特征，特別是系統(tǒng)提供的存取方法和存儲結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計的內(nèi)容和方法（續(xù)）,選擇物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計所需參數(shù) 數(shù)據(jù)庫查詢事務(wù) 查詢的關(guān)系 查詢條件所涉及的屬性 連接條件所涉及的屬性 查詢的投影屬性,數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計的內(nèi)容和方法（續(xù)）,選擇物理數(shù)據(jù)

22、庫設(shè)計所需參數(shù)(續(xù)) 數(shù)據(jù)更新事務(wù) 被更新的關(guān)系 每個關(guān)系上的更新操作條件所涉及的屬性 修改操作要改變的屬性值 每個事務(wù)在各關(guān)系上運行的頻率和性能要求,數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計的內(nèi)容和方法（續(xù)）,關(guān)系數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計的內(nèi)容 1. 為關(guān)系模式選擇存取方法(建立存取路徑) 2. 設(shè)計關(guān)系、索引等數(shù)據(jù)庫文件的物理存儲結(jié)構(gòu),關(guān)系模式存取方法選擇,DBMS常用存取方法 索引方法，目前主要是B+樹索引方法 聚簇（Cluster）方法 HASH方法,一、索引存取方法的選擇,選擇索引存取方法的主要內(nèi)容 根據(jù)應(yīng)用要求確定 對哪些屬性列建立索引 對哪些屬性列建立組合索引 對哪些索引要設(shè)計為唯一索引,索引存取方法的選擇（續(xù)）

23、,選擇索引存取方法的一般規(guī)則 如果一個(或一組)屬性經(jīng)常在查詢條件中出現(xiàn)，則考慮在這個(或這組)屬性上建立索引(或組合索引) 如果一個屬性經(jīng)常作為最大值和最小值等聚集函數(shù)的參數(shù)，則考慮在這個屬性上建立索引 如果一個(或一組)屬性經(jīng)常在連接操作的連接條件中出現(xiàn)，則考慮在這個(或這組)屬性上建立索引,索引存取方法的選擇（續(xù)）,關(guān)系上定義的索引數(shù)過多會帶來較多的額外開銷 維護索引的開銷 查找索引的開銷,二、聚簇存取方法的選擇,什么是聚簇 為了提高某個屬性（或?qū)傩越M）的查詢速度，把這個或這些屬性（稱為聚簇碼）上具有相同值的元組集中存放在連續(xù)的物理塊稱為聚簇 許多關(guān)系型DBMS都提供了聚簇功能 聚簇存放

24、與聚簇索引的區(qū)別,建立聚簇索引 （復(fù)習(xí)）,聚簇索引 建立聚簇索引后，基表中數(shù)據(jù)也需要按指定的聚簇屬性值的升序或降序存放。也即聚簇索引的索引項順序與表中元組的物理順序一致。 例： CREATE CLUSTER INDEX Stusname ON Student(Sname)； 在Student表的Sname（姓名）列上建立一個聚簇索引，而且Student表中的記錄將按照Sname值的升序存放,建立聚簇索引 （復(fù)習(xí)）,在一個基本表上最多只能建立一個聚簇索引 聚簇索引的用途：對于某些類型的查詢，可以提高查詢效率 聚簇索引的適用范圍 很少對基表進行增刪操作 很少對其中的變長列進行修改操作,聚簇存取方法

25、的選擇（續(xù)）,聚簇的用途 1. 大大提高按聚簇屬性進行查詢的效率 例：假設(shè)學(xué)生關(guān)系按所在系建有索引，現(xiàn)在要查詢信息系的所有學(xué)生名單。 信息系的500名學(xué)生分布在500個不同的物理塊上時，至少要執(zhí)行500次I/O操作。 如果將同一系的學(xué)生元組集中存放，則每讀一個物理塊可得到多個滿足查詢條件的元組，從而顯著地減少了訪問磁盤的次數(shù)。,聚簇存取方法的選擇（續(xù)）,2. 節(jié)省存儲空間 聚簇以后，聚簇碼相同的元組集中在一起了，因而聚簇碼值不必在每個元組中重復(fù)存儲，只要在一組中存一次就行了,聚簇存取方法的選擇（續(xù)）,聚簇的局限性 1. 聚簇只能提高某些特定應(yīng)用的性能 2. 建立與維護聚簇的開銷相當(dāng)大 對已有關(guān)

26、系建立聚簇，將導(dǎo)致關(guān)系中元組移動其物理存儲位置，并使此關(guān)系上原有的索引無效，必須重建。 當(dāng)一個元組的聚簇碼改變時，該元組的存儲位置也要做相應(yīng)移動。,聚簇存取方法的選擇（續(xù)）,聚簇的適用范圍 1. 既適用于單個關(guān)系獨立聚簇，也適用于多個關(guān)系組合聚簇 例：假設(shè)用戶經(jīng)常要按系別查詢學(xué)生成績單，這一查詢涉及學(xué)生關(guān)系和選修關(guān)系的連接操作，即需要按學(xué)號連接這兩個關(guān)系，為提高連接操作的效率，可以把具有相同學(xué)號值的學(xué)生元組和選修元組在物理上聚簇在一起。這就相當(dāng)于把多個關(guān)系按“預(yù)連接”的形式存放，從而大大提高連接操作的效率。,聚簇存取方法的選擇（續(xù)）,2. 當(dāng)通過聚簇碼進行訪問或連接是該關(guān)系的主要應(yīng)用，與聚簇碼

27、無關(guān)的其他訪問很少或者是次要的時，可以使用聚簇。 尤其當(dāng)SQL語句中包含有與聚簇碼有關(guān)的ORDER BY，GROUP BY，UNION，DISTINCT等子句或短語時，使用聚簇特別有利，可以省去對結(jié)果集的排序操作,聚簇存取方法的選擇（續(xù)）,選擇聚簇存取方法 1. 設(shè)計候選聚簇 對經(jīng)常在一起進行連接操作的關(guān)系可以建立組合聚簇； 如果一個關(guān)系的一組屬性經(jīng)常出現(xiàn)在相等比較條件中，則該單個關(guān)系可建立聚簇； 如果一個關(guān)系的一個(或一組)屬性上的值重復(fù)率很高，則此單個關(guān)系可建立聚簇。即對應(yīng)每個聚簇碼值的平均元組數(shù)不太少。太少了，聚簇的效果不明顯。,聚簇存取方法的選擇（續(xù)）,2. 檢查候選聚簇中的關(guān)系，取消

28、其中不必要的關(guān)系 從獨立聚簇中刪除經(jīng)常進行全表掃描的關(guān)系； 從獨立/組合聚簇中刪除更新操作遠多于查詢操作的關(guān)系； 從獨立/組合聚簇中刪除重復(fù)出現(xiàn)的關(guān)系 當(dāng)一個關(guān)系同時加入多個聚簇時，必須從這多個聚簇方案(包括不建立聚簇)中選擇一個較優(yōu)的，即在這個聚簇上運行各種事務(wù)的總代價最小。,三、HASH存取方法的選擇,選擇HASH存取方法的規(guī)則 當(dāng)一個關(guān)系滿足下列兩個條件時，可以選擇HASH存取方法 該關(guān)系的屬性主要出現(xiàn)在等值連接條件中或主要出現(xiàn)在相等比較選擇條件中 該關(guān)系的大小可預(yù)知，而且不變； 或 該關(guān)系的大小動態(tài)改變，但所選用的DBMS提供了動態(tài)HASH存取方法。,確定數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu),確定數(shù)據(jù)庫

29、物理結(jié)構(gòu)的內(nèi)容 1. 確定數(shù)據(jù)的存放位置和存儲結(jié)構(gòu) 關(guān)系 索引 聚簇 日志 備份 2. 確定系統(tǒng)配置,1. 確定數(shù)據(jù)的存放位置,影響數(shù)據(jù)存放位置和存儲結(jié)構(gòu)的因素 硬件環(huán)境 應(yīng)用需求 存取時間 存儲空間利用率 維護代價 這三個方面常常是相互矛盾的 例：消除一切冗余數(shù)據(jù)雖能夠節(jié)約存儲空間和減少維護代價，但往往會導(dǎo)致檢索代價的增加 必須進行權(quán)衡，選擇一個折中方案。,確定數(shù)據(jù)的存放位置（續(xù)）,基本原則 根據(jù)應(yīng)用情況將 易變部分與穩(wěn)定部分 存取頻率較高部分與存取頻率較低部分 分開存放，以提高系統(tǒng)性能,確定數(shù)據(jù)的存放位置（續(xù)）,例： 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)備份、日志文件備份等由于只在故障恢復(fù)時才使用，而且數(shù)據(jù)

30、量很大，可以考慮存放在磁帶上。 如果計算機有多個磁盤，可以考慮將表和索引分別放在不同的磁盤上，在查詢時，由于兩個磁盤驅(qū)動器分別在工作，因而可以保證物理讀寫速度比較快。,確定數(shù)據(jù)的存放位置（續(xù)）,例（續(xù)）： 可以將比較大的表分別放在兩個磁盤上，以加快存取速度，這在多用戶環(huán)境下特別有效。 可以將日志文件與數(shù)據(jù)庫對象（表、索引等）放在不同的磁盤以改進系統(tǒng)的性能。,2. 確定系統(tǒng)配置,DBMS產(chǎn)品一般都提供了一些存儲分配參數(shù) 同時使用數(shù)據(jù)庫的用戶數(shù) 同時打開的數(shù)據(jù)庫對象數(shù) 使用的緩沖區(qū)長度、個數(shù) 時間片大小 數(shù)據(jù)庫的大小 裝填因子 鎖的數(shù)目 等等,確定系統(tǒng)配置（續(xù)）,系統(tǒng)都為這些變量賦予了合理的缺省值

31、。但是這些值不一定適合每一種應(yīng)用環(huán)境，在進行物理設(shè)計時，需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境確定這些參數(shù)值，以使系統(tǒng)性能最優(yōu)。 在物理設(shè)計時對系統(tǒng)配置變量的調(diào)整只是初步的，在系統(tǒng)運行時還要根據(jù)系統(tǒng)實際運行情況做進一步的調(diào)整，以期切實改進系統(tǒng)性能。,評價物理結(jié)構(gòu),對數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計過程中產(chǎn)生的多種方案進行細致的評價，從中選擇一個較優(yōu)的方案作為數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu) 評價方法 定量估算各種方案 存儲空間 存取時間 維護代價 對估算結(jié)果進行權(quán)衡、比較，選擇出一個較優(yōu)的合理的物理結(jié)構(gòu) 如果該結(jié)構(gòu)不符合用戶需求，則需要修改設(shè)計,主要內(nèi)容,數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的全過程 ER模型 ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換 ER模型實例分析 數(shù)

32、據(jù)庫的物理設(shè)計 數(shù)據(jù)庫實施 數(shù)據(jù)庫運行和維護,數(shù)據(jù)庫的實施,數(shù)據(jù)庫實施的工作內(nèi)容 用DDL定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 組織數(shù)據(jù)入庫 編制與調(diào)試應(yīng)用程序 數(shù)據(jù)庫試運行,數(shù)據(jù)裝載,數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)建立好后，就可以向數(shù)據(jù)庫中裝載數(shù)據(jù)了。組織數(shù)據(jù)入庫是數(shù)據(jù)庫實施階段最主要的工作。 數(shù)據(jù)裝載方法 人工方法 計算機輔助數(shù)據(jù)入庫,數(shù)據(jù)裝載（續(xù)）,人工方法：適用于小型系統(tǒng) 步驟 1) 篩選數(shù)據(jù)。需要裝入數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通常都分散在各個部門的數(shù)據(jù)文件或原始憑證中，所以首先必須把需要入庫的數(shù)據(jù)篩選出來。 2) 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式。篩選出來的需要入庫的數(shù)據(jù)，其格式往往不符合數(shù)據(jù)庫要求，還需要進行轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換有時可能很復(fù)雜。 3) 輸入數(shù)據(jù)

33、。將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)輸入計算機中。 4) 校驗數(shù)據(jù)。檢查輸入的數(shù)據(jù)是否有誤。,數(shù)據(jù)裝載（續(xù)）,計算機輔助數(shù)據(jù)入庫：適用于中大型系統(tǒng) 步驟 1) 篩選數(shù)據(jù) 2) 輸入數(shù)據(jù)。由錄入員將原始數(shù)據(jù)直接輸入計算機中。數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)應(yīng)提供輸入界面。 3) 校驗數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)采用多種檢驗技術(shù)檢查輸入數(shù)據(jù)的正確性。,數(shù)據(jù)裝載（續(xù)）,4) 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的要求，從錄入的數(shù)據(jù)中抽取有用成分，對其進行分類，然后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式。抽取、分類和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)的主要工作，也是數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)的復(fù)雜性所在。 5) 綜合數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)對轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)的要求進一步綜合成最終數(shù)據(jù)。,數(shù)據(jù)

34、裝載（續(xù)）,如果數(shù)據(jù)庫是在老的文件系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計的，則數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)只需要完成轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、綜合數(shù)據(jù)兩項工作，直接將老系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成新系統(tǒng)中需要的數(shù)據(jù)格式。 為了保證數(shù)據(jù)能夠及時入庫，應(yīng)在數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計的同時編制數(shù)據(jù)輸入子系統(tǒng)。,編制與調(diào)試應(yīng)用程序,數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的設(shè)計應(yīng)該與數(shù)據(jù)設(shè)計并行進行。 在數(shù)據(jù)庫實施階段，當(dāng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)建立好后，就可以開始編制與調(diào)試數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序。調(diào)試應(yīng)用程序時由于數(shù)據(jù)入庫尚未完成，可先使用模擬數(shù)據(jù)。,數(shù)據(jù)庫試運行,應(yīng)用程序調(diào)試完成，并且已有一小部分數(shù)據(jù)入庫后，就可以開始數(shù)據(jù)庫的試運行。 數(shù)據(jù)庫試運行也稱為聯(lián)合調(diào)試，其主要工作包括： 1）功能測試：實際運行

35、應(yīng)用程序，執(zhí)行對數(shù)據(jù)庫的各種操作，測試應(yīng)用程序的各種功能。 2）性能測試：測量系統(tǒng)的性能指標(biāo)，分析是否符合設(shè)計目標(biāo)。,數(shù)據(jù)庫試運行（續(xù)）,數(shù)據(jù)的分期入庫 重新設(shè)計物理結(jié)構(gòu)甚至邏輯結(jié)構(gòu)，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)重新入庫。 由于數(shù)據(jù)入庫工作量實在太大，所以可以采用分期輸入數(shù)據(jù)的方法 先輸入小批量數(shù)據(jù)供先期聯(lián)合調(diào)試使用 待試運行基本合格后再輸入大批量數(shù)據(jù) 逐步增加數(shù)據(jù)量，逐步完成運行評價,數(shù)據(jù)庫試運行（續(xù)）,數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲和恢復(fù) 在數(shù)據(jù)庫試運行階段，系統(tǒng)還不穩(wěn)定，硬、軟件故障隨時都可能發(fā)生 系統(tǒng)的操作人員對新系統(tǒng)還不熟悉，誤操作也不可避免 因此必須做好數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲和恢復(fù)工作，盡量減少對數(shù)據(jù)庫的破壞。,主要內(nèi)容,數(shù)據(jù)

36、庫設(shè)計概述 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的全過程 ER模型 ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換 ER模型實例分析 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 數(shù)據(jù)庫實施 數(shù)據(jù)庫運行和維護,數(shù)據(jù)庫運行與維護,數(shù)據(jù)庫試運行結(jié)果符合設(shè)計目標(biāo)后，數(shù)據(jù)庫就可以真正投入運行了。 數(shù)據(jù)庫投入運行標(biāo)著開發(fā)任務(wù)的基本完成和維護工作的開始 對數(shù)據(jù)庫設(shè)計進行評價、調(diào)整、修改等維護工作是一個長期的任務(wù)，也是設(shè)計工作的繼續(xù)和提高。 應(yīng)用環(huán)境在不斷變化 數(shù)據(jù)庫運行過程中物理存儲會不斷變化,數(shù)據(jù)庫運行與維護（續(xù)）,在數(shù)據(jù)庫運行階段，對數(shù)據(jù)庫經(jīng)常性的維護工作主要是由DBA完成的，包括： 數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲和恢復(fù) 轉(zhuǎn)儲和恢復(fù)是系統(tǒng)正式運行后最重要的維護工作之一。 DBA要針對不同的應(yīng)

37、用要求制定不同的轉(zhuǎn)儲計劃，定期對數(shù)據(jù)庫和日志文件進行備份。 一旦發(fā)生介質(zhì)故障，即利用數(shù)據(jù)庫備份及日志文件備份，盡快將數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到某種一致性狀態(tài)。,數(shù)據(jù)庫運行與維護（續(xù)）,數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性控制 DBA必須根據(jù)用戶的實際需要授予不同的操作權(quán)限 在數(shù)據(jù)庫運行過程中，由于應(yīng)用環(huán)境的變化，對安全性的要求也會發(fā)生變化，DBA需要根據(jù)實際情況修改原有的安全性控制。 由于應(yīng)用環(huán)境的變化，數(shù)據(jù)庫的完整性約束條件也會變化，也需要DBA不斷修正，以滿足用戶要求。,數(shù)據(jù)庫運行與維護（續(xù)）,數(shù)據(jù)庫性能的監(jiān)督、分析和改進 在數(shù)據(jù)庫運行過程中， DBA必須監(jiān)督系統(tǒng)運行，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，找出改進系統(tǒng)性能的方法。 利

38、用監(jiān)測工具獲取系統(tǒng)運行過程中一系列性能參數(shù)的值 通過仔細分析這些數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前系統(tǒng)是否處于最佳運行狀態(tài) 如果不是，則需要通過調(diào)整某些參數(shù)來進一步改進數(shù)據(jù)庫性能,數(shù)據(jù)庫運行與維護（續(xù)）,數(shù)據(jù)庫的重組織和重構(gòu)造 1）數(shù)據(jù)庫的重組織 為什么要重組織數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫運行一段時間后，由于記錄的不斷增、刪、改，會使數(shù)據(jù)庫的物理存儲變壞，從而降低數(shù)據(jù)庫存儲空間的利用率和數(shù)據(jù)的存取效率，使數(shù)據(jù)庫的性能下降。,數(shù)據(jù)庫運行與維護（續(xù)）,重組織的形式 全部重組織 部分重組織 只對頻繁增、刪的表進行重組織 重組織的目標(biāo) 提高系統(tǒng)性能,數(shù)據(jù)庫運行與維護（續(xù)）,重組織的工作 按原設(shè)計要求 重新安排存儲位置 回收垃圾 減少指

39、針鏈 數(shù)據(jù)庫的重組織不會改變原設(shè)計的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫運行與維護（續(xù)）,DBMS一般都提供了供重組織數(shù)據(jù)庫使用的實用程序，幫助DBA重新組織數(shù)據(jù)庫。,數(shù)據(jù)庫運行與維護（續(xù)）,2）數(shù)據(jù)庫的重構(gòu)造 為什么要進行數(shù)據(jù)庫的重構(gòu)造 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用環(huán)境發(fā)生變化，會導(dǎo)致實體及實體間的聯(lián)系也發(fā)生相應(yīng)的變化，使原有的數(shù)據(jù)庫設(shè)計不能很好地滿足新的需求 增加新的應(yīng)用或新的實體 取消某些已有應(yīng)用 改變某些已有應(yīng)用,數(shù)據(jù)庫運行與維護（續(xù)）,數(shù)據(jù)庫重構(gòu)造的主要工作 根據(jù)新環(huán)境調(diào)整數(shù)據(jù)庫的模式和內(nèi)模式 增加新的數(shù)據(jù)項 改變數(shù)據(jù)項的類型 改變數(shù)據(jù)庫的容量 增加或刪除索引 修改完整性約束條件,數(shù)據(jù)庫運行與維護（續(xù)）,重

40、構(gòu)造數(shù)據(jù)庫的程度是有限的 若應(yīng)用變化太大，已無法通過重構(gòu)數(shù)據(jù)庫來滿足新的需求，或重構(gòu)數(shù)據(jù)庫的代價太大，則表明現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的生命周期已經(jīng)結(jié)束，應(yīng)該重新設(shè)計新的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，開始新數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的生命周期了。,小結(jié),數(shù)據(jù)庫的設(shè)計過程 需求分析 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 物理設(shè)計 實施和維護,小結(jié)（續(xù)）,數(shù)據(jù)庫各級模式的形成 數(shù)據(jù)庫的各級模式是在設(shè)計過程中逐步形成的 需求分析階段綜合各個用戶的應(yīng)用需求（現(xiàn)實世界的需求） 概念設(shè)計階段形成獨立于機器特點、獨立于各個DBMS產(chǎn)品的概念模式（信息世界模型），用E-R圖來描述,小結(jié)（續(xù)）,在邏輯設(shè)計階段將E-R圖轉(zhuǎn)換成具體的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品支持的數(shù)據(jù)模型如關(guān)系模型，形成數(shù)據(jù)庫邏輯模式。然后根據(jù)用戶處理的要求，安全性的考慮，在基本表的基礎(chǔ)上再建立必要的視圖（VIEW）形成數(shù)據(jù)的外模式 在物理設(shè)計階段根據(jù)DBMS特點和處理的需要，進行物理存儲安排，設(shè)計索引，形成數(shù)據(jù)庫內(nèi)模式,