数据库系统设计与开发 李

考试范围：

第一章

第二章

第三章

第四章SQL

复习题

1.试述数据管理的发展阶段。

手工管理阶段（50年代中期以前）

文件系统阶段（50年代末～60年代末）

数据库系统阶段（60年代末～至今）

2.试述数据库系统的三级模式。

模式View level –数据库的结构

例如, 数据库包含客户与账户信息，以及它们之间的联系

类似于程序变量的类型信息

物理模式Logical level: 物理层数据库设计,物理结构

逻辑模式Physical level: 逻辑层数据库设计，逻辑结构

3试述数据库系统的组成和数据库的用户及DBA的职责

组成：“数据库系统”在大多数时候都是指DBMS。但是严格地来说，数据库系统--DBS是指在计算机系统中引入数据库之后的系统，一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（DBA--Database Administrator）和用户构成。即：

DBS = DB + DBMS + APPLICATION + DBA + USER

数据库的用户：

?End Users: naive Users

casual users -----Interactive SQL

?Application Programmers-----Procedural SQL,Transaction

?Database analyzer and designer -----Data modeling,

Normalization theory,

?Database Administrators, DBA -----Database maintenance ,

Security , Integrity,Recovery

?Database Management System designer and implementer ----- Implementation technique of above techniques for Special and New Database Management System

DBA的职责：

DBA是数据库管理员,英文是Database Administrator。DBA的一些职责：安装和升级数据库服务器（如Oracle、DB2、Microsoft SQL server、My SQL），以及应用程序工具。数据库设计系统存储方案，并制定未来的存储需求计划。一旦开发人员设计了一个应用，就需要DBA来创建数据库的用户、数据库存储结构（tablespaces）和数据库对象（tables,views,indexes）。根据开发人员的反馈信息，必要的时候，修改数据库的结构。维护数据库的安全性。保证数据库的使用符合知识产权相关法规。控制和监控用户对数据库的存取访问。监控和优化数据库的性能。制定数据库备份计划，灾难出现时对数据库信息进行恢复维护适当介质上的存档或者备份数据备份和恢复数据库联系数据库系统的生产厂商，跟踪技术信息。

4试述数据库管理系统DBMS的功能。

DBMS是数据库系统中队数据进行管理的软件，是数据库系统的核心组成部分。

（1）数据库定义：

DBMS提供数据库定义语言定义数据库结构，包括外模式、模式、内模式及相互之间的映射，定义完整性约束、安全限制等；

（2）数据操纵：

提供数据库操作语言实现对数据库的操纵；

（3）数据库运行控制：

数据安全性控制；

数据完整性控制；

并发控制；

数据库恢复机制；

（4）数据库维护：

数据的载入、转储，数据库的重组织、性能监视及分析等。

5 什么是物理数据独立性和逻辑数据独立性？

?物理数据独立性：

内模式发生改变时，数据的逻辑结构不变，修改内模式和概念模式之间的映射；

?逻辑数据独立性：

概念模式发生改变时，数据库的外模式不变，建立在外模式上的应用程序不需要改变，修改外模式和概念模式之间的映射。

6.试描述客户/服务器数据库应用系统典型的两种体系结构和工作方式。

?两层体系结构: E.g. 客户端程序通过ODBC/JDBC 与数据库交互

?三层体系结构: E.g. 基于web的应用, 通过中间件构建应用

?两层C/S结构的基本工作方式：

客户程序运行用户的应用程序,向数据库服务器发送SQL请求，数据库服务器接受客户机的请求,并将处理结果返回客户端。

一个客户应用开发语言和一个多用途的用于传送客户请求到服务器的机构是整个两层结构的核心。

把SQL语言从客户机传送到服务器上必须能识别服务的标识符或由一个应用程序接口来完成，还必须知道服务器的位置、数据组织形式以及数据如何定义。在服务器中，请求将得到存储逻辑和处理的进一步优化，例如使用权限、完整性、并发控制等。

?客户PC运行数据库应用(界面处理)，数据库服务器运行全部或大部分DBMS(数据处理)。服务器运行SQL，将查询结果传送到客户端，减少了网络信息的传输,系统采用数据锁定、事务技术、存储过程等数据库技术保证数据完整一致准确。

?

?三层C/S结构：

?数据库应用的三层C/S结构将应用分成表示部分、应用逻辑(或称商业逻辑)、数据访问部分。三层C/S结构使各部分相互独立并单独实现，分别称为客户、

应用服务器和数据库服务器。

?三层C/S结构中数据在发送到网络之前由功能服务器加以过滤，网络流量会减少，另外客户端并不是直接同数据库打交道，而是通过中间层的统一调用

来实现，在灵活性和独立性方面较好，适合于不同数据库的互联。

7.分布式数据库的数据存储方式？

–复制

系统维护关系的几个完全相同的副本，这些副本存储在不同的结点上。

–分片

关系被划分为几个片段，各个片段存储在不同的结点上。分片方式

?水平分片：将关系r按行分为若干子集r1，r2，…，rn，每个子集ri

称为一个水平片段。一个水平片段可以看成是关系上的一个选择。

?垂直分片：将关系r按列分为若干属性子集r1，r2，…，rn，每个子

集ri称为一个垂直片段。一个垂直片段可以看成是关系上的一个投

影。

?导出分片：导出水平分片，分片的条件不是关系本身属性条件，而

是其它关系的属性条件。

?混合分片：关系按某种方式分片后，得到的片段再按另一种方式继

续分片。

?复制+分片

关系被划分为几个片段，系统为每个片段维护几个副本。

8 数据库设计的几个阶段？每个阶段完成的主要的内容和步骤？

⒈需求分析：全面、准确了解用户的实际要求。

内容：需求是用户对系统在功能、性能、行为、设计约束等方面的期望和要求。

需求分析主要包括：

（1)数据需求分析

分析用户需要从数据库中获取的信息内容和性质；

（2)数据处理需求分析

分析从用户角度，对数据需要做什么样的加工处理；

（3)业务需求分析：从应用设计角度分析应具有的加工处理；

（4)分析数据库系统在性能、存储、安全、备份与恢复等方面的要求。

步骤：

?需求分析阶段的工作步骤：

–分析用户活动，产生业务流程图

–确定系统范围，产生系统范围图

–分析用户活动所涉及的数据，产生数据流图

–分析系统数据，产生数据字典

–业务处理逻辑需求分析

–性能需求分析

–其他需求分析

⒉概念结构设计：即设计数据库的概念结构。

概念结构设计是整个数据库设计的关键，它通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型，基于需求分析结果，产生数据库概念模式，信息结构;

设计概念结构的步骤：抽象数据并设计局部视图；集成局部视图，得到全局概念结构

⒊逻辑结构设计：逻辑结构设计是将抽象的概念结构转换为所选用的DBMS支持的数据模型，并对其进行优化。

⒋数据库物理设计：数据库物理设计是对为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存取方法）。

⒌数据库实施在数据库实施阶段，设计人员运用DBMS提供的数据语言及其宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编制与调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。

⒍数据库运行和维护数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改。

9 关系数据库的实体完整性约束和参照完整性约束？举例说明。（第二章-3幻灯10、11页）1 实体完整性约束：

若A是关系模式R（U）的主键属性，则R（U）的任何一个实例关系不存在任何元组在A 上的值为空。

例：Student ( NO, Name, Sex, Age, Class, DeptNO ) ,

Course ( Cno, Cname, Dept ) ,

S_C (NO, Cno, Grade)

2 关联/参照完整性约束：

外键：关系模式R1包含关系模式R2的主键，这组属性叫做R1参照R2的外键。

设X是关系模式R（U）关于关系模式R’(U’)的外键。如果K是R（U）的关系实例的一个元组的外部键值，则R’(U’)的实例中必存在一个元组T，T在X上的值为K。

例：Student ( NO, Name, Sex, Age, Class, DeptNO ) ,

Dept (DeptNO, DeptName)

10 关系数据库的性质？（第二章-3幻灯7页）

在关系数据库中的关系有如下性质：

●同一列来自同一个域。

●不同的列可以出自相同的域，必须有不同的属性名。

●不能有完全相同的元组存在。

●关系中元组的顺序无关。

●关系中列的顺序无关。

●每个属性值必须是不可再分的数据项。

11.1NF?2NF？3NF?BCNF？（第二章-3幻灯32-37页）

?基于数据依赖和函数依赖:

?First Normal Form 1NF(第一范式)

如果关系模式R的所有属性的域都是原子的, 则R称为属于第一范式

?Second Normal Form 2NF（第二范式）

2NF：若R是1NF，且每个非键属性完全依赖于候选键，则称R为2NF（消除非键属性对候选键的部分依赖）。

?Third Normal Form 3NF（第三范式）

关系模式R属于第三范式(3NF) 当且仅当对所有F+中依赖:

α→β

下列条件中至少一个成立:

–α→β是平凡的(i.e., β∈α)

–α是R 的超键

–β–α中的每个属性A包含在R 的某个候选键中.

(注: 各属性可能包含在不同候选键中)

或：

非主属性既不部分依赖也不传递依赖于R的候选键，则称R是第三范式。

?Boyce-Codd Normal Form BCNF

Boyce-Codd 范式：

具有函数依赖集合F的关系模式R属于BCNF当且仅当对F+中所有函数依赖α→β, 下列两条件至少一个成立:

?α→β是平凡的(i.e., β?α)

?α是R的超键

或：

如果关系模式R是1NF，且每个属性都不部分依赖于候选键也不传递依赖于候选键，那么称R是BC范式。

12什么是索引？索引的类型？建索引的目的？

索引：索引就是加快检索表中数据的方法。

索引文件由如下形式的记录(称为索引项)组成

索引文件一般比原始文件小的多

搜索键–用来在文件中查找记录的属性或属性集合.？

索引类型

?主索引（聚集索引）/辅助索引；

?稠密索引/稀疏索引

?唯一索引、非唯一索引

?位图索引

建索引的目的：索引机制用于加速对所需数据的存取（加快查询速度）

13 什么是聚簇？建聚簇的好处和不好？

聚簇：为了提高某个属性（或属性组）的查询速度，把这个或这些属性（称为聚簇码）上具有相同值的元组集中存放在连续的物理块称为聚簇。许多关系型DBMS都提供了聚簇功能。聚簇的用途（好处）

1. 大大提高按聚簇属性进行查询的效率

2. 节省存储空间

?聚簇以后，聚簇码相同的元组集中在一起了，因而聚簇码值不必在每个元组中重复存储，只要在一组中存一次就行了

聚簇的局限性（坏处）

1. 聚簇只能提高某些特定应用的性能

2. 建立与维护聚簇的开销相当大

?对已有关系建立聚簇，将导致关系中元组移动其物理存储位置，并使此关系上原有的索引无效，必须重建。

?当一个元组的聚簇码改变时，该元组的存储位置也要做相应移动。

14 说明Oracle实例的组成。SGA和后台进程的构成。

Oracle实例的组成：系统全局区和后台进程称为ORACLE的一个实例

SGA（系统全局区）的构成：

系统全局区（SGA)：由ORACLE为某实例分配的共享内存结构，它包含该实例的数据和控制信息。由以下组成：

数据库缓冲区（DataBase Buffer Cache）

共享池

日志缓冲区

Java池

大缓冲池（Large pool）

后台进程的构成：

DBWR数据库写进程：

LGWR日志写进程

CKPT检测点进程

SMON系统监控进程

PMON进程监控

ARCH归档进程

RECO恢复进程

LCKN锁进程

DBWR数据库写进程：把所有修改过的缓冲块写回数据文件，同时使用LRU算法以保证最近被使用过的块在内存中，以及延迟写以实现I/O优化。

LGWR日志写进程：负责把信息从日志缓冲区写回磁盘。

CKPT检测点进程：到达检测点时，进程将修改数据文件的标记和记录检测点的细节。

SMON系统监控进程：自动执行自动实例恢复，收回排序等操作使用的临时段所占用的空间，合并DATAFILE中的自由空间。

PMON进程监控：用户监督进程，当检测到非正常终止的用户进程后，就会清除这个用户进程所作的连接，滚回它提交的事务，释放它保持的资源锁，释放未这个失败进程分配的SGA资源。PMON还会自动检测死锁并滚回事务以自动解决死锁。

ARCH归档进程：可被将启动将日志文件归档到一个更大的、但可以是低速的存储设备上。

RECO恢复进程：用以解决分布式事务的失败所引起的问题。

LCKN锁进程：在并行服务器中执行内部实例锁。

SNPn作业队列进程：用于分布式数据库配置，可以自动刷新表快照；

QMNn队列监控进程：是为监控消息队列的Oracle高级队列的可选后台进程；Dnnn调度程序进程：通过允许用户进程共享限定数量的服务器进程来支持多线索配置；

Snnn共享服务器进程：在多线索配置中，每个共享服务器进程服务于多个客户请求。

15说明Oracle的逻辑存储结构和物理存储结构。

ORACLE逻辑存储结构：

?数据库块Block

?范围（区）Extent

?数据库段Segment

?表空间Tablespace

?数据库

?数据库对象：表、视图、索引、簇聚

Oracle物理存储结构：指Oracle在运行过程中存储数据的操作系统文件

?数据文件: 存储所有的数据库数据，以及元数据。

?日志文件:

记录了所有对数据库的修改信息，用于数据库的恢复。数据库的每个实例都有两个或更多个联机重做日志文件。

?控制文件: 保存对于DBMS操作关键的信息。

?参数文件: 决定一个实例的特性。

16现为某一个房地产公司开发其销售管理系统，需要对以下信息和关系进行记录和维护：（第二章-3 幻灯69页E-R图）

（１）销售部信息．公司有许多销售部分布在不同的城市，销售部的属性包括销售部编号、所在地等；

（２）每个销售部有一名或多名员工。员工的属性包括员工编号、姓名、性别等，每个员工只能分配到一个销售部工作；

（３）每个销售部有一名经理，一个经理只能管理他所在的销售部；

（４）公司要记录房产信息，这些房产的属性包括房产标识、位置等，位置由省、城市、街道、邮编构成；

（５）销售信息。一个销售部可能销售出多个房产，也可能没有销售出任何一套房产; （６）每套房产均有一个或多个拥有者，一个拥有者也可以有一套或多套房产。拥有者的属性包括拥有者编号、姓名、性别等。

对以上要求完成以下内容：

（1）设计此数据库的E_R图。

（2）把E_R图转化为关系数据库模式，给出每个关系模式的关键字，要求每个关系模式至少是3NF。

首先对所有的实体集进行转换，然后弱实体一个表，关系多对多生成表。

答：1、

（2）

2、

?销售部= (销售部编号, 城市, 所在地,员工编号)

?员工= (员工编号,销售部编号,姓名,性别)

?房产= (房产标识, 省，城市，街道，邮编，销售部编号)

?拥有者= (拥有者编号, 姓名, 性别)

?拥有= (房产标识, 拥有者编号)

17设有一个供应商、零件、工程项目数据库SPJ，并有如下关系，完成一下SQL语句：S（Sno,Sname,Status,City）, 分别表示：供应商代码，供应商名，供应商状态，供应商所在城市；

J（Jno, Jname, City）, 分别表示：工程号，工程名，工程项目所在城市；

P（Pno,Pname, Color, Weight）分别表示：零件代码，零件名称，零件的颜色，零件的重量；

SPJ（Sno, Pno, Jno, Qty）表示供应的情况，由：供应商代码，零件代码，工程号及数量组成；

（1）查询使用供应商编号S1所供应零件的工程号码；

（2）查询供应商编号S1供应工程号Ｊ３的零件的名称；

（3）查询供应工程号J３红色零件的北京供应商的名称；

（4）现有一新工程，工程号是BJ003,工程名是“学生建筑”,工程项目所在地是北京。供应商代码为gys007的供应商为此工程供应了零件代码为ljdm008的零件

数量为10000。把这些数据插入到数据库中。

（5）创建一个视图，包含供应商为项目供应零件的信息，包括：供应商名称、工程名称、零件名称和数量。

（6）把供应商“红星公司”的地址改成湖南长沙。

答：1、select distinct jno from SPJ where Sno=’S1’

2、select distinct P. Pname from SPJ , P

where SPJ.Sno=’S1’ and SPJ.Jno=’J3’and SPJ.pno=P.pno

3、select S. Sname from SPJ,S,P,J

Where SPJ.Jno=’J3’and P. Color=’红色’and S. City=’北京’and SPJ. Pno=P. Pno and SPJ. Jno=J. Jno and SPJ. Sno =S. Sno

4、insert into S values (‘gys007’,‘’ , ’’, ’’)

insert into J values (‘BJ003’, , ’学生建筑’, ’北京’)

insert into P values (‘ljdm008’,’’, ’’,’’)

insert into SPJ values (‘gys007’, , ’ljdm008’, ’ BJ003’,’10000’)

5、create view SP as

select S.Sname, J. Jname, P. Pname, SPJ. Qty

from SPJ,S,P,J

where SPJ. Pno=P. Pno and SPJ. Jno=J. Jno and SPJ. Sno =S. Sno

6、update S set City=‘湖南长沙’ where Sname=’红星公司’

18 假设某集团下属多个公司，集团数据库中有一关系模式R表示各公司项目和公司部门项目申请情况：

R（公司编号，项目编号，预算经费，部门编号，负责人）

如果规定：

（1）公司编号都不同，一个公司内部门编号不同，但公司间部门编号有可能相同；（2）公司内项目编号不同，但不同公司的项目编号有可能相同；

（3）每个公司的每个项目只能由一个部门申请；

（4）每个公司的每个部门只有一个负责人,而一个人可能负责多个部门；

（5）每个公司的每个项目只有一个预算经费。则：

（１）写出函数依赖。

（２）给出此关系的候选键。

（３）此关系模式最高属于第几范式？

（４）此关系模式有何异常？如何分解？

答：1、基本函数依赖：

（公司编号，项目编号）→部门编号

（公司编号，部门编号）→负责人

（公司编号，项目编号）→预算经费

2、候选键（公司编号，项目编号）

3、最高达到第二范式。因为存在非键属性负责人对候选键的传递依赖。

4、可能会产生数据冗余。如：一个部门申请一个项目，但一个人可以负责多个部门，那么在（公司编号，部门编号）→负责人中就会产生数据冗余。

分解：

?确定一个关系是否属于“好的” 形式.

?如果关系R不属于“好的”形式, 则将它分解为关系集合{R1, R2, ..., Rn} 使得：原模式(R) 的所有属性都必须出现在分解结果(R1, R2 ..., Rn)中，

R = R1 ?R2 ... ? Rn