Introduction¶

1 Database Systems¶

Database 是一个单位中相关联的数据集，由DBMS(Database Management System)管理

最基本的功能是数据的存和取与管理

数据管理既包括定义信息存储的结构，也包括提供信息操作的机制。

数据库系统必须保证存储数据的安全性

并发访问时应保证有序访问不发生混乱

2 Purpose of Database Systems¶

Intergrity problems 完整性问题
- 完整性约束被“埋藏”在程序代码中，而非被显式地表述
- 难以添加新的约束和修改现存的
Atomicity problems 原子性问题，问题之间是相互关联的
- 故障可能会使数据库处于不一致的状态，其中部分更新已执行。
Concurrent access anomalies 并发访问异常
- 不受控制的并发访问可能导致不一致
Security problems 安全性问题
- 难以向用户提供对一部分但不是全部的数据的访问
- Authentication 认证
- privilege 权限
- Audit 审计

Characteristics of Databases: - data persistence(数据持久性) - convenience in accessing data(数据访问便利性) - data integrity （数据完整性） - concurrency control for multiple user(多用户并发控制) - failure recovery（故障恢复） - security control（安全控制）

3 View of Data¶

数据库的三级抽象：

3.1 Schema and Instance¶

Similar to types and variables in programming languages
Schema 模式，数据库的逻辑结构
Instance实例，某一时间点数据库的具体内容

3.2 Data Independence¶

物理数据独立性：

逻辑数据独立性：

4 Data Models¶

A collection of tools for describing
- Data (数据)
- Data relationships(联系)
- Data semantics(语义)
- Data constraints(约束)
Relational model(关系模型)
Entity-Relationship(实体-联系) data model
Object-based data models
- Object-oriented (面向对象数据模型)
- Object-relational(对象-关系模型模型)
Semistructured data model (XML)(半结构化数据模型)
Other older models:
- Network model (网状模型)
- Hierarchical model(层次模型)

5 Database Languages¶

5.1 Data Definition Languages DDL¶

用于定义数据库模式的规范符号

Example

C 语言里的 struct 经过编译后全部变为了代码（有一张符号表）但数据库里不会。

Data dictionary contains metadata (元数据，i.e. data about data)

DDL compiler generates a set of table templates stored in a data dictionary (数据字典)
Database schema
Integrity constraints (完整性约束) Primary key (ID uniquely identifies instructors, 主键) Referential integrity (references constraint in SQL, 参照完整性) e.g. dept_name value in any instructor tuple must appear in department relation
Authorization (权限)

5.2 Data Manipulation Language DML¶

Two classes of languages

Procedural (过程式)– user specifies what data is required and how to get those data e.g. C
Declarative (nonprocedural，陈述式，非过程式) – user specifies what data is required without specifying how to get those data e.g. SQL

SQL is the most widely used query language

5.3 SQL Query Language¶

5.4 Database Access from Application Program¶

Such computations and actions must be written in a host language, such as C/C++, Java or Python.
Application programs generally access databases through one of * Language extensions to allow embedded SQL e.g. 通过预处理器，将 select 语句识别出来，翻译成 C 语言的函数调用。
API (Application program interface) e.g. ODBC/JDBC which allow SQL queries to be sent to a database.