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數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理 讀者對(duì)象:本書可以作為高等院校計(jì)算機(jī)類、信息技術(shù)類、大數(shù)據(jù)類等相關(guān)專業(yè)教學(xué)用書,也可以作為培養(yǎng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)工程師的培訓(xùn)教材,還可以作為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)人員的參考用書。 ![]()
本書作為數(shù)據(jù)科學(xué)的入門教材,以實(shí)例分析為主線,結(jié)合MySQL,系統(tǒng)地闡述了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本原理、基本技術(shù)、基本方法及應(yīng)用。全書共13 章,主要內(nèi)容包括概述、關(guān)系運(yùn)算、數(shù)據(jù)完整性、關(guān)系數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)語言SQL、概念模型和邏輯模型、關(guān)系規(guī)范化、數(shù)據(jù)安全、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)恢復(fù)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、openGauss數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、在虛擬機(jī)上安裝CentOS,前11 章結(jié)尾均提供了基于生成式人工智能的課堂知識(shí)鞏固與課后知識(shí)拓展環(huán)節(jié)。本書以MySQL 為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)介紹數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)技術(shù),以Python 和Java 等為主語言介紹數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù),并提供詳細(xì)操作和完整程序系統(tǒng)。全書以兩個(gè)實(shí)例數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)貫穿始終,內(nèi)容豐富、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn),講解深入淺出、通俗易懂,且十分注重實(shí)用性。同時(shí),書中提供的例題和習(xí)題取材新穎、實(shí)用,方便讀者鞏固所學(xué)知識(shí)。本書適用于高等院校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能科學(xué)與技術(shù)、信息安全和軟件工程等相關(guān)本科專業(yè)的“數(shù)據(jù)庫原理”課程教材,也可作為從事數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)研究與應(yīng)用開發(fā)的工程技術(shù)人員的參考書。
王勛,男,教授,博士研究生學(xué)歷,現(xiàn)于浙江工商大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院擔(dān)任院長(zhǎng)一職,兼任中國(guó)圖象圖形學(xué)會(huì)理事兼智能圖形專委會(huì)副主任、The IEEE Intelligent Informatics Bulletin編委、全國(guó)行業(yè)職業(yè)教育教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)電子信息分委員會(huì)委員、浙江省高等學(xué)校大數(shù)據(jù)與人工智能類專業(yè)教指委副主任,共出版《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理》《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理》《數(shù)據(jù)可視分析》《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理學(xué)習(xí)指導(dǎo)》等12部教材、專著。
第1 章 概述 ....................................................................................................................... 1
1.1 數(shù)據(jù)庫實(shí)例 ........................................................................................................................ 1 1.1.1 學(xué)生選課數(shù)據(jù)庫 ..................................................................................................... 1 1.1.2 網(wǎng)上書店數(shù)據(jù)庫 ..................................................................................................... 2 1.2 基本知識(shí) ............................................................................................................................ 4 1.2.1 數(shù)據(jù) ......................................................................................................................... 4 1.2.2 數(shù)據(jù)庫 ..................................................................................................................... 5 1.2.3 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) ..................................................................................................... 5 1.2.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) ............................................................................................................. 6 1.2.5 數(shù)據(jù)庫管理員 ......................................................................................................... 7 1.3 數(shù)據(jù)模型 ............................................................................................................................ 8 1.3.1 數(shù)據(jù)模型的概念 ..................................................................................................... 8 1.3.2 數(shù)據(jù)模型的組成要素 ............................................................................................. 8 1.3.3 數(shù)據(jù)模型的分類 ..................................................................................................... 9 1.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) .......................................................................................................... 15 1.4.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu) ....................................................................................... 16 1.4.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) ....................................................................................... 18 1.5 數(shù)據(jù)庫發(fā)展歷史 .............................................................................................................. 22 1.5.1 中國(guó)數(shù)據(jù)庫發(fā)展 ................................................................................................... 22 1.5.2 國(guó)外數(shù)據(jù)庫發(fā)展 ................................................................................................... 24 1.6 小結(jié) .................................................................................................................................. 25 基于生成式人工智能的課堂知識(shí)鞏固與課后知識(shí)拓展........................................................ 26 習(xí)題1 ........................................................................................................................................ 34 第2 章 關(guān)系運(yùn)算 ............................................................................................................. 35 2.1 關(guān)系形式化定義 .............................................................................................................. 35 2.2 關(guān)系數(shù)據(jù)語言 .................................................................................................................. 38 2.3 基本集合運(yùn)算 .................................................................................................................. 39 2.3.1 笛卡兒積 ............................................................................................................... 40 2.3.2 并集 ....................................................................................................................... 40 2.3.3 差集 ....................................................................................................................... 41 2.3.4 交集 ....................................................................................................................... 41 2.4 專用關(guān)系運(yùn)算 .................................................................................................................. 42 2.4.1 選擇 ....................................................................................................................... 42 2.4.2 投影 ....................................................................................................................... 43 2.4.3 連接 ....................................................................................................................... 45 2.4.4 除 ........................................................................................................................... 49 2.5 更新運(yùn)算 .......................................................................................................................... 52 2.6 綜合實(shí)例 .......................................................................................................................... 54 2.7 小結(jié) .................................................................................................................................. 57 基于生成式人工智能的課堂知識(shí)鞏固與課后知識(shí)拓展........................................................ 57 習(xí)題2 ........................................................................................................................................ 62 第3 章 數(shù)據(jù)完整性 .......................................................................................................... 64 3.1 數(shù)據(jù)完整性概覽 .............................................................................................................. 64 3.2 數(shù)據(jù)完整性內(nèi)涵 .............................................................................................................. 65 3.2.1 實(shí)體完整性 ........................................................................................................... 65 3.2.2 參照完整性 ........................................................................................................... 66 3.2.3 用戶定義完整性 ................................................................................................... 67 3.3 完整性控制機(jī)制 .............................................................................................................. 68 3.4 數(shù)據(jù)完整性實(shí)現(xiàn) .............................................................................................................. 70 3.4.1 實(shí)體完整性的實(shí)現(xiàn) ............................................................................................... 71 3.4.2 參照完整性的實(shí)現(xiàn) ............................................................................................... 72 3.4.3 用戶定義完整性的實(shí)現(xiàn) ....................................................................................... 74 3.4.4 觸發(fā)器 ................................................................................................................... 76 3.5 小結(jié) .................................................................................................................................. 77 基于生成式人工智能的課堂知識(shí)鞏固與課后知識(shí)拓展........................................................ 78 數(shù)據(jù)庫建立實(shí)驗(yàn) ....................................................................................................................... 81 習(xí)題3 ........................................................................................................................................ 82 第4 章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)語言SQL .................................................................................... 84 4.1 SQL ................................................................................................................................... 84 4.1.1 ANSI SQL ............................................................................................................. 84 4.1.2 SQL 特點(diǎn) ............................................................................................................... 85 4.1.3 MySQL .................................................................................................................. 85 4.2 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫及表 .............................................................................................................. 86 4.2.1 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫 ........................................................................................................... 86 4.2.2 創(chuàng)建表 ................................................................................................................... 87 4.3 數(shù)據(jù)查詢 .......................................................................................................................... 92 4.3.1 集合查詢 ............................................................................................................... 93 4.3.2 單表查詢 ............................................................................................................... 95 4.3.3 多表查詢 ............................................................................................................. 102 4.4 視圖 ................................................................................................................................ 109 4.5 小結(jié) ................................................................................................................................ 114 基于生成式人工智能的課堂知識(shí)鞏固與課后知識(shí)拓展...................................................... 114 查詢實(shí)驗(yàn) ................................................................................................................................. 119 習(xí)題4 ...................................................................................................................................... 121 第5 章 概念模型和邏輯模型 .......................................................................................... 123 5.1 概念模型 ........................................................................................................................ 123 5.1.1 概念模型的表示方法 ......................................................................................... 123 5.1.2 概念模型的實(shí)例分析 ......................................................................................... 125 5.2 邏輯模型 ........................................................................................................................ 129 5.2.1 實(shí)體轉(zhuǎn)換 ............................................................................................................. 129 5.2.2 聯(lián)系轉(zhuǎn)換 ............................................................................................................. 130 5.3 小結(jié) ................................................................................................................................ 135 基于生成式人工智能的課堂知識(shí)鞏固與課后知識(shí)拓展...................................................... 136 習(xí)題5 ...................................................................................................................................... 138 第6 章 關(guān)系規(guī)范化 ........................................................................................................ 141 6.1 函數(shù)依賴 ........................................................................................................................ 142 6.1.1 完全函數(shù)依賴和部分函數(shù)依賴 ......................................................................... 143 6.1.2 傳遞函數(shù)依賴 ..................................................................................................... 143 6.2 數(shù)據(jù)依賴公理系統(tǒng) ........................................................................................................ 143 6.2.1 Armstrong 公理 ................................................................................................... 143 6.2.2 函數(shù)依賴集閉包 ................................................................................................. 144 6.2.3 屬性集閉包 ......................................................................................................... 145 6.2.4 最小函數(shù)依賴集 ................................................................................................. 146 6.3 范式 ................................................................................................................................ 148 6.3.1 第一范式 ............................................................................................................. 149 6.3.2 第二范式 ............................................................................................................. 149 6.3.3 第三范式 ............................................................................................................. 152 6.3.4 BC 范式 ............................................................................................................... 157 6.3.5 更高范式 ............................................................................................................. 158 6.4 關(guān)系模式分解 ................................................................................................................ 159 6.4.1 關(guān)系模式分解理論 ............................................................................................. 159 6.4.2 關(guān)系模式的分解算法 ......................................................................................... 162 6.5 小結(jié) ................................................................................................................................ 166 基于生成式人工智能的課堂知識(shí)鞏固與課后知識(shí)拓展...................................................... 167 習(xí)題6 ...................................................................................................................................... 174 第7 章 數(shù)據(jù)安全 ........................................................................................................... 176 7.1 數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)安全模型 .................................................................................... 176 7.1.1 數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn) ..................................................................................................... 176 7.1.2 數(shù)據(jù)安全模型 ..................................................................................................... 177 7.2 數(shù)據(jù)安全控制 ................................................................................................................ 177 7.2.1 用戶鑒別 ............................................................................................................. 177 7.2.2 數(shù)據(jù)存取控制 ..................................................................................................... 179 7.2.3 視圖 ..................................................................................................................... 182 7.2.4 審計(jì)與數(shù)據(jù)加密 ................................................................................................. 184 7.3 SQL 注入攻擊 ................................................................................................................ 187 7.3.1 Web 應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫交互模型 ..................................................................... 188 7.3.2 SQL 注入攻擊原理 ............................................................................................. 189 7.3.3 SQL 注入攻擊防御措施 ..................................................................................... 190 7.4 小結(jié) ................................................................................................................................ 190 基于生成式人工智能的課堂知識(shí)鞏固與課后知識(shí)拓展...................................................... 191 安全實(shí)驗(yàn) ................................................................................................................................. 194 習(xí)題7 ...................................................................................................................................... 195 第8 章 并發(fā)控制 ........................................................................................................... 196 8.1 事務(wù)管理 ........................................................................................................................ 196 8.1.1 事務(wù)的概念 ......................................................................................................... 196 8.1.2 事務(wù)的特性 ......................................................................................................... 199 8.2 并發(fā)控制概述 ................................................................................................................ 201 8.3 封鎖和封鎖粒度 ............................................................................................................ 203 8.3.1 封鎖 ..................................................................................................................... 203 8.3.2 封鎖粒度 ............................................................................................................. 205 8.4 封鎖協(xié)議 ........................................................................................................................ 206 8.4.1 一級(jí)封鎖協(xié)議 ..................................................................................................... 207 8.4.2 二級(jí)封鎖協(xié)議 ..................................................................................................... 207 8.4.3 三級(jí)封鎖協(xié)議 ..................................................................................................... 208 8.4.4 兩段鎖協(xié)議 ......................................................................................................... 209 8.5 并發(fā)事務(wù)的可串行化 .................................................................................................... 209 8.5.1 并發(fā)事務(wù)調(diào)度 ..................................................................................................... 209 8.5.2 并行調(diào)度與串行調(diào)度的執(zhí)行結(jié)果一致性 ......................................................... 210 8.6 活鎖和死鎖 .................................................................................................................... 211 8.6.1 活鎖 ..................................................................................................................... 212 8.6.2 死鎖 ..................................................................................................................... 212 8.7 小結(jié) ................................................................................................................................ 214 基于生成式人工智能的課堂知識(shí)鞏固與課后知識(shí)拓展...................................................... 214 并發(fā)控制實(shí)驗(yàn) ......................................................................................................................... 216 習(xí)題8 ...................................................................................................................................... 219 第9 章 數(shù)據(jù)恢復(fù) ........................................................................................................... 221 9.1 故障管理 ........................................................................................................................ 221 9.2 建立冗余數(shù)據(jù) ................................................................................................................ 222 9.2.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ) ............................................................................................................. 222 9.2.2 日志文件 ............................................................................................................. 223 9.3 恢復(fù)技術(shù) ........................................................................................................................ 225 9.4 檢查點(diǎn)機(jī)制 .................................................................................................................... 227 9.5 小結(jié) ................................................................................................................................ 229 基于生成式人工智能的課堂知識(shí)鞏固與課后知識(shí)拓展...................................................... 229 數(shù)據(jù)恢復(fù)實(shí)驗(yàn) ......................................................................................................................... 231 習(xí)題9 ...................................................................................................................................... 231 第10 章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 233 10.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的方法與步驟 .......................................................................................... 233 10.1.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法 ............................................................................................... 233 10.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)步驟 ............................................................................................... 234 10.2 需求分析 ...................................................................................................................... 235 10.2.1 需求分析任務(wù) ................................................................................................... 235 10.2.2 需求分析的方法和步驟 ................................................................................... 236 10.2.3 數(shù)據(jù)字典 ........................................................................................................... 236 10.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 238 10.3.1 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 ........................................................................................... 238 10.3.2 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟 ........................................................................................... 239 10.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 242 10.4.1 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 ....................................................................................... 242 10.4.2 外模式設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 242 10.5 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 243 10.5.1 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 ....................................................................................... 244 10.5.2 存取方法 ........................................................................................................... 244 10.5.3 存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) ........................................................................................................... 246 10.5.4 評(píng)價(jià)物理結(jié)構(gòu) ................................................................................................... 246 10.6 數(shù)據(jù)庫實(shí)施 .................................................................................................................. 246 10.6.1 數(shù)據(jù)庫引擎和數(shù)據(jù)源配置 ............................................................................... 246 10.6.2 存儲(chǔ)過程和函數(shù) ............................................................................................... 247 10.6.3 流程控制 ........................................................................................................... 249 10.6.4 游標(biāo) ................................................................................................................... 253 10.6.5 設(shè)計(jì)應(yīng)用程序 ................................................................................................... 254 10.6.6 數(shù)據(jù)庫測(cè)試與試運(yùn)行 ....................................................................................... 258 10.7 系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù) .......................................................................................................... 258 10.8 小結(jié) .............................................................................................................................. 259 基于生成式人工智能的課堂知識(shí)鞏固與課后知識(shí)拓展...................................................... 260 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) ..................................................................................................................... 262 習(xí)題10 .................................................................................................................................... 263 第11 章 openGauss 數(shù)據(jù)庫 .......................................................................................... 265 11.1 系統(tǒng)架構(gòu) ...................................................................................................................... 265 11.2 優(yōu)勢(shì)特點(diǎn) ...................................................................................................................... 266 11.3 運(yùn)行環(huán)境和技術(shù)指標(biāo) .................................................................................................. 267 11.4 基本功能 ...................................................................................................................... 268 11.5 安裝部署 ...................................................................................................................... 269 11.5.1 獲取安裝包 ....................................................................................................... 269 11.5.2 配置安裝環(huán)境 ................................................................................................... 270 11.5.3 安裝數(shù)據(jù)庫 ....................................................................................................... 272 11.6 數(shù)據(jù)庫連接 .................................................................................................................. 275 11.6.1 gsql 客戶端連接 ................................................................................................ 275 11.6.2 應(yīng)用程序接口 ................................................................................................... 276 11.7 創(chuàng)建和管理數(shù)據(jù)庫 ...................................................................................................... 278 11.8 數(shù)據(jù)庫遷移 .................................................................................................................. 280 11.9 小結(jié) .............................................................................................................................. 280 基于生成式人工智能的課堂知識(shí)鞏固與課后知識(shí)拓展...................................................... 280 數(shù)據(jù)庫遷移實(shí)驗(yàn) ..................................................................................................................... 282 習(xí)題11 .................................................................................................................................... 282 第12 章 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設(shè)計(jì) ........................................................................................ 283 12.1 DBMS ........................................................................................................................... 283 12.1.1 DBMS 的功能 ................................................................................................... 283 12.1.2 DBMS 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ........................................................................................... 284 12.1.3 DBMS 的工作過程 ........................................................................................... 288 12.1.4 DBMS 的設(shè)計(jì) ................................................................................................... 290 12.2 DBVAS 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ................................................................................................ 293 12.2.1 DBVAS 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ......................................................................................... 294 12.2.2 DBVAS 的文件系統(tǒng) ......................................................................................... 297 12.2.3 DBVAS 的DDL 設(shè)計(jì) ....................................................................................... 304 12.2.4 DBVAS 的DML 設(shè)計(jì) ...................................................................................... 310 12.2.5 DBVAS 的DCL 設(shè)計(jì) ....................................................................................... 314 12.2.6 DBVAS 的GUI 設(shè)計(jì) ........................................................................................ 315 12.2.7 DBVAS 的實(shí)現(xiàn) ................................................................................................. 322 12.3 小結(jié) .............................................................................................................................. 324 DBMS 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) ..................................................................................................................... 324 習(xí)題12 .................................................................................................................................... 324 第13 章 在虛擬機(jī)上安裝CentOS ................................................................................. 326 13.1 虛擬機(jī)VirtualBox 下載及安裝 ................................................................................... 326 13.2 CentOS 鏡像文件下載 ................................................................................................. 327 13.3 在VirtualBox 下安裝CentOS 操作系統(tǒng) .................................................................... 327
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