数据库系统工程师考点详解（五）
概念结构设计：是在需求分析的基础上，对用户信息加以分类、聚集和概括，建立信息模型，并依照选定的数据库管理系统软件把它们转换为数据的逻辑结构，再依照软硬件环境，最终实现数据的合理存储。这一过程被称为“数据建模”。
数据建模的过程，可以分为3个阶段：概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计。
概念结构设计的策略有4种：自顶而下、自底而上、逐步扩张、混合策略。
概念结构设计最常用的
方法
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是1976年由一位华人学者提出的E－R方法。将现实世界的信息结构统一由实体、属性及实体之间的联系来描述。
使用E－R方法时，需要对现实事物抽象并以E－R图的形式描述出来，有3种抽象的方法：
分类，将现实世界中具有共同特征和行为的事物定义为一种类型。个体与类型关系是ismemberof
聚集，定义某一类型所具有的属性。各个属性是所属类型的一个成分，ispartof
概括，由一种已知类型定义新的类型。已知类称为超类，新定义类称为子类，关系为issubsetof
用E－R方法建立概念模型
步骤：选择局部应用；逐一设计分E－R图；E－R图合并。
注意属性与实体的区别：属性不可再分；属性不能与其它实体发生联系。
分E－R图的合并方法就是将具有相同实体的两个或多个E－R图合而为一。合并过程中可能会发生的冲突有：属性冲突、命名冲突、结构冲突。
对合并后的E－R进行优化的方法有3个：
1）实体类型的合并，凡具有1：1或1：n联系的实体都可以合并，减少实体个数；
2）冗余属性的消除；
3）冗余联系的消除，合并后的E－R图中可能会出现实体联系的环状结构，消除直接联系，保留间接联系。
逻辑结构设计：是在概念结构设计基础上进行的数据模型设计，可以是层次、网状和关系模型。逻辑结构设计的主要任务是：
确定数据模型；
将E－R图转换为指定的数据模型；
确定完整性约束；
确定用户视图。
E－R图向关系模式的转换：
1）实体向关系模式的转换
将E－R图中的实体逐一转换为一个关系模式，其中实体名对应关系模式的名称，实体的属性转换成关系的属性，实体标识符就是关系的码。
2）联系向关系模式的转换
一对一联系的转换：有2种方式。
一种方式，是将联系转换成一个独立的关系模式，关系模式的名称取联系的名称，关系的属性包括该联系所关联的两个实体的码和联系的属性，关系的码可以取自任一方实体的码；
另一种方式，是将联系归并到关联的两个实体的任一方，在一方实体属性集中增加另一方实体的码和该联系的属性，归并后的实体码保持不变。
一对多联系的转换：有2种方式。
第一种方式，是将联系转换成一个独立的关系，关系的名称取联系的名称，关系的属性包括该联系所关联的两个实体的码和联系的属性，关系的码是多方实体的码；
第二种方式，是将联系归并到关联的两个实体的多方，在待归并的多方实体属性集中增加一方实体的码和该联系的属性，归并后的多方实体的码保持不变。
多对多联系的转换：只有1种方式。
那就是将该联系转换成一个独立的关系，关系的名称取联系的名称，关系的属性包括该联系所关联的两个多方实体的码及该联系的属性，关系的码是两个多方实体的码构成的属性组。
关系模式的
规范
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化
由E－R图转换得来的初始关系模式可能会有数据冗余或更新异常，需要进一步得进行规范化处理：
1）根据语义确定各关系的数据依赖；
2）根据数据依赖确定关系的范式；
3）对不合要求的范式进行分解，达到3NF、BCNF或4NF；
4）对关系进行评价和修正。因为最规范的关系不一定是最合适的关系。
关系的完整性约束有：主码约束、检查约束、参照性约束
数据库的物理设计
物理设计一般应做这些工作：
确定数据分布；
确定存储结构；
确定存取方式。
存储结构是指数据文件中记录之间的物理结构，可以是顺序存储、哈希存储、堆存储或B＋树存储等。要根据数据的处理要求和变更频度，选定合理的物理结构。
为提高数据的访问速度，会采用索引技术。同样也要根据数据处理和修改要求，选择恰当的索引字段和类型。
数据的存取方式，是由其存储结构决定了的。
数据库的保护：是通过数据库的恢复、安全性控制、完整性控制、并发控制，来实现的。
事务，是数据库处理的基本逻辑单位，事物的原子性、一致性、隔离性和持久性（简称ACID）保证了数据更新的正确性。面向数据更新的应用程序的编写，必须以事务为单位进行数据的操作。
数据库的备份与恢复：
数据备份与日志备份是数据库恢复技术的主要依据。数据备份又称为数据转储，分为静态和动态两种方式。日志备份用来记录对数据库系统的更新操作，写日志的次序严格按照并发事务执行的时间次序，必须先写日志后写数据库。
数据库系统中的故障类型：事务故障、系统故障、介质故障。
恢复策略：有2种操作，分别是撤销事务（UNDO）和重做事务。
事务故障的恢复：可以UNDO产生故障的事务，回到该事务执行前的正确状态；
系统故障的恢复：系统故障会导致数据库不一致，恢复方法是先UNDO未完成的事务，再REDO已提交的事务；
介质故障的恢复：需要DBA参与，重装数据库、装入数据库的备份和日志文件的副本，再由系统完成UNDO、REDO操作。
数据库的安全性，是保证数据库不被非法用户访问和破坏的机制。包括：权限机制（GRANT）、视图机制、数据加密。数据加密可以防止数据在存储和传输过程中失密。
数据库的完整性，是保证数据库不被合法用户的错误操作而破坏。完整性是指数据的正确性和相容性。
数据库的并发控制：
1）并发操作，可能会带来数据的不一致性有3种，丢失修改、不可重复读和读脏数据。
2）加锁：控制的手段就是加锁。排他锁（写锁X）和共享锁（读锁S）。X锁将独占数据，数据上有S锁时事务只能加S锁读而不能加X锁写。
3）封锁
协议
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一级封锁协议，事务T在修改数据A前必须先对A加X锁，直到事务结束才能释放X锁。这样解决了丢失修改的问题；
二级封锁协议，在一级封锁协议基础上，事务T在读数据A前必须对其加上S锁，读完即释放S锁。这样使得一个事务不能读取其他事物修改中的数据，解决了读脏数据问题；
三级封锁协议，在一级封锁协议基础上，事务T在读数据A前必须对其加上S锁，直到事务T结束才释放S锁。这样使得一个事务在读取数据期间，其他事务只能读取该数据而不能修改，所以解决了不可重复读的问题；
两段锁协议，对任何数据进行读写前都必须加锁，在释放一个封锁后，事务不再申请和获得任何其它封锁。这样可以缩短持锁时间，提高并发性，同时解决了数据的不一致性。
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