
- •Глава 2 Базовые понятия реляционной модели данных 21
- •Глава 3. Целостность реляционных данных 28
- •Глава 4. Реляционная алгебра 39
- •Глава 6. Нормальные формы отношений 57
- •Глава 7 Нормальные формы более высоких порядков 74
- •Глава 8. Элементы модели «сущность-связь» 83
- •Глава 5. Элементы языка sql 110
- •Ранние подходы к организации бд. Системы, основанные на инвертированных списках, иерархические и сетевые субд. Примеры. Сильные места и недостатки ранних систем
- •Основные особенности систем, основанных на инвертированных списках
- •Структуры данных
- •Манипулирование данными
- •Ограничения целостности
- •Иерархические системы
- •Иерархические структуры данных
- •Манипулирование данными
- •Ограничения целостности
- •Сетевые системы
- •Сетевые структуры данных
- •Манипулирование данными
- •Ограничения целостности
- •Достоинства и недостатки
- •Элементы теории множеств Множества
- •Операции над множествами
- •Декартово произведение множеств
- •Отношение
- •Примеры отношений Бинарные отношения (отношения степени 2)
- •Отношение эквивалентности
- •Отношения порядка
- •Функциональное отношение
- •Еще пример бинарного отношения
- •Транзитивное замыкание отношений
- •Глава 2 Базовые понятия реляционной модели данных Общая характеристика реляционной модели данных
- •Типы данных
- •Простые типы данных
- •Структурированные типы данных
- •Ссылочные типы данных
- •Типы данных, используемые в реляционной модели
- •Отношения, атрибуты, кортежи отношения Определения и примеры
- •Свойства отношений
- •Первая нормальная форма
- •Глава 3. Целостность реляционных данных
- •Null-значения
- •Трехзначная логика (3vl)
- •Потенциальные ключи
- •Целостность сущностей
- •Внешние ключи
- •Целостность внешних ключей
- •Замечания к правилам целостности сущностей и внешних ключей
- •Операции, могущие нарушить ссылочную целостность
- •Для родительского отношения
- •Для дочернего отношения
- •Стратегии поддержания ссылочной целостности
- •Применение стратегий поддержания ссылочной целостности
- •При обновлении кортежа в родительском отношении
- •При удалении кортежа в родительском отношении
- •При вставке кортежа в дочернее отношение
- •При обновлении кортежа в дочернем отношении
- •Глава 4. Реляционная алгебра Обзор реляционной алгебры
- •Замкнутость реляционной алгебры
- •Отношения, совместимые по типу
- •Оператор переименования атрибутов
- •Теоретико-множественные операторы Объединение
- •Пересечение
- •Вычитание
- •Декартово произведение
- •Специальные реляционные операторы Выборка (ограничение, селекция)
- •Проекция
- •Соединение
- •Общая операция соединения
- •Тэта-соединение
- •Экви-соединение
- •Естественное соединение
- •Деление
- •Примеры использования реляционных операторов
- •Невыразимость транзитивного замыкания реляционными операторами
- •Кросс-таблицы
- •Реляционное исчисление
- •Кортежные переменные и правильно построенные формулы
- •Целевые списки и выражения реляционного исчисления
- •Реляционное исчисление доменов
- •Глава 6. Нормальные формы отношений Этапы разработки базы данных
- •Критерии оценки качества логической модели данных
- •Адекватность базы данных предметной области
- •Легкость разработки и сопровождения базы данных
- •Скорость операций обновления данных (вставка, обновление, удаление)
- •Скорость операций выборки данных
- •Основной пример
- •1Нф (Первая Нормальная Форма)
- •Аномалии обновления
- •Аномалии вставки (insert)
- •Аномалии обновления (update)
- •Аномалии удаления (delete)
- •Функциональные зависимости
- •Определение функциональной зависимости
- •Функциональные зависимости отношений и математическое понятие функциональной зависимости
- •2Нф (Вторая Нормальная Форма)
- •Анализ декомпозированных отношений
- •Оставшиеся аномалии вставки (insert)
- •Оставшиеся аномалии обновления (update)
- •Оставшиеся аномалии удаления (delete)
- •3Нф (Третья Нормальная Форма)
- •Алгоритм нормализации (приведение к 3нф)
- •Анализ критериев для нормализованных и ненормализованных моделей данных Сравнение нормализованных и ненормализованных моделей
- •Oltp и olap-системы
- •Корректность процедуры нормализации – декомпозиция без потерь. Теорема Хеза
- •Глава 7 Нормальные формы более высоких порядков
- •Нфбк (Нормальная Форма Бойса-Кодда)
- •4Нф (Четвертая Нормальная Форма)
- •5Нф (Пятая Нормальная Форма)
- •Продолжение алгоритма нормализации (приведение к 5нф)
- •Глава 8. Элементы модели «сущность-связь»
- •Основные понятия er-диаграмм
- •Нормальные формы er-схем
- •Более сложные элементы er-модели
- •Получение реляционной схемы из er-схемы
- •Пример разработки простой er-модели
- •Концептуальные и физические er-модели
- •Внутренняя организация реляционных субд Cтруктуры внешней памяти, методы организации индексов
- •Хранение отношений
- •Индексы
- •Хэширование
- •Журнальная информация
- •Служебная информация
- •Управление транзакциями, сериализация транзакций
- •Транзакции и целостность баз данных
- •Изолированность пользователей
- •Сериализация транзакций
- •Методы сериализации транзакций
- •Синхронизационные захваты
- •Гранулированные синхронизационные захваты
- •Предикатные синхронизационные захваты
- •Тупики, распознавание и разрушение
- •Метод временных меток
- •Журнализация изменений бд
- •Журнализация и буферизация
- •Индивидуальный откат транзакции
- •Восстановление после мягкого сбоя
- •Физическая согласованность базы данных
- •Восстановление после жесткого сбоя
- •Глава 5. Элементы языка sql
- •Предварительные сведения о работе с sql сервером.
- •InterBase сервер
- •Выполнение в ibConsole
- •Р егистрация псевдонима (алиаса).
- •Пользователи.
- •С оздание модельных бд.
- •Сеанс sql
- •Структура учебных баз данных
- •Операторы sql
- •Операторы ddl (Data Definition Language) - операторы определения объектов базы данных
- •Операторы dml (Data Manipulation Language) - операторы манипулирования данными
- •Операторы dql (Data Query Language) – операторы запросов к данным
- •Операторы dcl (Data Control Language) - защиты и управления данными
- •Основные типы данных
- •Строки фиксированной длины
- •Строки переменной длины
- •Числовые значения
- •Десятичные значения
- •Десятичные значения с плавающей точкой
- •Значения даты и времени
- •Буквальные значения
- •Значения null
- •Значения типа boolean
- •Пользовательские типы данных
- •Типы данных InterBase
- •Управление объектами базы данных
- •Что такое объекты базы данных?
- •Что такое схема?
- •Поля и столбцы
- •Оператор create database
- •Синтаксис
- •Примеры
- •Оператор create table
- •Синтаксис
- •Примеры
- •Ключевое слово storage (в InterBase не действует!)
- •Соглашения о присвоении имен
- •Команда alter table
- •Синтаксис
- •Примеры
- •Модификация элементов таблицы
- •Добавление столбцов, требующих обязательного ввода данных
- •Пример:
- •Изменение столбцов
- •Создание таблицы на основе уже существующей
- •Удаление таблиц
- •Условия целостности
- •Ключевые поля
- •Требования уникальности
- •Внешние ключи
- •Атрибут not null
- •Использование условий проверки
- •Удаление условий
- •Определение представлений
- •Оператор create view (InterBase) Описание
- •Синтаксис
- •Примеры
- •Определение привилегий
- •Оператор grant (InterBase) Описание
- •Синтаксис
- •Примеры
- •Вопросы и ответы
- •Практикум
- •Примеры
- •Манипуляция данными
- •Обзор возможностей манипуляции данными
- •Заполнение таблиц новыми данными
- •Ввод данных в таблицу
- •Ввод данных в определенные столбцы таблицы
- •Ввод данных из другой таблицы
- •Ввод значений null
- •Обновление уже имеющихся данных
- •Обновление значений одного столбца
- •Обновление нескольких столбцов в одной или нескольких записях
- •Удаление данных из таблиц
- •Примеры использования операторов манипулирования данными
- •Знакомство с запросами
- •Что такое запрос?
- •Оператор select
- •Синтаксис оператора выборки данных (select)
- •Синтаксис оператора выборки
- •Синтаксис
- •Примеры
- •Ключевое слово select
- •Ключевое слово from
- •Использование условий для отбора данных
- •Сортировка вывода
- •Учет регистра символов
- •Примеры простых запросов
- •Подсчет записей в таблице
- •Получение данных из таблиц других пользователей
- •Псевдонимы столбцов
- •Упражнения
- •Операции в условиях для отбора данных
- •Что такое операции в sql?
- •Операции сравнения
- •Равенство
- •Неравенство
- •«Меньше» и «больше»
- •Примеры комбинирования операций сравнения
- •Логические операции
- •Использование операторов exists, any, all, и some Описание учебной базы данных
- •Операции конъюнкции и дизъюнкции
- •Отрицание условий с помощью операции отрицания
- •Неравенство
- •Деление
- •Комбинирование арифметических операций
- •Вопросы и ответы
- •Подведение итогов по данным запроса
- •Что такое итоговые функции?
- •Функция count
- •Функция sum
- •Функция avg
- •Функция max
- •Функция min
- •Описание
- •Синтаксис
- •Примеры
- •Описание
- •Примеры
- •Описание
- •Синтаксис
- •Примеры
- •Описание
- •Синтаксис
- •Примеры
- •Описание
- •Синтаксис
- •Примеры
- •Сортировка и группирование данных
- •Зачем группировать данные?
- •Ключевое слово group by
- •Группирование выбранных данных
- •Создание групп и использование итоговых функций
- •Представление имен столбцов числами
- •Ключевое слово having
- •Объединение таблиц в запросах
- •Отбор данных из нескольких таблиц
- •Типы связывания
- •Компоненты условия связывания
- •Связывание по равенству
- •Естественное связывание
- •Использование псевдонимов для имен таблиц
- •Связывание по неравенству
- •Внешнее связывание
- •Рекурсивное связывание
- •Связывание по нескольким ключам
- •Вопросы связывания
- •Использование связующей таблицы
- •Декартово произведение
- •Вопросы и ответы
- •Практикум
- •Упражнения
- •Использование подзапросов
- •Что такое подзапрос?
- •Подзапросы в операторе select
- •Подзапросы в операторе insert
- •Подзапросы в операторе update
- •Подзапросы в операторе delete
- •Подзапросы внутри подзапросов
- •Связанные подзапросы
- •Объединение запросов
- •Обычные и составные запросы
- •Зачем использовать составные запросы?
- •Команды построения сложных запросов
- •Команда union
- •Команда union all
- •Команда intersect
- •Команда except
- •Использование order by в составных запросах
- •Использование group by в составных запросах
- •Обеспечение правильности результатов
- •Примеры использования оператора select
- •Отбор данных из одной таблицы
- •Отбор данных из нескольких таблиц
- •Использование имен корреляции (алиасов, псевдонимов)
- •Использование агрегатных функций в запросах
- •Использование агрегатных функций с группировками
- •Использование подзапросов
- •Использование объединения, пересечения и разности
- •Синтаксис соединенных таблиц
- •Синтаксис условных выражений раздела where
- •Порядок выполнения оператора select
- •Стадия 1. Выполнение одиночного оператора select
- •Стадия 2. Выполнение операций union, except, intersect
- •Стадия 3. Упорядочение результата
- •Как на самом деле выполняется оператор select
- •Оператор соединения
- •Оператор пересечения
- •Оператор деления
- •Использование индексов для ускорения поиска данных
- •Что такое индекс?
- •Принцип работы индексов
- •Команда create index
- •Типы индексов
- •Простые индексы
- •Уникальные индексы
- •Составные индексы
- •Простые и составные индексы
- •Неявные индексы
- •Когда следует создавать индекс?
- •Когда не следует создавать индекс?
- •Удаление индексов
- •Повышение эффективности работы с базой данных
- •Что означает оптимизация операторов sql?
- •Оптимизация базы данных и оптимизация операторов sql
- •Форматирование операторов sql
- •Форматирование операторов для лучшего восприятия
- •Правильный порядок таблиц в выражении from
- •Правильный порядок условий связывания
- •Наиболее ограничительное условие
- •Полное сканирование таблиц
- •Когда и как избегать полного сканирования таблиц
- •Другие аспекты оптимизации
- •Использование like и знаков подстановки
- •Замена операций or выражением с ключевым словом in
- •Недостатки использования выражения с ключевым словом having
- •Долгие операции сортировки
- •Использование готовых процедур
- •Отмена использования индексов в больших пакетных операциях
- •Средства для анализа производительности
- •Создание и использование представлений и синонимов
- •Что такое представление?
- •Использование представлений для защиты данных
- •Использование представлений для управления выводом данных
- •Хранение представлений
- •Создание представлений
- •Создание представления для данных одной таблицы
- •Создание представления для данных нескольких таблиц
- •Создание представления на основе другого представления
- •Уровни зависимости представлений
- •Опция with check option
- •Опции cascaded и local
- •Синтаксис
- •Примеры
- •Обновление данных представления
- •Представления и выражение order by
- •Удаление представлений
- •Что такое синонимы? (InterBase не поддержвается)
- •Управление синонимами
- •Создание синонимов
- •Удаление синонимов
- •Триггеры и хранимые процедуры (InterBase) sql для триггеров и хранимых процедур в InterBase
- •Обработка исключений
- •Обработка ошибок sql
- •Обработка ошибок InterBase
- •Комментарий
- •Триггеры и их назначение
- •Синтаксис create trigger
- •Примеры
- •Дополнительные сведения по работе с генераторами
- •Хранимые процедуры и их назначение
- •Процедуры для работы с датой и временем
Управление транзакциями, сериализация транзакций
Поддержание механизма транзакций – показатель уровня развитости СУБД. Корректное поддержание транзакций одновременно является основой обеспечения целостности баз данных (и поэтому транзакции вполне уместны и в однопользовательских персональных СУБД), а также составляют базис изолированности пользователей во многопользовательских системах. Часто эти два аспекта рассматриваются по отдельности, но на самом деле они взаимосвязаны, что и будет показано в этой лекции.
Заметим, что хотя с точки зрения обеспечения целостности баз данных механизм транзакций следовало бы поддерживать в персональных СУБД, на практике это обычно не выполняется. Поэтому при переходе от персональных к многопользовательским СУБД пользователи сталкиваются с необходимостью четкого понимания природы транзакций.
Под транзакцией понимается неделимая с точки зрения воздействия на БД последовательность операторов манипулирования данными (чтения, удаления, вставки, модификации) такая, что, либо результаты всех операторов, входящих в транзакцию, отображаются в БД, либо воздействие всех этих операторов полностью отсутствует. Лозунг транзакции – «Все или ничего»: при завершении транзакции оператором COMMIT результаты гарантированно фиксируются во внешней памяти (смысл слова commit – «зафиксировать» результаты транзакции); при завершении транзакции оператором ROLLBACK результаты гарантированно отсутствуют во внешней памяти (смысл слова rollback – ликвидировать результаты транзакции).
Транзакции и целостность баз данных
Понятие транзакции имеет непосредственную связь с понятием целостности БД. Очень часто БД может обладать такими ограничениями целостности, которые просто невозможно не нарушить, выполняя только один оператор изменения БД. Например, в базе данных СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ естественным ограничением целостности является совпадения значения атрибута ОТД_РАЗМЕР в кортеже отношения ОТДЕЛЫ, описывающем данный отдел (например, отдел 320), с числом кортежей отношения СОТРУДНИКИ таких, что значение атрибута СОТР_ОТД_НОМЕР равно 320. Как в этом случае принять на работу в отдел 320 нового сотрудника? Независимо от того, какая операция будет выполнена первой, вставка нового кортежа в отношение СОТРУДНИКИ или модификация существующего кортежа в отношении ОТДЕЛЫ, после выполнения операции база данных окажется в нецелостном состоянии.
Поэтому для поддержания подобных ограничений целостности допускается их нарушение внутри транзакции с тем условием, чтобы к моменту завершения транзакции условия целостности были соблюдены. В системах с развитыми средствами ограничения и контроля целостности каждая транзакция начинается при целостном состоянии БД и должна оставить это состояние целостными после своего завершения. Несоблюдение этого условия приводит к тому, что вместо фиксации результатов транзакции происходит ее откат (т.е. вместо оператора COMMIT выполняется оператор ROLLBACK), и БД остается в таком состоянии, в котором находилась к моменту начала транзакции, т.е. в целостном состоянии.
Если быть немного более точным, различаются два вида ограничений целостности: немедленно проверяемые и откладываемые. К немедленно проверяемым ограничениям целостности относятся такие ограничения, проверку которых бессмысленно или даже невозможно откладывать. Примером ограничения, проверку которого откладывать бессмысленно, являются ограничения домена (возраст сотрудника не может превышать 150 лет). Более сложным ограничением, проверку которого невозможно отложить, является следующее: зарплата сотрудника не может быть увеличена за одну операцию более, чем на 100,000 рублей. Немедленно проверяемые ограничения целостности соответствуют уровню отдельных операторов языкового уровня СУБД. При их нарушениях не производится откат транзакции, а лишь отвергается соответствующий оператор.
Откладываемые ограничения целостности – это ограничения на базу данных, а не на какие-либо отдельные операции. По умолчанию такие ограничения проверяются при конце транзакции, и их нарушение вызывает автоматическую замену оператора COMMIT на оператор ROLLBACK. Однако в некоторых системах поддерживается специальный оператор насильственной проверки ограничений целостности внутри транзакции. Если после выполнения такого оператора обнаруживается, что условия целостности не выполнены, пользователь может сам выполнить оператор ROLLBACK или постараться устранить причины нецелостного состояния базы данных внутри транзакции (видимо, это осмысленно только при использовании интерактивного режима работы).
И еще одно замечание. С точки зрения внешнего представления в момент завершения транзакции проверяются все откладываемые ограничения целостности, определенные в этой базе данных. Однако при реализации стремятся при выполнении транзакции динамически выделить те ограничения целостности, которые действительно могли бы быть нарушены. Например, если при выполнении транзакции над базой данных СОТРУДНИКИ-ОТДЕЛЫ в ней не выполнялись операторы вставки или удаления кортежей из отношения СОТРУДНИКИ, то проверять упоминавшееся выше ограничение целостности не требуется (а проверка подобных ограничений вызывает достаточно большую работу).